我們是來自中北大學的參賽隊伍（焦道坤，趙之岑，李炳金），同時參加了智能車和電賽，并在2019年全國電子設計競賽H題組獲得國一的成績，感謝達爾聞邀約。

應標題，我的答案是：智能車——雖然連續兩年做智能車都沒取得滿意的成績，但是我還是力推，因為今年電賽國一的成績離不開做車2年的“磨練”。在2019電賽中用到的所有的硬件知識，都得益于智能車的經驗。有人說智能車是情懷，電賽是經歷，作為兩賽都參加的選手，這一點感觸頗深。所以我將全部心得寫在文末，給不知道參加什么比賽的同學一些建議。

由于是剛做完智能車直接參加電賽，因此采納的是NXP的平臺，建議大家時間充裕可以多學學STM32，資料豐富，第三方支持多，價格便宜。

系統方案

本系統包括MK66FX1M0VLQ18單片機，MT9V032攝像頭模塊，線圈式電磁炮，升壓模塊，高壓大容量電容，兩軸舵機云臺，電磁繼電器模塊。高速攝像頭配合單片機實時采集頭像，尋找引導標識，在通過激光雷達獲取距離，解算發射角度與發射電壓，達到最準精度，并設計了簡單的人機交互界面，實時調試參數。裝置整體結構簡潔、系統穩定，能夠實現預期任務要求。

1、系統結構模擬曲線電磁炮系統是一個高壓的，高精度的控制系統，通過控制舵機云臺轉動與電磁炮的電壓來控制射擊精度，因此安全與穩定同樣重要。穩定機械結構是提升射擊精度穩定的基礎，因此我們使用機械臂改裝云臺，鐵質底座與雙軸大扭矩舵機保證了炮彈在發射時機械結構的穩定，并使用兩個電磁繼電器模塊將整個電路強電與弱電隔離，既保護操作人員也保護微控制器。

2、方案選擇（1） 電磁炮的結構我在這次比賽總共是見過三種方案：方案一：軌道炮：彈丸速度快，射程遠，但耗能較大，成本比較高，效率低不易搭建。方案二：升壓線圈炮：模型簡單易建，效率高。通過一個升壓模塊把12V升到200-300V達到發射所需要的能量。方案三：兩級加速的線圈炮：在兩級之前加光電傳感器，這樣就不需要進行升壓，直接通過市電220V就可以滿足要求,但是根據最后測試結果來看，誤差還是比較大的。最開始沒想那么多，就查了一份電路圖，淘寶上的模型就是升壓線圈炮，就一個方案一直這樣做下去了。（2） 舵機云臺我們這次是使用的舵機，在比賽過程中我也遇見了使用步進電機的，其實兩個都差不多，我們是覺得步進電機程序好寫，手上正好準備了舵機云臺。大家做的時候隨便選一個就行了。做控制就是越簡單越好，我們用舵機云臺，找一個角度對應關系就可以了。3、控制方案

線圈炮的控制策略就兩種方案，要么控制電壓，要么控制俯仰角，要么你兩個都用，不過不推薦兩個都用，多一個參數，曲線更難擬合，用一個就行了。

方案一：通過控制電容的充電電壓來控制發射距離，假定電容所儲存的能量全部傳遞給了炮彈，由電容的能量計算公式E=1/2*C*U2=1/2*m*v2和距離公式x=V2*sin2θ可得，發射距離x與充電電壓U為二次方的的關系，但由于電解電容會有自放電的特性，導致每一次發射時的電壓并不完全相同，還會隨著電容壽命減少而使誤差變大。
方案二：通過控制發射角度來控制發射距離，假定電容所儲存的能量全部傳遞給了炮彈，由距離公式x=V2*sin2θ可得，發射距離x與發射角度θ為正弦函數關系，并且由于題目要求發射距離較遠為2m—3m，所以發射距離與發射角度幾乎為線性關系。在使用舵機的過程中，我們發現舵機轉動的角度與給定的PWM波的占空比幾乎是線性關系，在電壓不變的情況下，角度又與發射的距離呈現線性關系。所以我們的控制方案為控制發射角度構造擬合函數，從而實現電磁炮精準發射。還有一點比較重要，電磁炮的精準度和電容有很大關系，我們實驗室另外一組就是選的電容就很不好，自放電速度特別快，同樣電壓同樣角度，兩次發射出去能差十幾厘米，這樣就沒辦法擬合曲線。所以大家在選電容的時候要盡量測一測選一個好電容，能省去很多麻煩。還有一個問題是炮彈的選擇，在發炮的過程中由于強磁場的關系，炮彈會有磁化現象，所有大家選炮彈的時候盡量選一個強磁材料，我們用的就是多功能螺絲刀套裝盒里的螺絲刀頭，它基本上不怎么會被磁化，可以打幾個小時才沖一下磁，我見其他幾組有好多用鋼球的，同樣電壓同樣角度打出去兩次都有較大誤差或者打幾次就得換彈，我們每次都打同一個螺絲刀頭，省了很多事。并且螺絲刀頭上的條紋也使炮彈的穩定性大大增強。理論分析與計算

1、電容容量計算與選擇由于我們使用高壓大容量電容對線圈進行快速充放電，使用升壓模塊對電容充電后，利用電容對線圈瞬間放電產生的強磁場，驅動電磁材料進行發射，若忽略線圈內部損耗，炮彈初始能量為:E=1/2*C*U^2=1/2*Li*i2可得，電容的電壓和容值越大，炮彈的初始能量越大，經過反復實驗，我們測得450V/220uf電容能夠較好的滿足我們的需求。2、炮彈射程計算在對曲線電磁炮建立物理和數學模型后，參考相關文獻后，我們發現炮彈在炮筒內為直線運動，離開炮管后的運動曲線為拋物線。

電路與程序設計

1、電路的設計

我們就是直接用飛卡的板子改裝的，刪掉了電機接口，增加了ADC和舵機接口，大家不要學我們，該學STM32還是得學，恩智浦的芯片做嵌入式還是有很多缺點的。

主控系統總體設計

電磁炮子系統電路原理圖

2、程序結構與設計

（1）程序功能描述與設計思路由于引導標識與靶標之間的位置關系固定，所以，可以通過確定引導標識位置來換算出靶標位置。由灰度攝像頭返回其所拍到圖像區的灰度值，區分并計算引導標識與其背景的間類均方差值，從而擬合出引導標識邊緣，及其相對背景的水平角度參數信息，再由激光測距傳感器，返回其與炮臺間的垂直距離，經擬合的運動曲線及歐拉空間角轉換，精確得到靶標位置。（2）程序流程圖

主程序流程圖

電磁炮子系統流程圖心得體會

1）還是我一直強調的，做控制很多時候都不是在做控制而是做結構，做電賽更是，第一天就是搭結構，從上上屆的風力擺，上屆的板球系統都可以看出來，沒有好的結構是肯定做不出來的。

2）關于電賽我們準備的也不多，就是智能車華北賽回來做了做前年的板球，如果非要讓我給小白指導的話，我就推薦大家做智能車，我所有的硬件知識都是在智能車中學到的（雖然比了兩年就拿了個華北賽區的三等獎，哭唧唧），做完智能車你真的就會覺得國賽這都是小菜一碟，再難調能有車難調？再心態爆炸也沒有比賽時一道上帝之光爆炸。3）最后就是四天三夜的比賽讓我感到電賽就是比的一個堅持和耐力，在這么短的時間里解決一個前所未有的難題真的是什么問題都會遇到，我們調的第二天連燒兩塊核心板都感覺自己肯定涼了，最后我拖著我隊友一直做下去才會有最后的成績，所以希望大家在學習和作比賽的過程中一定不要放棄。4）我看還有很多同學對要不要提前畫板子有疑問，我覺得可以畫，我就是提前畫好，反正每年控制都是那幾個器件，把adc，舵機，電機，iic，屏幕口都畫好，題目下來了直接搭配就行了，也免得用杜邦線，感覺挺不穩定的。電賽要搬來搬去，穩定才是最重要的。最后祝大家學習生活都能順心如意，各種大賽能夠拿獎拿到手軟。END

往期電賽文章合集

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的参加智能车大赛还是电赛？在做电磁炮中我找到了答案的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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