CN106908310A - 一种精确控制速度的电磁发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确控制速度的电磁发射装置，包括电源模块、电源开关、充电升压控制模块、电压检测模块、速度设定模块、液晶显示模块、单片机控制模块、分压模块、电容组、可控硅组和发射线圈组，所述电磁发射装置还包括炮膛，所述炮膛的后部设置有磁铁；在实际使用中，在电磁发射装置的炮膛装填弹丸，炮膛后部的磁铁将弹丸固定在一定的初始位置，打开电源开关，电源模块给单片机控制模块和充电升压控制模块上电。本发明在已有的普通电磁发射装置的基础上引入单片机闭环控制，能够实时读取电容蓄电池电压，控制电容充电速度和精确控制滚珠导体的弹射速度，能够方便进行霍普金森杆实验。

Description

一种精确控制速度的电磁发射装置

技术领域

本发明涉及电磁炮控制技术领域，特别涉及一种精确控制速度的电磁发射装置。

背景技术

电炮是全部或部分地利用电能为射弹提供推力的一类新型超高速发射装置，又称作电(磁)发射器。它包括电磁炮、电热炮和混合炮三大类。其中电磁炮是借助电磁力推进射弹的装置，又称作电磁发射器，其基本原理是利用导体在磁场中受到洛伦兹力作用而被推动前进，而抛体中也带有电流，感应产生的轴向磁场力推动抛体运动，径向力保持抛体悬浮以减少与导体的摩擦。

电炮与传统化学发射器(火炮、火箭等)相比有许多优点，最主要的是电磁炮能发射出具有超高动能的射弹，可应用在军事、航天技术、高压物理实验等方面。本发明应用领域为霍普金森杆实验技术，利用导体的电磁弹射研究材料在冲击加载条件下的高应变力学响应，有助于材料的工程应用和工程设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种精确控制速度的电磁发射装置，在已有的普通电磁发射装置的基础上引入单片机闭环控制，能够实时读取电容蓄电池电压，控制电容充电速度和精确控制滚珠导体的弹射速度，能够方便进行霍普金森杆实验。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种精确控制速度的电磁发射装置，包括电源模块、电源开关、充电升压控制模块、电压检测模块、速度设定模块、液晶显示模块、单片机控制模块、分压模块、电容组、可控硅组和发射线圈组，其中

所述电源模块用于给整个电磁发射装置提供电源或者给所述电容组充电；

所述充电升压控制模块用于提升所述电容组的充电电压；

所述电压检测模块用于实时检测所述电容组的电压值；

所述速度设定模块用于设定弹丸的发射速度和控制弹丸的发射；

所述液晶显示模块用于显示当前弹丸的发射速度；

所述单片机控制模块用于控制所述电容组的充电速度；

所述分压模块用于将所述电容组的电压分压给所述电压检测模块；

所述电容组用于存储电源并给所述电磁发射装置供电；

所述可控硅组用于触发电磁发射装置的发射；

所述发射线圈组用于产生磁力并弹射弹丸。

进一步地，所述充电升压控制模块包括ZVS零电压开关和升压板。

进一步地，所述电压检测模块包括数码管、模数转换芯片和电压表。

进一步地，所述速度设定模块包括速度增加按键、速度减少按键和发射按键。

进一步地，所述液晶显示模块包括液晶显示器。

进一步地，所述单片机控制模块采用stm32单片机。

进一步地，所述可控硅组包括可控硅元件。

进一步地，所述电磁发射装置还包括炮膛，所述炮膛的后部设置有磁铁。

进一步地，所述电磁发射装置具体实施方法为：

S1、在电磁发射装置的炮膛装填弹丸，炮膛后部的磁铁将弹丸固定在一定的初始位置；

S2、打开电源开关，电源模块给单片机控制模块和充电升压控制模块上电；此时，液晶显示模块显示当前的发射速度，通过速度设定模块设定发射速度；

S3、所述电压检测模块与所述电容组经分压后电气连接，实时显示当前电压；其中，充电电压与发射速度之间进行关系式的换算，当电压即将达到预定电压时，充电速度会缓慢上升以保证准确到达预定值，当电压达到预定值时停止充电；

S4、所述速度设定模块包括速度增加按键、速度减少按键和发射按键，三个按键用于控制触发发射，导电性弹珠被发射出去，所述液晶显示模块显示实际的发射速度，速度设定模块等待下一次设定和发射。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：

(1)精确控制发射速度：霍普金森杆研究材料在不同加载条件下的应变力响应，本发明装置可以人为设定导体的弹射速度，从而产生不同的加载条件；

(2)操作简单：本发明装置只需要打开开关，用按键设定液晶显示器上的发射速度，再通过按键发射即可；

(3)工作稳定，重复性好：本发明不存在常规火炮因点火过程和发射药燃烧的微量变化而出现的延迟点火、突然撞击和加速度突变等问题，每一次的发射都保证精确，误差小。

附图说明

图1是本发明一种精确控制速度的电磁发射装置的主体结构示意图；

图2是本发明一种精确控制速度的电磁发射装置的电路设计示意图；

图3是本发明一种精确控制速度的电磁发射装置的单片机控制模块、速度设定模块和液晶显示模块的集成硬件结构示意图；

图4是本发明一种精确控制速度的电磁发射装置的电压检测模块、充电升压控制模块、分压模块和电源模块的集成硬件结构示意图；

图5是本发明一种精确控制速度的电磁发射装置的程序控制流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本发明提供一种精确控制速度的电磁发射装置，如图1所示，①为亚克力材质透明炮膛，内径为7.8mm，外径为10mm；②为发射线圈组，线圈长30mm且包括13层绕线；③为炮膛后部的磁铁固定块；④为可控硅组70TPS12元件；⑤为两对450V 390uf的铝电解电容组；⑥为接插件，便于连接电磁发射装置的其他控制模块，如电源模块、电源开关、充电升压控制模块、电压检测模块、速度设定模块、液晶显示模块、单片机控制模块和分压模块。

如图2所示，电磁发射装置的电路设计示意图，包括电源模块、充电升压控制模块、电压检测模块、速度设定模块、液晶显示模块、单片机控制模块、分压模块、电容组、可控硅和发射线圈；其中，电源模块包括12V电池BAT，电池一端连接总开关SW,另一端与升压板连接；充电升压控制模块包括ZVS零电压开关U1和升压板P1，ZVS零电压开关第一端连接stm32单片机的PA7接口、第二端通过电阻R1连接stm32单片机的GND接口、第三端连接两个3.3V电池、第四端连接电阻R2；升压板P1的其中一个接口与12V电池BAT连接，一个接口通过电阻R6连接NPN三极管C3998；电压检测模块包括电压表P2，电压表P2一端连接电源VCC，一端直接连接GND，一端通过电容组中的电容C2连接GND，电容组包括电容C1、C2；速度设定模块包括增加按键S3、速度减少按键S2和发射按键S1，其中S1、S2、S3的一端均连接stm32单片机的3.3V接口，S1另一端通过电阻R7连接stm32单片机的PA2接口，S2另一端通过电阻R8连接stm32单片机的PA1接口，S3另一端通过电阻R9连接stm32单片机的PA0接口；液晶显示模块包括液晶显示器LCD，LCD每个接口均与stm32单片机连接，单片机控制模块就是采用stm32单片机；分压模块包括可调电阻R5和电阻R4，可调电阻R5一端连接stm32单片机PC1接口、另一端连接GND，电阻R4一端连接stm32单片机PC1接口、另一端连接电容组中的电容C1；可控硅组包括可控硅Q1，Q1一端连接stm32单片机PB6接口、一端连接GND、一端连接发射线圈组的发射线圈L。

如图3所示，本发明的单片机控制模块、速度设定模块和液晶显示模块，集成在了一块硬件中，并通过上述接插件⑥连接此集成硬件。其中，集成硬件内置stm32单片机控制系统，1为LCD液晶显示屏，可以显示当前设定的发射速度值；2为速度设定模块的控制按键，从左到右分别为速度增加按键、速度减少按键和发射按键。

如图4所示，本发明的电压检测模块、充电升压控制模块、分压模块和电源模块，集成在了另一块硬件中，并通过上述接插件⑥连接此集成硬件。其中，该集成硬件内置有12V的锂离子充电电池作为电源，ZVS元件可以将充电电压升到400V直流电，光耦元件和大功率开关三极管元件作为充电速度调节元件，分压模块可为电压检测模块提供较低的检测电压，该集成硬件设置有三位数码管可以实时显示当前电容电压。

如图5所示，该装置程序设计如下：

a为计算出的占空比，公式为a＝(b-c)/2b；b为速度对应的电压值；c为检测到的当前电压值；d为精度；p为一个稳定当前电压的常数，其值为7％。

首先启动电源，输入预定的发射速度值，电容开始充电并实时检测电容当前电压值输入到单片机，按公式a＝(b-c)/2b计算占空比来调节充电速率，当b>c时说明未达到预定电压值，继续以a的占空比充电，当b<c时说明当前电压超过了预定电压，则以5％的占空比来缓慢降压，当精度d达到|d|<0.01时，以p＝7％的占空比来稳定电压0.5s，随后立即发射，完成整个发射过程。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (9)

1.一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，包括电源模块、电源开关、充电升压控制模块、电压检测模块、速度设定模块、液晶显示模块、单片机控制模块、分压模块、电容组、可控硅组和发射线圈组，其中

所述电源模块用于给整个电磁发射装置提供电源或者给所述电容组充电；

所述充电升压控制模块用于提升所述电容组的充电电压；

所述电压检测模块用于实时检测所述电容组的电压值；

所述速度设定模块用于设定弹丸的发射速度和控制弹丸的发射；

所述液晶显示模块用于显示当前弹丸的发射速度；

所述单片机控制模块用于控制所述电容组的充电速度；

所述分压模块用于将所述电容组的电压分压给所述电压检测模块；

所述电容组用于存储电源并给所述电磁发射装置供电；

所述可控硅组用于触发电磁发射装置的发射；

所述发射线圈组用于产生磁力并弹射弹丸。

2.根据权利要求1所述的一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，所述充电升压控制模块包括ZVS零电压开关和升压板。

3.根据权利要求2所述的一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，所述电压检测模块包括数码管、模数转换芯片和电压表。

4.根据权利要求3所述的一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，所述速度设定模块包括速度增加按键、速度减少按键和发射按键。

5.根据权利要求4所述的一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，所述液晶显示模块包括液晶显示器。

6.根据权利要求1所述的一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，所述单片机控制模块采用stm32单片机。

7.根据权利要求6所述的一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，所述可控硅组包括可控硅元件。

8.根据权利要求1所述的一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，所述电磁发射装置还包括炮膛，所述炮膛的后部设置有磁铁。

9.根据权利要求8所述的一种精确控制速度的电磁发射装置，其特征在于，所述电磁发射装置具体实施方法为：

S1、在电磁发射装置的炮膛装填弹丸，炮膛后部的磁铁将弹丸固定在一定的初始位置；

S2、打开电源开关，电源模块给单片机控制模块和充电升压控制模块上电；此时，液晶显示模块显示当前的发射速度，通过速度设定模块设定发射速度；

S3、所述电压检测模块与所述电容组经分压后电气连接，实时显示当前电压；其中，充电电压与发射速度之间进行关系式的换算，当电压即将达到预定电压时，充电速度会缓慢上升以保证准确到达预定值，当电压达到预定值时停止充电；

S4、所述速度设定模块包括速度增加按键、速度减少按键和发射按键，三个按键用于控制触发发射，导电性弹珠被发射出去，所述液晶显示模块显示实际的发射速度，速度设定模块等待下一次设定和发射。