本發(fā)明涉及電磁炮控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置。

背景技術(shù)：

電炮是全部或部分地利用電能為射彈提供推力的一類新型超高速發(fā)射裝置，又稱作電(磁)發(fā)射器。它包括電磁炮、電熱炮和混合炮三大類。其中電磁炮是借助電磁力推進射彈的裝置，又稱作電磁發(fā)射器，其基本原理是利用導(dǎo)體在磁場中受到洛倫茲力作用而被推動前進，而拋體中也帶有電流，感應(yīng)產(chǎn)生的軸向磁場力推動拋體運動，徑向力保持拋體懸浮以減少與導(dǎo)體的摩擦。

電炮與傳統(tǒng)化學(xué)發(fā)射器(火炮、火箭等)相比有許多優(yōu)點，最主要的是電磁炮能發(fā)射出具有超高動能的射彈，可應(yīng)用在軍事、航天技術(shù)、高壓物理實驗等方面。本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域為霍普金森桿實驗技術(shù)，利用導(dǎo)體的電磁彈射研究材料在沖擊加載條件下的高應(yīng)變力學(xué)響應(yīng)，有助于材料的工程應(yīng)用和工程設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置，在已有的普通電磁發(fā)射裝置的基礎(chǔ)上引入單片機閉環(huán)控制，能夠?qū)崟r讀取電容蓄電池電壓，控制電容充電速度和精確控制滾珠導(dǎo)體的彈射速度，能夠方便進行霍普金森桿實驗。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置，包括電源模塊、電源開關(guān)、充電升壓控制模塊、電壓檢測模塊、速度設(shè)定模塊、液晶顯示模塊、單片機控制模塊、分壓模塊、電容組、可控硅組和發(fā)射線圈組，其中

所述電源模塊用于給整個電磁發(fā)射裝置提供電源或者給所述電容組充電；

所述充電升壓控制模塊用于提升所述電容組的充電電壓；

所述電壓檢測模塊用于實時檢測所述電容組的電壓值；

所述速度設(shè)定模塊用于設(shè)定彈丸的發(fā)射速度和控制彈丸的發(fā)射；

所述液晶顯示模塊用于顯示當(dāng)前彈丸的發(fā)射速度；

所述單片機控制模塊用于控制所述電容組的充電速度；

所述分壓模塊用于將所述電容組的電壓分壓給所述電壓檢測模塊；

所述電容組用于存儲電源并給所述電磁發(fā)射裝置供電；

所述可控硅組用于觸發(fā)電磁發(fā)射裝置的發(fā)射；

所述發(fā)射線圈組用于產(chǎn)生磁力并彈射彈丸。

進一步地，所述充電升壓控制模塊包括ZVS零電壓開關(guān)和升壓板。

進一步地，所述電壓檢測模塊包括數(shù)碼管、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和電壓表。

進一步地，所述速度設(shè)定模塊包括速度增加按鍵、速度減少按鍵和發(fā)射按鍵。

進一步地，所述液晶顯示模塊包括液晶顯示器。

進一步地，所述單片機控制模塊采用stm32單片機。

進一步地，所述可控硅組包括可控硅元件。

進一步地，所述電磁發(fā)射裝置還包括炮膛，所述炮膛的后部設(shè)置有磁鐵。

進一步地，所述電磁發(fā)射裝置具體實施方法為：

S1、在電磁發(fā)射裝置的炮膛裝填彈丸，炮膛后部的磁鐵將彈丸固定在一定的初始位置；

S2、打開電源開關(guān)，電源模塊給單片機控制模塊和充電升壓控制模塊上電；此時，液晶顯示模塊顯示當(dāng)前的發(fā)射速度，通過速度設(shè)定模塊設(shè)定發(fā)射速度；

S3、所述電壓檢測模塊與所述電容組經(jīng)分壓后電氣連接，實時顯示當(dāng)前電壓；其中，充電電壓與發(fā)射速度之間進行關(guān)系式的換算，當(dāng)電壓即將達到預(yù)定電壓時，充電速度會緩慢上升以保證準確到達預(yù)定值，當(dāng)電壓達到預(yù)定值時停止充電；

S4、所述速度設(shè)定模塊包括速度增加按鍵、速度減少按鍵和發(fā)射按鍵，三個按鍵用于控制觸發(fā)發(fā)射，導(dǎo)電性彈珠被發(fā)射出去，所述液晶顯示模塊顯示實際的發(fā)射速度，速度設(shè)定模塊等待下一次設(shè)定和發(fā)射。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

(1)精確控制發(fā)射速度：霍普金森桿研究材料在不同加載條件下的應(yīng)變力響應(yīng)，本發(fā)明裝置可以人為設(shè)定導(dǎo)體的彈射速度，從而產(chǎn)生不同的加載條件；

(2)操作簡單：本發(fā)明裝置只需要打開開關(guān)，用按鍵設(shè)定液晶顯示器上的發(fā)射速度，再通過按鍵發(fā)射即可；

(3)工作穩(wěn)定，重復(fù)性好：本發(fā)明不存在常規(guī)火炮因點火過程和發(fā)射藥燃燒的微量變化而出現(xiàn)的延遲點火、突然撞擊和加速度突變等問題，每一次的發(fā)射都保證精確，誤差小。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置的主體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置的電路設(shè)計示意圖；

圖3是本發(fā)明一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置的單片機控制模塊、速度設(shè)定模塊和液晶顯示模塊的集成硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置的電壓檢測模塊、充電升壓控制模塊、分壓模塊和電源模塊的集成硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置的程序控制流程圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本申請作進一步詳細說明。

本發(fā)明提供一種精確控制速度的電磁發(fā)射裝置，如圖1所示，①為亞克力材質(zhì)透明炮膛，內(nèi)徑為7.8mm，外徑為10mm；②為發(fā)射線圈組，線圈長30mm且包括13層繞線；③為炮膛后部的磁鐵固定塊；④為可控硅組70TPS12元件；⑤為兩對450V 390uf的鋁電解電容組；⑥為接插件，便于連接電磁發(fā)射裝置的其他控制模塊，如電源模塊、電源開關(guān)、充電升壓控制模塊、電壓檢測模塊、速度設(shè)定模塊、液晶顯示模塊、單片機控制模塊和分壓模塊。

如圖2所示，電磁發(fā)射裝置的電路設(shè)計示意圖，包括電源模塊、充電升壓控制模塊、電壓檢測模塊、速度設(shè)定模塊、液晶顯示模塊、單片機控制模塊、分壓模塊、電容組、可控硅和發(fā)射線圈；其中，電源模塊包括12V電池BAT，電池一端連接總開關(guān)SW,另一端與升壓板連接；充電升壓控制模塊包括ZVS零電壓開關(guān)U1和升壓板P1，ZVS零電壓開關(guān)第一端連接stm32單片機的PA7接口、第二端通過電阻R1連接stm32單片機的GND接口、第三端連接兩個3.3V電池、第四端連接電阻R2；升壓板P1的其中一個接口與12V電池BAT連接，一個接口通過電阻R6連接NPN三極管C3998；電壓檢測模塊包括電壓表P2，電壓表P2一端連接電源VCC，一端直接連接GND，一端通過電容組中的電容C2連接GND，電容組包括電容C1、C2；速度設(shè)定模塊包括增加按鍵S3、速度減少按鍵S2和發(fā)射按鍵S1，其中S1、S2、S3的一端均連接stm32單片機的3.3V接口，S1另一端通過電阻R7連接stm32單片機的PA2接口，S2另一端通過電阻R8連接stm32單片機的PA1接口，S3另一端通過電阻R9連接stm32單片機的PA0接口；液晶顯示模塊包括液晶顯示器LCD，LCD每個接口均與stm32單片機連接，單片機控制模塊就是采用stm32單片機；分壓模塊包括可調(diào)電阻R5和電阻R4，可調(diào)電阻R5一端連接stm32單片機PC1接口、另一端連接GND，電阻R4一端連接stm32單片機PC1接口、另一端連接電容組中的電容C1；可控硅組包括可控硅Q1，Q1一端連接stm32單片機PB6接口、一端連接GND、一端連接發(fā)射線圈組的發(fā)射線圈L。

如圖3所示，本發(fā)明的單片機控制模塊、速度設(shè)定模塊和液晶顯示模塊，集成在了一塊硬件中，并通過上述接插件⑥連接此集成硬件。其中，集成硬件內(nèi)置stm32單片機控制系統(tǒng)，1為LCD液晶顯示屏，可以顯示當(dāng)前設(shè)定的發(fā)射速度值；2為速度設(shè)定模塊的控制按鍵，從左到右分別為速度增加按鍵、速度減少按鍵和發(fā)射按鍵。

如圖4所示，本發(fā)明的電壓檢測模塊、充電升壓控制模塊、分壓模塊和電源模塊，集成在了另一塊硬件中，并通過上述接插件⑥連接此集成硬件。其中，該集成硬件內(nèi)置有12V的鋰離子充電電池作為電源，ZVS元件可以將充電電壓升到400V直流電，光耦元件和大功率開關(guān)三極管元件作為充電速度調(diào)節(jié)元件，分壓模塊可為電壓檢測模塊提供較低的檢測電壓，該集成硬件設(shè)置有三位數(shù)碼管可以實時顯示當(dāng)前電容電壓。

如圖5所示，該裝置程序設(shè)計如下：

a為計算出的占空比，公式為a＝(b-c)/2b；b為速度對應(yīng)的電壓值；c為檢測到的當(dāng)前電壓值；d為精度；p為一個穩(wěn)定當(dāng)前電壓的常數(shù)，其值為7％。

首先啟動電源，輸入預(yù)定的發(fā)射速度值，電容開始充電并實時檢測電容當(dāng)前電壓值輸入到單片機，按公式a＝(b-c)/2b計算占空比來調(diào)節(jié)充電速率，當(dāng)b>c時說明未達到預(yù)定電壓值，繼續(xù)以a的占空比充電，當(dāng)b<c時說明當(dāng)前電壓超過了預(yù)定電壓，則以5％的占空比來緩慢降壓，當(dāng)精度d達到|d|<0.01時，以p＝7％的占空比來穩(wěn)定電壓0.5s，隨后立即發(fā)射，完成整個發(fā)射過程。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。