一种教学用电磁炮的制作方法

本发明涉及教学模型技术领域，具体涉及一种教学用电磁炮。

背景技术：

教具是以传播科技、教育人为目的的实物，是完全的科技传媒，是青少年科技活动中不可缺少的器材。电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，与传统的火药推动的大炮，电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。目前，有些高校并无应用于教学的电磁炮演示装置。即便有演示装置的高校，其模型体积庞大、结构简单，实际功能较为单一，一般只具有储能与发射功能。学生只能进行参观学习，而不能动手实操，远不能满足高校对电磁学的实验演示。这让学生理解起来羞涩难懂，不能很好的从实操方面深入了解知识。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种教学用电磁炮，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种教学用电磁炮，包括底板，所述底板上端面一侧设置有炮体底座，所述炮体底座为一凸形结构，所述炮体底座上凸面上设有矩形支撑，且所述炮体底座的上凸面中心位置开设有一通孔，所述矩形支撑下端面通过所述通孔和下舵机连接，所述矩形支撑的上端面固定设有上舵机，所述矩形支撑上端面上固定设有门型支架，所述门型支架上端面上固定安装有第一炮管固定板，所述第一炮管固定板中间位置为一半圆形的凹型板，所述第一炮管固定板上固定安装有第二固定板，所述第二固定板中间位置为一半圆形的凸形板，并且和所述第一炮管固定板配合使用时，其中间形成圆形通孔，炮管固定设置于所述圆形通孔里，所述炮管为一锥形管状结构，其小半径端面靠近所述第一炮管固定板和所述第二炮管固定板的左侧壁朝向所述底板外侧方向，其大半径端面设有封闭圆盘，线圈靠近所述第一炮管固定板和所述第二炮管固定板的右侧壁，且沿所述炮管外侧面缠绕设置，所述第一炮管固定板和所述第二炮管固定板的左侧壁上固定设置有焊板，所述焊板靠近下端面部分固定设置有超声波探测器模块，所述焊板靠近上端面部分通过上舵机和下舵机水平360°、竖直270°的旋转云台固定设置有可编程摄像头，炮弹为位于所述炮管内；

dc-dc高压升压模块、第一继电器模块、第二继电器模块、稳压模块、超级电容、按键输入模块、航模电池和单片机固定设置在所述底板上，显示屏设置在所述单片机上。

进一步地，所述线圈为300-500圈的漆包线。

进一步地，所述炮弹为直径小于所述炮管直径一倍的钢珠。

进一步地，所述第一继电器模块和所述第二继电器模块为12v-5v的控制开关。

进一步地，所述电容模块为至少2个容量为500v的电容器，且多个所述电容模块根据电压要求并联。

进一步地，所述dc-dc高压升压模块通过所述电容模块与所述第一继电器模块相连，将12v电压升压到200v，而后通过所述第二继电器模块放电，利用所述线圈产生强磁场，发射所述炮弹。

进一步地，所述稳压模块为24v转5v，所述航模电池通过所述稳压模块给所述dc-dc高压升压模块及其余电子模块供电。

进一步地，所述单片机由stm32f103和杜邦线组成，所述stm32f103有至少两个i/o口通过代码控制高低电平来进行所述第一继电器模块和所述第二继电器模块的开关工作，有至少两个i/o口连接超声波仪器反馈距离至所述显示屏上，有至少8个i/o口连接所述按键输入模块的数据处理，有至少一个i/o接口和所述可编程摄像头连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：这款教学用电磁炮模型装置，体积小，功能全，可调节电磁炮射击角度、方位及射程。炮筒为常见的水管，外缠绕线圈制成加速装置。同时可由学生自己通过按键输入发射距离，提高了该电磁炮模型装置的易懂性、趣味性和易上手性。该教学用电磁炮可以自行设置瞄准目标的视觉特征，并亲手输入距离，拓宽了教学仪器的用途，可以让学生对电磁学产生浓厚的学习兴趣，提高该电磁炮模型装置的实用性，该发明可以通过写入不同代码函数入stm32单片机实现各种方位角度的可编程摄像头瞄准，具有极大的瞄准范围和精度。且可以通过继电器开关将充放电两个阶段完全隔离开来，确保了超级电容的安全性，提高了该装置的安全性。通过增加电容个数和缠绕圈数，控制发射的能量大小，提高了该装置的发射灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例教学用电磁炮的结构示意图。

附图标记说明：

1：炮体底座2：矩形支撑3：上舵机4：下舵机5：门型支架6：第一炮管固定板7：第二炮管固定板8：炮管9：封闭圆盘10：漆包线圈11：焊板12：超声波探测器模块13：可编程摄像头14：炮弹15：dc-dc高压升压模块16：第一继电器模块17：第二继电器模块18：稳压模块19：电容模块20：按键输入模块21：航模电池22：显示屏23：单片机24：底板

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。

需要说明的是，在发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

此外，还需要说明的是，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例教学用电磁炮的结构示意图，本发明实施例提供了一种教学用电磁炮，该教学用电磁炮包括底板24，底板24上端面一侧通过海绵垫用四个螺丝固定设置有炮体底座1，炮体底座1为一凸形结构，炮体底座1上凸面上设有矩形支撑2，且炮体底座1的上凸面中心位置开设有一通孔，矩形支撑2下端面通过该通孔和下舵机3连接，矩形支撑2的上端面固定设有上舵机4，矩形支撑2上端面上固定设有门型支架5，门型支架5上端面上固定安装有第一炮管固定板6，第一炮管固定板6中间位置为一半圆形的凹型板，第一炮管固定板6上固定安装有第二固定板7，第二固定板7中间位置为一半圆形的凸形板，并且和第一炮管固定板6配合使用时，其中间形成圆形通孔，炮管8固定在该圆形通孔里，炮管8为一锥形管状结构，其小半径端面靠近第一炮管固定板6和第二炮管固定板7的左侧壁朝向底板24外侧方向，其大半径端面设有封闭圆盘9，线圈10靠近第一炮管固定板6和第二炮管固定板7的右侧壁，且沿炮管8外侧面缠绕设置，第一炮管固定板6和第二炮管固定板7的左侧壁上固定设置有焊板11，焊板11靠近下端面部分固定设置有超声波探测器模块12，焊板11靠近上端面部分通过双舵机水平360°、竖直270°的旋转云台固定设置有可编程摄像头13，炮弹14为位于炮管8内，用于击打目标。

其中，线圈10为300-500圈的漆包线，发射用的炮弹8为直径小于发射炮管直径一倍的钢柱。

dc-dc高压升压模块15、第一继电器模块16、第二继电器模块17、稳压模块18、超级电容19、按键输入模块20、航模电池21和单片机23固定设置在底板24上，并且通过双面强化胶固定，依次排列好，电子元件中所用的杜邦线也通过胶纸粘在底板24上，显示屏22设置在单片机23上。

其中，第一继电器模块16和第二继电器模块17为12v-5v的控制开关，用于隔离dc-dc高压升压模块15、电容模块19和线圈10的充放电过程。

具体而言，电容模块19为至少2个容量为500v的电容器，电容模块19的数量根据电压要求并联，dc-dc高压升压模块15通过电容模块19与第一继电器模块16相连，将12v电压升压到200v，然后通过第二继电器模块17放电利用线圈10产生强磁场，通过磁场发射炮弹14。

具体而言，稳压模块18为24v转5v，航模电池21通过稳压模块18给dc-dc高压升压模块15及其余电子模块供电。

具体而言，单片机23由stm32f103和杜邦线组成，stm32f103有至少两个i/o口通过代码控制高低电平来进行第一继电器模块16和第二继电器模块17的开关工作，有至少两个i/o口连接超声波仪器反馈距离至显示屏22上，有至少8个i/o口用于按键输入模块20的数据处理，有至少一个i/o接口和可编程摄像头14连接。

本发明实施例中，教学用电磁炮模型装置的工作原理和步骤如下。

步骤一，在需要进行电磁炮演示实验时，需先放置目标模型，插上24v电源接口给稳压模块18,供电，继而通过稳压模块18给其他电子元件供电，同时打开单片机23和可编程摄像头13的开关。

步骤二，当完成供电及开启开关后，可编程摄像头13自动进行定位，反馈输出信号给单片机23，运行代码程序，单片机23输出信号控制上舵机3和下舵机4进行角度调整。

步骤三，当调整好角度后，超声波探测器模块12实时调整检测距离，并反馈至与单片机23相连的显示屏22上。

步骤四，当超声波探测器模块12测到显示屏22上显示的距离后，通过按键输入模块20输入距离。

步骤五，按键输入模块20反馈距离至单片机23，并通过代码计算出偏角，调整炮管8的上下偏角。

步骤六,当上舵机3和下舵机4调整好角度定住不动时，单片机23输出高电平信号给dc-dc高压升压模块15及与电容模块19相连的第一继电模块16，使其开启开关，将24v航模电池21供电升压到200v给电容模块19充电5秒钟。

步骤七，5秒钟充电完成后，将步骤六中开启的第一继电模块16关闭。单片机23再输入高电平信号给电磁炮上缠绕的线圈10及电容模块相连的第二继电器模块17，使其开启开关，并放电1秒。

步骤八：当电磁炮缠绕线圈10通电时，电流经过缠绕线圈10产生感应磁场，炮弹14在磁场力的作用下弹出炮管8，精确击中目标。

本实施例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物限定。