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基于STM32的电磁炮设计与实现

创作时间:

作者:

@小白创作中心

基于STM32的电磁炮设计与实现

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/weixin_52531699/article/details/141437002

本文介绍了一个基于STM32F407单片机的电磁炮设计项目。该项目通过Boost电路实现60V电压输出，采用IGBT作为开关管，电解电容作为储能元件。文章详细介绍了升压电路、降压电路、控制电路的设计原理，并提供了完整的硬件参数、电路图和软件代码。

项目简介

该项目是一个简易电磁炮设计，主要用于测试电磁炮原理。系统采用Boost电路进行升压，IGBT作为开关管，电解电容作为储能元件。整个系统由STM32F407单片机控制，通过两个独立按键实现子弹发射和复位重置功能。

项目功能

基于STM32F407单片机设计
两个独立按键：子弹发射和复位重置
Boost升压电路提供60V电压
电容充电约10秒后可发射子弹

项目参数

控制部分：STM32F407
Boost电路芯片：LGS6302B5（Legend-Si）
5V电源芯片：MP2225GJ-Z
3.3V电源芯片：MP2225GJ-Z
电压隔离芯片：PC817C光耦
发射电路开关管：IGBT（FGH60N60SMD，onsemi）

原理解析（硬件说明）

整体设计分为三部分：升压电路、降压电路和控制电路。

Boost 60V升压电路

Boost电路采用LGS6302，这是一种集成功率开关的异步升压转换器，具有3V到60V的宽输入电压范围。输出电压可通过外部电阻配置，推荐使用5脚设计。

输出电压计算公式：

当输出电压为60V时，若RG=8K，则RF应为392K（实际使用390K）。

电容和电感选择：

输入电容CIN建议使用10uF陶瓷电容
电感值计算公式：（具体计算过程略）
输出电容应尽量选择较大值

Buck 5V、3.3V降压电路

降压电路采用MP2225GJ-Z芯片，具体设计可参考工科男孙老师的B站视频教程。

控制电路

发射部分核心器件：

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）：
结构：发射极、集电极和栅极
特点：高输入阻抗、高电流承载能力
主要参数：VGE = 4.5V，VCE = 1.9V
光耦：
作用：电气隔离和信号传递
关注参数：开关时间

发射控制原理：

通过STM32的PB5引脚控制光耦（PC817）导通，进而控制IGBT的开关状态。当PB5为低电平时，光耦导通，IGBT开启；当PB5为高电平时，光耦截止，IGBT关闭。

电容充电部分：

采用简单的开关控制电路，拨码开关打开时开始充电，充电电压为60V。

控制部分

整体设计思路如图所示，按键采用上拉电阻接法，后续可扩展舵机控制和串口通讯功能。

软件代码

时钟配置： 外部时钟

系统烧录方式：（具体方式略）

输入输出引脚配置： PB5输出，PB8、PB9采用外部中断

中断服务函数：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if(GPIO_Pin == KEY1_Pin) 
    {
        HAL_GPIO_WritePin(launch_GPIO_Port, launch_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        for(uint64_t j=0;j<150000;j++)
        for(uint64_t i;i<100000;i++);
        HAL_GPIO_WritePin(launch_GPIO_Port, launch_Pin, GPIO_PIN_SET);
        for(short i;i<30000;i++);
    }
    if(GPIO_Pin == KEY2_Pin) 
    {
        HAL_GPIO_WritePin(launch_GPIO_Port, launch_Pin, GPIO_PIN_SET);
        for(short i;i<25000;i++);
    }
}

主函数：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  /* USER CODE END 1 */
  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();
  /* USER CODE BEGIN Init */
  /* USER CODE END Init */
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();
  /* USER CODE BEGIN SysInit */
  /* USER CODE END SysInit */
  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  key1=HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,KEY1_Pin);
  key2=HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,KEY2_Pin);
  HAL_GPIO_WritePin(launch_GPIO_Port, launch_Pin, GPIO_PIN_SET);
  /* USER CODE END 2 */
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    key1=HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,KEY1_Pin);
    key2=HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,KEY2_Pin);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}