Coilgun bez masywnych kondensatorów. Ukończony: 11 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Około pół roku temu zbudowałem prostą cewkę, która miała naklejoną płytkę stykową (projekt oryginalny). To było zabawne i funkcjonalne, ale chciałem to skończyć. Więc w końcu to zrobiłem. Tym razem używam sześciu cewek zamiast dwóch i zaprojektowałem obudowę wydrukowaną w 3D, aby nadać jej futurystyczny wygląd.

Zrobiłem też filmik, jeśli chcesz zobaczyć go w akcji:)

Wideo

Krok 1: Narzędzia i materiały

Zacznijmy od narzędzi.

• drukarka 3d
• wiertarka
• Dremel
• Piła ręczna
• pistolet na gorący klej
• M3 kran
• lutownica

Materiały:

• filament do drukarki 3D (użyłem zwykłego PLA)
• tutaj moje pliki STL
• Profil aluminiowy w kształcie litery L 40x10x2mm
• Sprzęt M3
• krążki magnetyczne 8x1,5mm ogniwo

elektronika:

• arduino nano
• 2x1400mAh 11.1V 3S 65C ogniwo baterii Lipo
• Bateria Lipo 1200 mAh 1 s Ten by zrobił
• 2x konwertery podwyższające (używam XL6009)
• Ekran OLED.96'' 128x64 i2c SSD1306 link
• Latarka AA (opcjonalnie)
• dioda laserowa (opcja)
• mikroprzełącznik wyzwalacza łącza V-102-1C4
• 3x przełączniki dwustabilne MTS-102 SPDT
• Złącza XT-60 (5x żeńskie, 3x męskie)

Tablice:

• 6x MIC4422YN
• 6x IRF3205 + radiatory (mój to RAD-DY-GF/3)
• 24x 1n4007
• 6x rezystory 10k
• Kondensatory 6x 100nF
• Kondensatory 6x 100uf

Proponuję chwycić więcej z nich, ponieważ możesz zepsuć niektóre w toku. Zwłaszcza MOSFET-y. Skończyło się na użyciu około 20 z nich.

Będziesz także potrzebował rzeczy do tworzenia cewek, ale używam tych samych cewek, co w poprzednim samouczku, więc idź tam i do tego potrzebujesz tylko emaliowanego drutu miedzianego 0,8 mm, diody podczerwieni i fototranzystora + kilka rezystorów, które są wyjaśnione w drugim samouczku.

Krok 2: Ramka

Całość pistoletu zbudowana jest na aluminiowej ramie. Zdecydowałem się na aluminiową ramę, ponieważ jest lekka, wytrzymała, aluminiowe profile są łatwe do zdobycia i są dość tanie. Ponadto możesz używać zwykłych narzędzi ręcznych podczas pracy nad nimi. Profil, którego używam ma wymiary 40 x 10 x 2 mm i 1 metr długości. Należy go pociąć na dwa różne kawałki. Jeden o długości 320 mm, a drugi 110 mm. Do ich wycięcia użyłem piły ręcznej.

Dłuższy kawałek pomieści prawie wszystko, a mniejszy będzie miał tylko rączkę. Teraz nadszedł czas na wywiercenie tony otworów i zrobienie kilku wycięć. Dołączyłem dwa zdjęcia pokazujące, co i jak należy wyciąć. Zdjęcie bez wymiarów ma czerwone kropki to niektóre z otworów. Te mają być wiercone wiertłem 4 mm. Otwory rozwiercające bez czerwonych kropek należy wywiercić wiertłem 2,5 mm i nagwintować gwintownikiem M3.

Krótszy kawałek jest znacznie łatwiejszy. Jest też zdjęcie tego. Chcę tylko doprecyzować, że zdjęcia pokazują najszerszy samolot 40 mm. Ściana o grubości 10 mm znajdowałaby się u góry pod pokazaną płaszczyzną, aby była niewidoczna. Dotyczy to wszystkich 3 z tych diagramów. Jak powiedziałem, ten nie ma prawie tylu otworów, ale profil aluminiowy jest zbyt szeroki. Dlatego należy go zawęzić na całej długości, jak pokazano na schemacie.

Rama główna nadal będzie wymagała kilku otworów na okablowanie. Można je dodać później, ale jeśli chcesz, możesz je teraz wywiercić, ale ustalenie, gdzie dokładnie je umieścić, może być trudne. Więcej na ten temat w sekcji okablowania.

Krok 3: Cewki

Nie byłaby to cewka bez cewek, prawda? Cewki, których używam, są ręcznie nawijane na wydrukowany w 3D podkład. Są identyczne z tymi, które stworzyłem w moim pierwszym coilgun. Proponuję postępować zgodnie z tymi instrukcjami. Znajdziesz go tutaj.

Jedyną różnicą jest to, że ostatnia cewka ma inną podstawę wydrukowaną w 3D, ponieważ ma czujniki podczerwieni po obu stronach. Czujniki też są identyczne, ale okablowanie jest trochę bardziej uporządkowane. W tym momencie możesz umieścić czujniki podczerwieni na miejscu, ale nie martw się o przewody zasilające i sygnałowe.

Po zakończeniu wszystkich 6 cewek należy je zamontować na ramie głównej. Tak naprawdę to tylko kwestia przykręcenia ich na miejscu. W tej chwili mam też rurkę biegnącą przez cewki, ale później ją usunę, aby upewnić się, że wszystko jest wyrównane. W zależności od tego, jak dokładne są twoje otwory, możesz chcieć wkręcić tylko dwie lub trzy śruby dla każdej cewki, aby upewnić się, że są tak proste, jak to możliwe.

Krok 4: Obwody sterownika

Następnym krokiem jest stworzenie elektroniki przełączającej cewki. To dobry moment, aby go teraz stworzyć, ponieważ będzie on siedział na cewkach i jest ich istotną częścią. Projekt różni się znacznie od mojego poprzedniego, ponieważ było w nim kilka wad. Przełączający MOSFET to nadal IRF3205, ale tym razem sterujemy bramą za pomocą MIC4422YN, który jest dedykowanym sterownikiem bramy. Na schemacie jest też kilka elementów pasywnych.

Dostarczam również pliki Eagle, w tym plik tablicy, którego użyłem. Oczywiście nie musisz tworzyć własnej płytki drukowanej. Możesz wysłać go do profesjonalnego producenta lub sugeruję po prostu zrobienie go na pref-board. Tak naprawdę to tylko sześć elementów. Największą częścią jest radiator, który w moim przypadku był kompletną przesadą. Odkryłem, że tranzystory MOSFET w ogóle się nie nagrzewają. Cewka pracowała przez kilka sekund i już się paliła, a MOSFET był po prostu ciepły w dotyku, ale nie był nawet blisko rozgrzania. Sugerowałbym naprawdę mały radiator lub prawdopodobnie mógłbyś to zrobić nawet bez niego. Niezależnie od zastosowanego radiatora, nie używaj ramy jako jednego, ponieważ połączysz ze sobą odpływy wszystkich tranzystorów MOSFET.

Po wykonaniu sterowników podłącz je do cewek i dodaj diody flyback !! Nie zapomnij o tym, ponieważ możesz również zapalić swoje cewki:D. Dioda Flyback blokuje wysokie napięcie, które powstaje wewnątrz cewki po wyłączeniu. Dioda Flyback musi być podłączona na zaciskach cewek w przeciwnym kierunku, to znaczy w punkcie, w którym cewka jest podłączona do dodatniego zacisku akumulatora dioda będzie miała podłączony zacisk katody (ujemny) i odwrotnie. Używam 1N4007, ale nie tylko jednego, ponieważ nie poradzi sobie z prądem, więc mam cztery z nich połączone równolegle. Te cztery diody są następnie podłączone do cewki bezpośrednio na drucie cewki. Będziesz musiał zeskrobać część powłoki, aby przylutować ten drut.

Proszę pamiętać, że na niektórych zdjęciach może brakować rezystorów, które mają różne komponenty itp. Upewnij się, że postępujesz zgodnie ze schematami, ponieważ są one aktualizowane. Część materiału została wykonana na wczesnym etapie prototypowania.

Krok 5: Okablowanie

To jest część, w której broń staje się bałaganem. Możesz spróbować zrobić to tak jak ja, ale i tak będzie bałagan:D. Jest schemat pokazujący co należy gdzie podłączyć. Cewka0 jest uważana za pierwszą cewkę, w którą wchodzi pocisk. To samo dotyczy czujników.

Używam płaskiego kabla i proponuję zrobić to samo. Zacząłem od podłączenia arduino do sterowników bramek. Arduino jest umieszczone z przodu pistoletu z portem USB skierowanym na zewnątrz, co ułatwia programowanie. Następnie wystarczyło połączyć wszystko razem i sprawdzić odpowiednią długość dla każdego przewodu.

W przypadku czujników podczerwieni wywierciłem w ramie otwory, w których poprowadziłem przewody. Zacząłem od podłączenia przewodów sygnałowych do każdego czujnika. Po raz kolejny użyłem płaskiego kabla i faktycznie wyglądało to naprawdę schludnie. Dopiero przy zjeździe od razu zacząłem podłączać linie energetyczne. Poprowadziłem dwa solidne druty przez wszystkie otwory. Jeden na 5V a drugi na 0V. Następnie wykonałem połączenie z tych przewodów do każdego pojedynczego czujnika. To jest moment, w którym zaczyna wyglądać naprawdę chwiejnie, szczególnie po przyklejeniu wszystkich odsłoniętych przewodów taśmą elektryczną.

Wszystkie dotychczas wykonane przez nas połączenia będą obsługiwały prąd o niskim natężeniu, ale teraz nadszedł czas na podłączenie linii zasilających cewki i tranzystory MOSFET. Używam drutu silikonowego 14 AWG, który jest dość elastyczny. Upewnij się również, że masz grubszy lut, ponieważ będziesz go potrzebować całkiem sporo. Po prostu połączymy wszystkie dodatnie zaciski razem i zrobimy to samo z ujemnymi zaciskami. Jeśli używasz tej samej płytki drukowanej, co ja, klocki powinny być odsłonięte tuż nad cewkami. Sugerowałbym również nałożenie dużej ilości lutowia na ścieżki płytek obwodów, które będą obsługiwać duży prąd.

Krok 6: Zasilacze

Chwyć konwertery doładowania i włączmy tego szczeniaka. Używam XL6009, ale tak naprawdę wszystkich konwerterów step-up. Nie zamierzamy ciągnąć więcej niż 500mA, wliczając w to latarkę i laser. Jeden konwerter należy ustawić na 12V a drugi na 5V. Umieszczam je tak jak na zdjęciu zostawiając trochę miejsca na akumulator pomiędzy arduino a konwerterami. Wejścia obu konwerterów należy podłączyć do akumulatora.

Następnie musimy połączyć wszystkie masy razem. Oba konwertery mają już podłączone masy, więc wystarczy połączyć je z masą głównego 6-ogniwowego akumulatora, czyli grubym czarnym przewodem biegnącym po płytkach sterownika.

Teraz 5V z wyjścia jednego konwertera trzeba podłączyć do 5V, które już mamy na arduino, czujnikach i wszystkim innym. Wyjście 12V drugiego konwertera musi być podłączone do sterowników MOSFET. Połączyłem go z pierwszym, a następnie połączyłem je wszystkie razem.

Teraz, gdy podłączasz baterię jednoogniwową, twoje arduino powinno zacząć migać, a pistolet powinien być gotowy, ale dokładnie sprawdź wszystkie połączenia przed podłączeniem baterii, ponieważ w moim przypadku częściej coś wybucha przy pierwszej próbie.

Krok 7: Pociski i magazynek

Jako pociski zakupiłem stalowy pręt o długości 8 mm. Przed zakupem upewnij się, że jest magnetyczny. Następnie pociąłem go na kawałki o długości 38 mm. Mogły już być używane jako pociski, ale chciałem mieć ostrą końcówkę.

Najłatwiej byłoby użyć tokarki, a jeśli ją posiadasz, zdecydowanie użyj jej. Ja jednak nie mam dostępu do tokarki. Zamiast tego postanowiłem zrobić tokarkę z wiertarki:D. Zamocowałem wiertarkę na stole warsztatowym i włożyłem pocisk do uchwytów. Następnie wziąłem narzędzie dremel z odciętym kołem. Kręcąc pociskiem i szlifując go dremelem, udało mi się stworzyć dowolną końcówkę. Skończyłem robić 8 z nich, ponieważ mogę strzelać jeden po drugim.

Dla magazynu wydrukowałem pliki STL z magazynem i suwakiem magazynu, co było najłatwiejsze, ponieważ potrzebujemy również sprężyny. Eksperymentowałem z wydrukowanymi w 3D sprężynami, ale tak naprawdę nie wyszło. Skończyłem dostawać drut sprężynowy 0,8 mm (drut muzyczny). Następnie owinąłem ten drut wokół drewnianego patyka o wymiarach 5,5 mm x 25 mm (dowolny podobny rozmiar wystarczy). Zacząłem od zabezpieczenia jednego końca śrubą i owinięcia go dookoła. Wymaga to dość dużej siły. Skończyło się na zrobieniu około 7-8 pętli. Po zwolnieniu nacisku wyskoczy i będzie wyglądać naprawdę źle. Po prostu weź kombinerki i wygnij je do ostatecznego kształtu. Sprężynę można następnie włożyć do magazynka.

Po wykonaniu tych czynności weź magnes, o którym wspomniałem w materiałach i super przyklej go na magazynku. Jest na to specjalne miejsce. Jeśli masz wydrukowany uchwyt na czasopisma, znajdziesz pasujące miejsce na kolejny magnes. Możesz to również wkleić, po prostu upewnij się, że masz pasującą polaryzację. Dwa magnesy powinny się przyciągać po przyklejeniu.

Krok 8: Montaż wnętrza

Zanim będziesz mógł wypróbować broń, musisz mieć spust i mechanizm ładowania. Więc zbudujmy to. Musisz wydrukować kilka części. Wszystkie są wymienione na pierwszym zdjęciu. W tym momencie powinieneś być w stanie po prostu je przykręcić. Spust musi być przytrzymywany drążkiem 2 mm, aby mógł się swobodnie obracać. Jak przełączam używam mikrowłącznika V-102-1C4. Okablowanie jest faktycznie wymienione na etapie okablowania, a przełącznik będzie pasował bezpośrednio do uchwytu przełącznika. Podczas drukowania mocowania uchwytu użyj co najmniej pięciu obwodów, ponieważ te części będą musiały utrzymać dość dużą wagę.

Po podłączeniu wszystkiego sprawdź, czy magazynek pasuje. Może być konieczne dostosowanie niektórych otworów. Skończyło się na tym, że użyłem tylko dwóch śrub, ponieważ niektóre otwory były wyłączone. Sprawdź również, czy spust naciska mikroprzełącznik i wyreguluj go, jeśli to konieczne.

Kolejnym niepotrzebnym krokiem byłoby dodanie beczki. Mówię niepotrzebne, bo bez tego pistolet będzie działał dobrze. Zdecydowałem się mimo wszystko użyć. Istnieje model 3D o nazwie beczka. Musi być wydrukowany w trybie wazonu, a ponieważ jest to po prostu naprawdę wysoka tuba, jakość może się pogorszyć, gdy drukujesz wyżej, więc w rzeczywistości wydrukowałem dwa z nich w połowie. Nie wywierciłem nawet otworów pod czujniki, bo i tak się przekonałem, że i tak działają, bo ma tylko 0,4 mm grubości, mimo że został wydrukowany w kolorze czarnym.

Krok 9: Oprogramowanie i kalibracja

Śmiało i pobierz pliki.ino. Używam arduino IDE 1.0.5, ale z nowszym też nie powinno być problemu. Potrzebujesz również kilku bibliotek, ale są one potrzebne tylko dla ekranu OLED. Biblioteki to Adafruit_SSD1306 i Adafruit_GFX.

Ze wszystkimi bibliotekami powinieneś być w stanie skompilować szkic i przesłać go. Zanim przejdę do procesu kalibracji, wyjaśnię, jak dokładnie działa kod. Mamy 6 cewek, po naciśnięciu spustu pierwsza cewka włączy się, dopóki jej czujnik nie zobaczy pocisku. Jeśli zajmie to więcej niż 100 ms, system założy, że nie ma pocisku i przestanie zostawiać wiadomość na ekranie. Te 100 ms można zmienić, zmieniając zmienną safeTime (używa nas zamiast ms) w funkcji shoot(). W rzeczywistości używany jest tylko czujnik na pierwszej cewce (próbowałem wielu różnych iteracji i niektóre z nich używają wszystkich, ale to działa najlepiej). Wszystkie poniższe cewki mają ustawiony czas, przez jaki są włączone jedna po drugiej.

Czasy dla cewek są ustalane za pomocą tablicy o nazwie baseTime [6]. Pierwsza wartość to zawsze zero, ponieważ pierwsza cewka pracuje inaczej i tylko reszta wymaga kalibracji. Jak widać dwie ostatnie cewki w moim przypadku też mają 0, a to dlatego, że ich nie używam, bo nie działają i nie mogłem się zawracać sobie głowy ich naprawą:D. Chcesz zacząć od zerowania wszystkich z wyjątkiem drugiego (tak: long baseTime [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). Następnie możesz go wgrać i spróbować odpalić. Ostatnie dwa czujniki obliczą czas, jaki zajęło pociskowi przebycie przez nie, dzięki czemu można obliczyć prędkość. Sugerowałbym zapisanie wartości w arkuszu kalkulacyjnym wraz z wartością baseTime. Powtórz to co najmniej 5 razy i uśrednij, aby uzyskać dokładniejsze wyniki. Następnie możesz dodać 500us i spróbować ponownie, aż uzyskasz najlepszą możliwą prędkość. Gdy będziesz zadowolony z jednej cewki, zostaw ustawiony najlepszy czas i przejdź do następnej cewki i powtórz cały proces. Podczas kalibracji użyj kodu coilgun2_calibration.ino, a po zakończeniu wartości należy skopiować do coilgun2.ino i przesłać.

Krok 10: Drukowanie 3D

Istnieje wiele plików, które trzeba wydrukować w 3D, a niektóre z nich są dość duże. Drukowałem wszystko na drukarce 3D CR-10, która ma ogromną objętość, więc jeśli masz mniejszą drukarkę, niektóre części mogą wymagać podzielenia. Używałem zwykłego PLA do wszystkich części i ustawienia drukowania muszą być zoptymalizowane dla każdej części, więc przygotowałem listę, czy część wymaga wsparcia, czy innych specjalnych ustawień. Domyślnie używałem 3 obwodów, 3 dolnych warstw i 4 górnych warstw w 205°C z podgrzewanym stołem w 60°C.

Oprócz części w środku wszystko wykończyłem i pomalowałem. Nie chcę zagłębiać się w to zbyt głęboko, ponieważ jest już wystarczająco dużo samouczków na ten temat. Sugerowałbym ten. Krótko mówiąc przeszlifowałem wszystkie powierzchnie nałożone podkładu i ponownie przeszlifowałem. Powtórzyłem to 2-3 razy i spryskałem farbą i wykończyłem lakierem bezbarwnym.

Krok 11: Montaż końcowy

Przed złożeniem wszystkiego do kupy brakuje kilku rzeczy. Przełączniki, latarka, laser, okablowanie do głównego akumulatora i diody LED oświetlające wnętrze pistoletu. Zacznijmy od włącznika, który należy połączyć szeregowo pomiędzy małą 1-ogniwową baterią a przetwornicami doładowania. Właściwie lutuję listwę pinową na przełączniku i prowadzę kabel z zaciśniętą listwą pinową z akumulatora, abym mógł ją odłączyć w celu łatwego montażu. Zrobię to samo dla każdego przełącznika.

Mam też latarkę z przodu pistoletu, ale możesz jej nie mieć, ponieważ została zaprojektowana tylko dla niektórych latarek, które leżałem. Do schematu dodałem właśnie rezystor do diody LED i podłączyłem go do akumulatora szeregowo z innym włącznikiem. Powtórzyłem to samo dla diody laserowej. W rzeczywistości był to wskaźnik laserowy, który działał na 4,5 V, więc podłączyłem go bezpośrednio na linii 5 V z przełącznikiem szeregowo.

Do oświetlenia dekoracyjnego podłączyłem je bezpośrednio do złącza dodawania linii 5V, aby pistolet można było zdemontować. Dwie niebieskie diody LED o średnicy 5 mm mają miejsce montażowe w plikach STL trigger_cover. Dla każdej z nich użyłem rezystora 12k, aby świeciły bardzo słabo. Na osłonie cewki dodałem 6 niebieskich diod LED o średnicy 3 mm, które oświetlają cewki. Podłączyłem równolegle i dodałem rezystor 22R przed podłączeniem ich do linii 5V.

Teraz nadal nie mamy żadnego stałego sposobu podłączenia głównych baterii. Ponieważ jeden akumulator mieści się w kolbie, drugi znajduje się w przednim uchwycie i trzeba je podłączyć do szybkozamykacza, musimy wykonać kilka połączeń. Dostarczyłem diagram, który dokładnie wyjaśnia, w jaki sposób należy go podłączyć, zamiast wyjaśniać to. Użyj drutu co najmniej 14 AWG, upewnij się również, że najpierw przepchnij drut przez uchwyt i kolbę przed lutowaniem, ponieważ później nie będzie to możliwe.

Po tym wszystkim działo powinno być w pełni sprawne i nadszedł czas, aby wyglądało ładnie. Nie będę wyjaśniał krok po kroku montażu tak, jak jest to pokazane na filmie lub możesz spojrzeć na model 3D.