Coilgun uden massive kondensatorer. Færdig: 11 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

For omkring seks måneder siden byggede jeg en enkel coilgun, som havde brødbræt tapet på et bræt (originalt projekt). Det var sjovt og funktionelt, men jeg ville afslutte det. Så det gjorde jeg endelig. Denne gang bruger jeg seks spoler i stedet for to, og jeg har designet 3D -printet etui rundt for at give det et futuristisk udseende.

Jeg har også lavet en video, hvis du vil se den i aktion:)

Video

Trin 1: Værktøjer og materialer

Lad os starte med værktøjerne.

• 3D printer
• bore
• Dremel
• håndsav
• varm limpistol
• M3 tryk
• loddekolbe

Materialer:

• filament til 3D -printer (jeg brugte almindelig PLA)
• mine STL -filer her
• 40 x 10 x 2 mm L -formet aluminiumsprofil
• M3 hardware
• magnetskiver 8x1,5 mm led

elektronik:

• arduino nano
• 2x 1400mAh 11.1V 3S 65C Lipo batterilink
• 1200mAh 1s Lipo batteri Denne ville gøre
• 2x step up -konvertere (jeg bruger XL6009)
• OLED -skærm.96 '' 128x64 i2c SSD1306 link
• AA lommelygte (valgfri)
• laserdiode (valgfri)
• mikrokontakt til trigger V-102-1C4 link
• 3x vippekontakter MTS-102 SPDT
• XT-60 stik (5x hun, 3x han)

Tavler:

• 6x MIC4422YN
• 6x IRF3205 + kølelegemer (min er RAD-DY-GF/3)
• 24x 1n4007
• 6x 10k modstande
• 6x 100nF kondensatorer
• 6x 100uf kondensatorer

Jeg vil foreslå at få fat i flere af disse, da du måske bryder nogle i forløbet. Især MOSFET'erne. Jeg endte med at bruge omkring 20 af dem.

Du skal også bruge ting til at oprette spolerne, men jeg bruger de samme spoler som i den forrige vejledning, så gå derhen, og til det har du bare brug for 0,8 mm emaljeret kobbertråd, infrarød LED og fototransistor + nogle modstande, som alt er forklaret i den anden vejledning.

Trin 2: Ramme

Hele pistolen er bygget op omkring aluminiumsramme. Jeg besluttede at gå med aluminiumsramme, fordi det er let, robust, aluminiumsprofiler er lette at få og er rimeligt billige. Derudover kan du bruge almindelige håndværktøjer, når du arbejder med dem. Profilen jeg bruger er 40 x 10 x 2 mm og 1 meter lang. Det skal skæres i to forskellige stykker. Den ene 320 mm lang og den anden 110 mm. Jeg har brugt håndsav til at skære dem.

Det længere stykke holder stort set alt, og det mindre har kun håndtaget. Nu er det tid til at bore masser af huller og lave få udskæringer. Jeg har inkluderet to billeder, der viser, hvad der skal klippes og hvordan. Billedet uden dimensioner har røde prikker er nogle af hullerne. De formodes at blive boret med 4 mm bor. Brøndhullerne uden de røde prikker skal bores med 2,5 mm bor og bankes med M3 hane.

Det kortere stykke er meget lettere. Der er også et billede af den. Jeg vil bare præcisere billederne viser det 40 mm bredeste plan. 10 mm væggen ville være på oversiden under det viste plan, så den ikke kan ses. Det er sandt for alle 3 af disse diagrammer. Som sagt har denne ikke nær så mange huller, men aluminiumsprofilen er alt for bred. Så det skal indsnævres hele vejen på tværs som vist på diagrammet.

Hovedrammen skal stadig bruge et par huller til ledninger. De kan tilføjes senere, men hvis du vil, kan du bore dem nu, men det kan være udfordrende at vide, hvor de præcist skal placeres. Mere om det i ledningsafsnittet.

Trin 3: Spoler

Det ville ikke være coilgun uden spoler, ikke? Spolerne, jeg bruger, er håndviklet på en 3D -printet base. De er identiske med dem, jeg har skabt i min første coilgun. Jeg vil foreslå at følge disse instruktioner. Du kan finde den her.

Den eneste forskel er det faktum, at den sidste spole har en anden 3D -printet base, da den har infrarøde sensorer på begge sider. Sensorerne er også identiske, men der er lidt mere ryddelige ledninger. På dette tidspunkt kan du sætte IR -sensorerne på plads, men du skal ikke bekymre dig om strøm- og signalledninger.

Når du har alle 6 spoler færdige, skal de monteres på hovedrammen. Det er egentlig bare at skrue dem på plads. Jeg har også et rør, der løber gennem spolerne i øjeblikket, men jeg fjerner det senere, da det er der bare for at sikre, at alt er justeret. Afhængigt af hvor præcise dine huller er, vil du måske kun skrue to eller tre skruer i for hver spole for at sikre, at de er så lige som muligt.

Trin 4: Driverkredsløb

Næste trin er at skabe elektronikken, der skifter spolerne. Det er godt tidspunkt at oprette det nu, da det vil sidde på spolerne, og det er en vigtig del af dem. Designet er ganske anderledes end mit tidligere, da der var nogle fejl ved det. Skiftende MOSFET er stadig IRF3205, men vi kører porten denne gang med MIC4422YN, som er dedikeret gate driver. Der er også et par passive komponenter, der er på skematisk.

Jeg leverer også Eagle -filer, herunder den bestyrelsesfil, jeg har brugt. Selvfølgelig behøver du ikke lave dit eget printkort. Du kan sende det til en professionel producent, eller jeg vil foreslå, at du bare laver det på et forplade. Det er egentlig kun seks komponenter. Den største del er kølelegemet, som var fuldstændig overkill i mit tilfælde. Jeg har fundet ud af, at MOSFET’erne slet ikke bliver varme. Jeg havde spole i gang i et par sekunder, og det var allerede i brand, og MOSFET var bare varm at røre ved, men ikke engang tæt på at være varm. Jeg vil foreslå en virkelig lille kølelegeme, eller du kan sikkert gøre det selv uden en. Uanset hvilken kølelegeme du bruger, skal du ikke bruge rammen som en, fordi du forbinder afløb fra alle MOSFET'erne sammen.

Når du har gjort driverne, skal du slutte dem til dine spoler og tilføje flyback -dioder !! Glem ikke dette, for du kan også tænde dine spoler: D. Flyback -diode spænder ned højspænding, der bygger inde i en spole, når den slukkes. Flyback -diode skal tilsluttes på spolernes terminaler i den modsatte retning, hvilket betyder på det sted, hvor spolen er forbundet til den positive terminal på et batteri, dioden vil have sin katode (negative) terminal tilsluttet og omvendt. Jeg bruger 1N4007, men ikke kun en, da den ikke ville klare strømmen, så jeg har fire af dem forbundet parallelt. Disse fire dioder forbindes derefter til spolen direkte på spoletråden. Du skal skrabe noget af belægningen til lodning på denne tråd.

Vær venligst opmærksom på, at nogle af billederne kan mangle modstande, der har forskellige komponenter osv. Sørg for at følge skemaerne, da disse opdateres. Nogle af optagelserne blev udført i et tidligt prototypefase.

Trin 5: Ledningsføring

Dette er den del, hvor pistolen bliver rodet. Du kan prøve at gøre det ryddeligt som jeg gjorde, men det bliver alligevel rodet: D. Der er en skematisk visning af, hvad der skal forbindes hvor. Coil0 betragtes som den første spole, som et projektil kommer ind i. Det samme gælder sensorer.

Jeg bruger et fladt kabel, og jeg vil foreslå, at du gør det samme. Jeg startede med at tilslutte en arduino til gate -driverne. Arduinoen er placeret på forsiden af pistolen med USB -port vendt udad for let programmering. Dernæst gjaldt det bare om at forbinde alt sammen og se på den korrekte længde for hver ledning.

Til IR -sensorerne har jeg faktisk boret huller gennem rammen, hvor jeg ville føre ledningerne. Jeg startede med at tilslutte signalledningerne til hver sensor. Jeg brugte igen et fladt kabel, og det så faktisk rigtig pænt ud. Det var først, når jeg gik ned ad bakke, når jeg begyndte at forbinde elledningerne. Jeg kørte to solide kernetråde på tværs af alle åbningerne. Den ene til 5V og den anden til 0V. Dernæst lavede jeg forbindelse fra disse ledninger til hver eneste sensor. Dette er det punkt, hvor det begynder at se virkelig skævt ud især efter tapning af alle de udsatte ledninger med elektrisk tape.

Alle de forbindelser, vi har foretaget hidtil, vil håndtere lav strøm, men nu er det tid til at tilslutte strømledningerne til spolerne og MOSFET'erne. Jeg bruger 14 AWG silikontråd, som er ret fleksibel. Sørg også for at få tykkere loddetin, da du får brug for en del af det. Vi vil bare forbinde alle positive terminaler sammen og gøre det samme med negative terminaler. Hvis du bruger det samme printkort som jeg gjorde, skulle puderne blive udsat lige oven på spolerne. Jeg vil foreslå også at lægge generøs mængde lodde på sporene på kredsløbskortene, der skal håndtere den høje strøm.

Trin 6: Strømforsyninger

Tag fat i dine boost -konvertere, og lad os få denne hvalp i gang. Jeg bruger XL6009, men egentlig alle trin op -konvertere. Vi kommer ikke til at trække mere end 500mA, og det inkluderer lommelygte og laser. Den ene omformer skal indstilles til 12V og den anden til 5V. Jeg placerer dem som vist på billedet og efterlader lidt plads til batteriet mellem arduinoen og omformerne. Indgangene på begge omformere skal tilsluttes batteriet.

Dernæst skal vi forbinde alle grunde sammen. De to konvertere har allerede tilsluttet grunde, så du skal bare forbinde deres med hoved 6 -cellers batteri, som er den tykke sorte ledning, der kører på driverens printkort.

Nu skal 5V fra output fra en converter tilsluttes 5V, som vi allerede kører til arduino, sensorer og alt andet. 12V -udgangen fra den anden konverter skal tilsluttes MOSFET -driverne. Jeg har forbundet den til den første og derefter daisy lænket dem alle sammen.

Når du nu tilslutter enkeltcellebatteriet, skal din arduino begynde at blinke, og pistolen skal være klar, men dobbelttjek alle dine forbindelser, før du tilslutter batteriet, fordi der i mit tilfælde oftere er noget, der blæser op ved første forsøg.

Trin 7: Projektiler og magasin

Som projektiler har jeg købt meter lang 8 mm stålstang. Sørg for, at den er magnetisk, før du køber. Jeg har derefter skåret den til 38 mm lange stykker. Disse kunne allerede bruges som projektiler, men jeg ville have en skarp spids.

Den nemmeste måde ville være at bruge drejebænk, og hvis du har en, skal du helt sikkert bruge den. Jeg har dog ikke adgang til drejebænk. I stedet har jeg besluttet at lave drejebænk ud af en boremaskine: D. Jeg har spændt boret fast på mit arbejdsbord og indsat et projektil i borepatronerne. Så tog jeg dremel værktøj med afskåret hjul. Ved at dreje projektilet og slibe det med dremel kunne jeg skabe ethvert tip, jeg ønskede. Jeg sluttede med at lave 8 af disse, da jeg kan skyde den ene efter den anden.

Til magasinet udskrev jeg magasin- og magazine_slider STL -filer, hvilket var den lette del, da vi også har brug for en fjeder. Jeg eksperimenterede med 3D -printede fjedre, men det virkede ikke rigtig. Jeg endte med at få 0,8 mm fjedertråd (musiktråd). Jeg viklede derefter denne tråd omkring en træpind, der var 5,5 mm x 25 mm (enhver lignende størrelse vil gøre). Jeg startede med at sikre den ene ende med en skrue og såret den rundt. Det kræver ganske meget kraft. Jeg endte med at lave omkring 7-8 sløjfer. Når du slipper trykket, springer det ud og ser virkelig dårligt ud. Tag bare en tang og bøj den til den endelige form. Fjederen kan derefter indsættes i magasinet.

Tag det med en magnet, som jeg nævnte i materialerne, og superlim det på magasinet. Der er en særlig plads til det. Hvis du har udskrevet magasinholderen, finder du matchende sted til en anden magnet. Du kan også lime den ind, bare sørg for at have matchende polaritet. De to magneter skal tiltrække hinanden, når de limes ind.

Trin 8: Montering af insiderne

Inden du kan prøve pistolen, skal du have en udløser- og indlæsningsmekanisme. Så lad os bygge det. Du skal have få dele udskrevet. De er alle angivet på det første billede. På dette tidspunkt skal du bare kunne skrue dem på plads. Udløseren skal holdes med 2 mm stang, så den kan dreje frit. Da jeg skifter, bruger jeg V-102-1C4 mikroovn. Ledningerne til det er faktisk nævnt på ledningstrinnet, og kontakten passer lige i kontaktholderen. Når du udskriver grebmonteringen, skal du bruge mindst fem omkredse, da disse dele skal holde ret meget vægt.

Når du har alt tilsluttet, skal du kontrollere, om magasinet passer rigtigt. Du skal muligvis justere nogle af hullerne. Jeg endte faktisk med at bruge kun to skruer, da nogle af hullerne var slukket. Kontroller også, om aftrækkeren skubber mikrokontakten, og juster den om nødvendigt.

Et andet unødvendigt trin ville være at tilføje tønde. Jeg siger unødvendigt, fordi pistolen vil fungere fint uden den. Jeg besluttede mig alligevel for at bruge en. Der er en 3D -model kaldet tønde. Det skal udskrives med vasetilstand, og da det bare er et virkelig højt rør, kan kvaliteten blive dårligere, når du udskriver højere, så jeg endte med at printe to af dem halvvejs. Jeg borede ikke engang huller til sensorerne, da jeg fandt ud af, at de fungerer alligevel, da den kun er 0,4 mm tyk på trods af, at den blev trykt i sort farve.

Trin 9: Software og kalibrering

Fortsæt og download.ino -filerne. Jeg bruger arduino IDE 1.0.5, men der burde heller ikke være problemer med den nyere. Du skal også bruge et par biblioteker, men de er kun nødvendige for OLED -skærmen. Bibliotekerne er Adafruit_SSD1306 og Adafruit_GFX.

Med alle bibliotekerne skulle du være i stand til at kompilere skitsen og uploade den. Inden jeg går ind i kalibreringsprocessen, lad mig lige forklare, hvordan koden nøjagtigt fungerer. Vi har 6 spoler, når du trækker i aftrækkeren, tændes den første spole, indtil dens sensor ser projektilet. Hvis det tager mere end 100 ms, antager systemet, at der ikke er noget projektil og stopper med at efterlade en besked på skærmen. Disse 100 ms kan ændres ved at ændre variablen safeTime (bruger os i stedet for ms) i shoot () -funktionen. Kun sensoren på den første spole bruges faktisk (jeg har prøvet mange forskellige iterationer, og nogle af dem bruger alt, men det fungerer bedst). De følgende spoler har alle sat tid til, hvor længe de er på den ene efter den anden.

Tidspunkterne for spolerne indstilles med arrayet kaldet baseTime [6]. Den første værdi er altid nul, da den første spole fungerer anderledes, og kun resten skal kalibreres. Som du kan se, er de to sidste spoler i mit tilfælde også 0, og det er fordi jeg ikke bruger dem, da de ikke virker, og jeg ikke kunne gide at reparere dem: D. Du vil starte med at nulstille dem alle undtagen den anden (som denne: lang baseTime [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). Du kan derefter uploade det og prøve at fyre. Den sidste to sensor beregner den tid, det tog for projektilet at rejse gennem dem, derfor kan du beregne hastigheden. Jeg vil foreslå at gemme værdien i regneark sammen med baseTime -værdien. Gentag det mindst 5 gange og gennemsnit det for mere præcise resultater. Du kan derefter tilføje 500us og prøve igen, indtil du får den bedst mulige hastighed. Når du er tilfreds med en spole, skal du forlade det bedste tidspunkt og gå til den næste spole og gentage hele processen. Ved kalibrering skal du bruge coilgun2_calibration.ino -koden, og når den er udført, skal værdierne kopieres til coilgun2.ino og uploades.

Trin 10: 3D -udskrivning

Der er mange filer, der skal udskrives i 3D, og nogle af dem er ret store. Jeg udskriver alt på CR-10 3D-printer, der har en enorm bygningsvolumen, så hvis du har en mindre printer, skal nogle dele muligvis deles. Jeg brugte almindelig PLA til alle dele, og udskriftsindstillingerne skal optimeres for hver del, så jeg har udarbejdet en liste, om en del har brug for support eller andre specielle indstillinger. Som standard brugte jeg 3 omkredse, 3 bundlag og 4 toplag ved 205 ° C med opvarmet seng ved 60 ° C.

Bortset fra delene indeni har jeg også færdiggjort og malet alt. Jeg vil ikke gå for dybt ind i dette, da der allerede er nok tutorials om dette. Jeg vil foreslå denne. I en nøddeskal sleb jeg alle overflader påført primer og slibede igen. Jeg gentog dette 2-3 gange og kastrerede det med maling og afsluttede med klart lag.

Trin 11: Endelig samling

Inden alt sættes sammen mangler der kun få ting. Kontakter, lommelygte, laser, ledninger til hovedbatteriet og lysdioder, der lyser indvendigt i pistolen. Lad os starte med tænd/sluk -kontakten, der skal forbindes i serie mellem det lille 1 -cellers batteri og boost -omformere. Jeg lodder faktisk stifthoved på kontakten og kører kabel med krympet stifthoved fra batteriet, så jeg kan afbryde det for let montering. Jeg vil gøre det samme for hver switch.

Jeg har også lommelygte på forsiden af pistolen, men du har muligvis ikke den, da den var designet til bare en lommelygte, jeg har haft liggende. For skematisk har jeg lige tilføjet modstand til LED'en og forbundet den til batteriet i serie med en anden switch. Jeg gentog det samme for laserdioden. Det var faktisk laserpointer, der kørte på 4,5V, så jeg tilsluttede den lige på 5V -linjen med switch i serie.

Til dekorationslysene har jeg tilsluttet dem direkte til 5V line -tilføjelsesstikket for at gøre pistolen adskilt. To blå 5 mm lysdioder har monteringspunkt i trigger_cover STL -filer. Jeg har brugt 12k modstand til hver enkelt for at få dem til at lyse meget svagt. På spoledækslet har jeg tilføjet 6 blå 3 mm lysdioder for at tænde spolerne. Jeg har tilsluttet parallelt og tilføjet 22R modstand, før jeg forbinder dem til 5V linje.

Nu har vi stadig ingen permanent måde at tilslutte hovedbatterierne på. Da det ene batteri er placeret på lageret, er det andet i det forreste håndtag, og de skal tilsluttes hurtigkoblingen, vi skal lave flere forbindelser. Jeg har givet diagram, der forklarer præcis, hvordan det skal forbindes i stedet for at forklare det. Brug mindst 14 AWG -ledninger, og sørg også for først at skubbe tråden gennem håndtaget og lager før lodning, da det ikke er muligt bagefter.

Med alt det gjort skal pistolen være fuldt operationel, og det er tid til at få det til at se godt ud. Jeg vil ikke forklare samlingen trin for trin, som den er vist i videoen, eller du kan se på 3D -modellen.