Coilgun sense condensadors massius. Finalitzat: 11 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Fa uns sis mesos vaig construir una pistola de bobina simple que tenia una placa de pa gravada en un tauler (projecte original). Va ser divertit i funcional, però volia acabar-ho. Així ho vaig fer finalment. Aquesta vegada utilitzo sis bobines en lloc de dues i he dissenyat una caixa impresa en 3D per donar-li un aspecte futurista.

També he fet un vídeo si el voleu veure en acció:)

Vídeo

Pas 1: eines i materials

Comencem per les eines.

• Impressora 3D
• trepant
• Dremel
• Serra de mà
• pistola de cola calenta
• Toqueu M3
• soldador

Materials:

• filament per a impressora 3D (he utilitzat PLA normal)
• els meus fitxers STL aquí
• Perfil d'alumini en forma de L de 40 x 10 x 2 mm
• Maquinari M3
• discos imant enllaç de 8x1,5mm

electrònica:

• arduino nano
• Enllaç de bateria Lipo 2x 1400mAh 11.1V 3S 65C
• Bateria Lipo de 1200 mAh 1s Això sí
• 2x convertidors intensius (estic fent servir XL6009)
• Pantalla OLED. Enllaç SSD1306.96 "128x64 i2c
• Llanterna AA (opcional)
• díode làser (opcional)
• microinterruptor per activar l'enllaç V-102-1C4
• Interruptors de commutació 3x MTS-102 SPDT
• Connectors XT-60 (5x femella, 3x mascle)

Taulers:

• 6x MIC4422YN
• 6 x IRF3205 + embornals (el meu és RAD-DY-GF / 3)
• 24x 1n4007
• Resistències 6x 10k
• Condensadors 6x 100nF
• Condensadors de 6x 100uf

Us suggeriria agafar-ne més, ja que podríeu trencar alguns progressos. Especialment els MOSFET. Vaig acabar utilitzant-ne uns 20.

També necessitareu coses per crear les bobines, però estic fent servir les mateixes bobines que a l’anterior tutorial, així que aneu-hi i només necessiteu filferro de coure esmaltat de 0,8 mm, LED d’infrarojos i fototransistor + algunes resistències que s’explica tot a l’altre tutorial.

Pas 2: marc

Tota la pistola es construeix al voltant del marc d'alumini. Vaig decidir anar amb un marc d'alumini perquè és lleuger, resistent, els perfils d'alumini són fàcils d'aconseguir i són bastant econòmics. A més, podeu utilitzar eines manuals habituals quan hi treballeu. El perfil que faig servir té 40 x 10 x 2 mm i 1 metre de llarg. Cal tallar-la en dues peces diferents. Un de 320 mm de llarg i l’altre de 110 mm. He utilitzat la serra de mans per tallar-les.

La peça més llarga aguantarà gairebé tot i la petita tindrà només el mànec. Ara és el moment de practicar un munt de forats i fer pocs retalls. He inclòs dues imatges que mostren què cal tallar i com. La imatge sense dimensions té punts vermells són alguns dels forats. Se suposa que s'han de perforar amb un trepant de 4 mm. Els forats de fresat sense els punts vermells han de ser foradats amb un trepant de 2,5 mm i tapats amb una aixeta M3.

La peça més curta és molt més fàcil. També hi ha una imatge d’aquesta. Només vull aclarir que les imatges mostren el pla més ample de 40 mm. La paret de 10 mm es trobaria a la part superior per sota del pla mostrat, de manera que no es pot veure. Això és cert per als tres diagrames. Com he dit, aquest no té gairebé tants forats, però el perfil d'alumini és massa ample. Per tant, cal reduir-lo completament tal com es mostra al diagrama.

El quadre principal encara necessitarà un parell de forats per al cablejat. Es poden afegir més endavant, però si voleu, podeu perforar-los ara, però pot ser difícil saber on posar-los exactament. Més informació a la secció de cablejat.

Pas 3: bobines

No seria una pistola sense bobines, oi? Les bobines que faig servir estan enrotllades a mà sobre una base impresa en 3D. Són idèntiques a les que he creat a la meva primera pistola. Suggeriria seguir aquestes instruccions. El podeu trobar aquí.

L’única diferència és el fet que l’última bobina té una base impresa en 3D diferent, ja que té sensors d’infrarojos a banda i banda. Els sensors també són idèntics, però hi ha un cablejat una mica més endreçat. En aquest moment, podeu col·locar els sensors IR, però no us preocupeu pels cables d’alimentació i de senyal.

Un cop hàgiu acabat les 6 bobines, cal muntar-les al marc principal. En realitat, només es tracta de cargolar-los al seu lloc. També tinc un tub que travessa les bobines en aquest moment, però el retiraré més endavant perquè hi estigui només per assegurar-me que tot estigui alineat. Depenent de la precisió dels vostres forats, és possible que només vulgueu cargolar dos o tres cargols per a cada bobina per assegurar-vos que siguin el més rectes possible.

Pas 4: Circuits de conductors

El següent pas és crear l'electrònica que commuta les bobines. És el bon moment per crear-lo ara, ja que se situarà a les bobines i és una part essencial d’elles. El disseny és força diferent del meu anterior, ja que hi havia alguns defectes. El MOSFET de commutació continua sent IRF3205, però aquesta vegada conduïm la porta amb el MIC4422YN, que és un controlador de porta dedicat. També hi ha un parell de components passius que apareixen a l'esquema.

També proporciono fitxers Eagle, inclòs el fitxer de tauler que he utilitzat. Per descomptat, no haureu de fabricar el vostre propi PCB. Podeu enviar-lo a un fabricant professional o us suggeriríeu que el fabriqueu prèviament. En realitat són només sis components. La part més important és el dissipador de calor, que en el meu cas era excessiu. He descobert que els MOSFET no s’escalfen gens. Vaig tenir bobina funcionant durant uns segons i ja estava encesa i el MOSFET era càlid al tacte, però ni tan sols gairebé calent. Suggeriria un dissipador de calor molt petit o probablement ho podríeu fer fins i tot sense un. Qualsevol que sigui el dissipador de calor que feu servir, no utilitzeu el marc com un sol perquè connectareu els drenatges de tots els MOSFET.

Un cop hàgiu acabat els controladors, connecteu-los a les bobines i afegiu díodes flyback. No ho oblideu, perquè també podeu encendre les bobines: D. El díode Flyback bloqueja l’alta tensió que es crea a l’interior d’una bobina quan s’apaga. El díode Flyback ha d’estar connectat als terminals de les bobines en sentit contrari, és a dir, en el punt en què la bobina està connectada al terminal positiu d’una bateria, el díode tindrà el terminal de càtode (negatiu) connectat i viceversa. Estic fent servir 1N4007, però no només un, ja que no gestionaria el corrent, de manera que en tinc quatre connectats en paral·lel. Aquests quatre díodes es connecten a la bobina directament sobre el fil de la bobina. Haureu de raspar part del recobriment per soldar-lo en aquest filferro.

Tingueu en compte que algunes de les fotos podrien faltar a les resistències que tinguin components diferents, etc. Assegureu-vos de seguir els esquemes a mesura que s’actualitzen. Algunes de les imatges es van fer a la primera fase de prototipatge.

Pas 5: cablejat

Aquesta és la part on l'arma es converteix en un embolic. Podeu provar de fer-ho ordenat com jo, però de totes maneres es tornarà desordenat: D. Hi ha un esquema que mostra què cal connectar on. Coil0 es considera la primera bobina que entra un projectil. El mateix passa amb els sensors.

Estic fent servir un cable pla i us suggeriria que feu el mateix. Vaig començar connectant un arduino als controladors de la porta. L'arduino es situa a la part frontal de la pistola amb el port USB orientat cap a l'exterior per facilitar la programació. A continuació, només importava connectar-ho tot i observar la longitud correcta de cada filferro.

Per als sensors IR, he realitzat forats a través del marc per on encaminaria els cables. Vaig començar connectant els cables de senyal a cada sensor. Vaig fer servir un cable pla una vegada més i en realitat semblava molt net. Només quan vaig baixar un cop vaig començar a connectar les línies elèctriques. Vaig passar dos cables de nucli sòlid per totes les obertures. Un per a 5V i l’altre per a 0V. A continuació, vaig fer la connexió des d’aquests cables a cada sensor. Aquest és el punt en què comença a semblar molt desagradable, sobretot després de gravar tot el fil exposat amb cinta elèctrica.

Totes les connexions que hem fet fins ara gestionaran poc corrent, però ara toca connectar les línies d’alimentació de les bobines i els MOSFET. Utilitzo filferro de silicona de 14 AWG que és força flexible. Assegureu-vos també que teniu una soldadura més gruixuda, ja que en necessiteu una mica. Simplement connectarem tots els terminals positius i farem el mateix amb els terminals negatius. Si feu servir el mateix PCB que he fet, els coixinets haurien d’estar exposats a la part superior de les bobines. Suggeriria també posar una quantitat generosa de soldadura a les pistes de les plaques de circuits que gestionaran el corrent elevat.

Pas 6: subministraments de potència

Agafeu els vostres convertidors d’impuls i fem funcionar aquest cadell. Estic utilitzant XL6009, però realment qualsevol convertidor intensificat. No traurem més de 500 mA i això inclou la llanterna i el làser. Cal establir un convertidor a 12V i l’altre a 5V. Els col·loqueu tal com es mostra a la imatge, deixant una mica d’espai per a la bateria entre l’arduino i els convertidors. Cal que les entrades dels dos convertidors estiguin connectades a la bateria.

A continuació, hem de connectar tots els terrenys. Els dos convertidors ja tenen connexions a terra, de manera que només heu de connectar la vostra a la terra principal de la bateria de 6 cel·les, que és el fil negre gruixut que funciona als PCB del controlador.

Ara cal connectar els 5V de la sortida d’un convertidor al 5V que ja tenim en funcionament a l’arduino, als sensors i a tota la resta. La sortida de 12V de l’altre convertidor s’ha de connectar als controladors MOSFET. L'he connectat a la primera i després la margarida els he encadenat tots.

Ara, quan connecteu la bateria d’una sola cèl·lula, el vostre arduino hauria de començar a parpellejar i la pistola hauria d’estar llesta, però reviseu totes les connexions abans de connectar la bateria, perquè en el meu cas més sovint s’explota alguna cosa al primer intent.

Pas 7: projectils i revista

Com a projectils he comprat una vareta d'acer de 8 mm de llargada. Assegureu-vos que sigui magnètic abans de comprar. Després l’he tallat a trossos de 38 mm de llargada. Aquests ja es podrien utilitzar com a projectils, però volia una punta afilada.

La forma més senzilla seria utilitzar el torn i, si en teniu un, utilitzeu-lo definitivament. No obstant això, no tinc accés al torn. En lloc d'això, he decidit fer un torn amb un trepant elèctric: D. He fixat el trepant al meu banc de treball i he introduït un projectil als mandrils. Després vaig agafar l’eina dremel amb la roda tallada. Girant el projectil i triturant-lo amb el dremel vaig poder crear qualsevol consell que volgués. Vaig acabar fent-ne vuit, ja que puc disparar un rere l'altre.

Per a la revista vaig imprimir fitxers STL de magazine i magazine_slider, que va ser la part més fàcil, ja que també necessitem una molla. Jo estava experimentant amb unes molles impreses en 3D, però realment no va funcionar. Vaig acabar rebent filferro de molla de 0,8 mm (fil musical). Després vaig enrotllar aquest filferro al voltant d’un pal de fusta que feia 5,5 mm x 25 mm (qualsevol mida similar ho farà). Vaig començar assegurant un extrem amb un cargol i enrotllant-lo al voltant. Es necessita força. Vaig acabar fent uns 7-8 bucles. Un cop deixeu anar la pressió, brollarà i quedarà molt malament. Simplement agafeu les alicates i doblegueu-les fins a la seva forma final. La molla es pot inserir a la revista.

Amb això, agafeu un imant que he esmentat als materials i enganxeu-lo a la revista. Hi ha un lloc especial per a això. Si teniu imprès el suport de la revista, trobareu un lloc adequat per a un altre imant. També podeu enganxar-lo i assegureu-vos que teniu la polaritat adequada. Els dos imants s’han d’atraure mútuament quan s’enganxen.

Pas 8: Muntatge de l'interior

Abans de provar l’arma hauràs de tenir un gatell i un mecanisme de càrrega. Així que anem a construir això. Haureu d’imprimir poques parts. Tots apareixen a la primera imatge. En aquest moment, hauríeu de poder cargolar-los al lloc. El gallet s’ha de mantenir amb una vareta de 2 mm perquè pugui girar lliurement. En canviar, estic fent servir una micro-bruixa V-102-1C4. El cablejat corresponent s’esmenta realment al pas del cablejat i el commutador s’adaptarà just al suport del commutador. Quan imprimiu el suport de subjecció, utilitzeu almenys cinc perímetres, ja que aquestes parts hauran de suportar força pes.

Un cop ho tingueu tot connectat, comproveu si la revista s’adapta bé. És possible que hagueu d’ajustar alguns dels forats. De fet, vaig acabar fent servir només dos cargols ja que alguns dels forats estaven apagats. Comproveu també si el gallet empeny el microinterruptor i ajusteu-lo si cal.

Un altre pas innecessari seria afegir barril. Dic innecessari perquè l’arma funcionarà bé sense ella. Vaig decidir utilitzar-ne una de totes maneres. Hi ha un model 3D anomenat barril. S’ha d’imprimir amb el mode de gerro i, ja que és un tub molt alt, la qualitat podria empitjorar a mesura que imprimiu més, de manera que en vaig acabar imprimint dos a la meitat. Ni tan sols he forat els sensors perquè vaig saber que funcionen de totes maneres, ja que només té un gruix de 0,4 mm, tot i que estava imprès en color negre.

Pas 9: programari i calibració

Endavant i descarregueu els fitxers.ino. Estic fent servir arduino IDE 1.0.5, però tampoc no hi hauria d’haver cap problema. També necessitareu un parell de biblioteques, però només són necessàries per a la pantalla OLED. Les biblioteques són Adafruit_SSD1306 i Adafruit_GFX.

Amb totes les biblioteques hauríeu de poder compilar l'esbós i penjar-lo. Abans d'entrar en el procés de calibratge, deixeu-me explicar com funciona exactament el codi. Tenim 6 bobines, quan premeu el gallet, la primera bobina s’encendrà fins que el sensor vegi el projectil. Si triga més de 100 ms, el sistema assumeix que no hi ha projectil i deixarà de deixar un missatge a la pantalla. Aquests 100 ms es poden canviar canviant la variable safeTime (ens fa servir en lloc de ms) a la funció shoot (). En realitat, només s’utilitza el sensor de la primera bobina (he provat moltes iteracions diferents i algunes utilitzen totes, però això funciona millor). Totes les bobines següents han establert un temps per quant de temps estan una sobre l’altra.

Els temps per a les bobines s'estableixen amb la matriu anomenada baseTime [6]. El primer valor sempre és zero, ja que la primera bobina funciona de manera diferent i només cal calibrar la resta. Com podeu veure, les dues darreres bobines en el meu cas també són 0 i això és perquè no les faig servir ja que no funcionen i no em podria molestar solucionar-les: D. Voleu començar posant a zero tots, excepte el segon (així: temps base llarg [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). A continuació, podeu penjar-lo i provar de disparar. Els dos darrers sensors calcularan el temps que va trigar el projectil a recórrer-los, de manera que podeu calcular la velocitat. Suggeriria desar el valor al full de càlcul juntament amb el valor baseTime. Repetiu-lo almenys 5 vegades i feu-ne una mitjana per obtenir resultats més precisos. A continuació, podeu afegir 500 us i tornar-ho a provar fins obtenir la millor velocitat possible. Quan estigueu satisfet amb una bobina, deixeu el millor temps establert i passeu a la següent bobina i repetiu tot el procés. Quan calibreu, utilitzeu el codi coilgun2_calibration.ino i, un cop fets, cal copiar els valors a coilgun2.ino i penjar-los.

Pas 10: impressió 3D

Hi ha molts fitxers que s’han d’imprimir en 3D i alguns d’ells són força grans. Estava imprimint tot a la impressora 3D CR-10 que té un volum de construcció enorme, de manera que si teniu una impressora més petita, és possible que hagueu de dividir algunes parts. Feia servir PLA regular per a totes les parts i els paràmetres d’impressió s’han d’optimitzar per a cada part, de manera que he compilat una llista de si una peça necessita assistència o qualsevol altra configuració especial. Per defecte, feia servir 3 perímetres, 3 capes inferiors i 4 capes superiors a 205 ° C amb llit escalfat a 60 ° C.

A part de les parts de dins, també he acabat i pintat de tot. No vull aprofundir en això, ja que hi ha prou tutorials sobre això. Jo suggeriria aquest. En poques paraules, vaig polir totes les superfícies aplicades amb imprimació i vaig tornar a polir. Ho vaig repetir 2-3 vegades i el vaig esterilitzar amb pintura i vaig acabar amb una capa clara.

Pas 11: Assemblea final

Abans de muntar-ho tot, falten poques coses. Els interruptors, la llanterna, el làser, el cablejat de la bateria principal i els LED que il·luminen l’interior de la pistola. Comencem amb l’interruptor d’encesa / apagat que s’ha de connectar en sèrie entre la petita bateria d’1 cel·la i els convertidors boost. De fet, estic soldant la capçalera del pin del commutador i estic executant el cable amb el capçal del pin arrissat de la bateria perquè pugui desconnectar-lo per facilitar el muntatge. Faré el mateix per a cada canvi.

També tinc llanterna a la part frontal de l’arma, però potser no la teniu, ja que va ser dissenyada només per a una llanterna que he tingut. Per a l'esquema, acabo d'afegir una resistència per al LED i l'he connectat a la bateria en sèrie amb un altre interruptor. Vaig repetir el mateix per al díode làser. De fet, era un punter làser que funcionava a 4,5 V, de manera que el vaig connectar directament a la línia de 5 V amb un interruptor de sèrie.

Per a les llums decoratives que he connectat directament al connector d'addició de línia de 5V per fer que la pistola es pugui desmuntar. Dos LED blaus de 5 mm tenen un punt de muntatge als fitxers STL trigger_cover. He utilitzat resistència de 12 k per a cadascun per fer-los brillar molt poc. A la coberta de la bobina he afegit 6 LED blaus de 3 mm per il·luminar les bobines. He connectat el paral·lel i he afegit la resistència 22R abans de connectar-los a la línia de 5V.

Ara encara no tenim cap manera permanent de connectar les bateries principals. Com que una bateria es troba allotjada a l’estoc, l’altra es troba al mànec frontal i cal connectar-les a l’interruptor d’alliberament ràpid, haurem de fer diverses connexions. He proporcionat un diagrama que explica exactament com s’ha de connectar en lloc d’explicar-ho. Utilitzeu almenys 14 cables AWG també assegureu-vos que primer empenyeu el cable a través del mànec i el material abans de soldar, ja que no serà possible després.

Amb tot això fet, l'arma hauria de ser totalment operativa i ha arribat el moment de fer que sembli agradable. No explicaré el muntatge pas a pas, ja que es mostra al vídeo o podeu veure el model 3D.