Coilgun uten massive kondensatorer. Ferdig: 11 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

For omtrent et halvt år siden bygde jeg en enkel coilgun som hadde brødbrett teipet på et brett (originalt prosjekt). Det var morsomt og funksjonelt, men jeg ønsket å fullføre det. Så det gjorde jeg endelig. Denne gangen bruker jeg seks spoler i stedet for to, og jeg har designet et 3D -trykt etui for å gi det et futuristisk utseende.

Jeg har også laget en video hvis du vil se den i aksjon:)

Video

Trinn 1: Verktøy og materialer

La oss starte med verktøyene.

• 3D -skriver
• bore
• Dremel
• håndsag
• varm limpistol
• M3 trykk
• loddejern

Materialer:

• filament for 3D -skriver (jeg brukte vanlig PLA)
• mine STL -filer her
• 40 x 10 x 2 mm L -formet aluminiumsprofil
• M3 maskinvare
• magnetskiver 8x1,5 mm lenke

elektronikk:

• arduino nano
• 2x 1400mAh 11.1V 3S 65C Lipo batterilink
• 1200mAh 1s Lipo batteri Dette ville gjøre
• 2x trinn opp omformere (jeg bruker XL6009)
• OLED -skjerm.96 '' 128x64 i2c SSD1306 lenke
• AA lommelykt (valgfritt)
• laserdiode (valgfritt)
• mikrobryter for trigger V-102-1C4 lenke
• 3x vippebrytere MTS-102 SPDT
• XT-60-kontakter (5x hunn, 3x hann)

Tavler:

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

Jeg vil foreslå å ta flere av disse, da du kan ødelegge noen i fremdriften. Spesielt MOSFETene. Jeg endte opp med å bruke omtrent 20 av dem.

Du trenger også ting for å lage spolene, men jeg bruker de samme spolene som i forrige opplæring, så gå dit, og for det trenger du bare 0,8 mm emaljert kobbertråd, infrarød LED og fototransistor + noen motstander som alt er forklart i den andre opplæringen.

Trinn 2: Ramme

Hele pistolen er bygget rundt aluminiumsramme. Jeg bestemte meg for å gå med aluminiumsramme fordi den er lett og solid, aluminiumsprofiler er enkle å få og er ganske billige. På toppen av det kan du bruke vanlige håndverktøy når du jobber med dem. Profilen jeg bruker er 40 x 10 x 2 mm og 1 meter lang. Den må kuttes i to forskjellige biter. Den ene 320 mm lang og den andre 110 mm. Jeg har brukt håndsagen til å klippe dem.

Det lengre stykket vil holde stort sett alt, og det mindre vil bare ha håndtaket. Nå er det på tide å bore massevis av hull og gjøre noen utskjæringer. Jeg har tatt med to bilder som viser hva som må klippes og hvordan. Bildet uten dimensjoner har røde prikker er noen av hullene. De skal bores med 4 mm bor. Reaming -hullene uten de røde prikkene må bores med 2,5 mm bor og tappes med M3 tapp.

Det kortere stykket er mye lettere. Det er også et bilde av den. Jeg vil bare presisere bildene som viser det 40 mm bredeste planet. 10 mm veggen vil være på oversiden under det viste planet, slik at den ikke kan sees. Det er sant for alle tre av disse diagrammene. Som jeg sa, denne har ikke nesten like mange hull, men aluminiumsprofilen er altfor bred. Så det må begrenses helt over som vist på diagrammet.

Hovedrammen trenger fortsatt et par hull for ledninger. De kan legges til senere, men hvis du vil kan du bore dem nå, men det kan være utfordrende å vite hvor du skal plassere dem. Mer om det i ledningsdelen.

Trinn 3: Spoler

Det ville ikke vært coilgun uten spoler, ikke sant? Spolene jeg bruker er håndviklet på en 3D -trykt base. De er identiske med de jeg har laget i min første coilgun. Jeg foreslår at du følger disse instruksjonene. Du finner den her.

Den eneste forskjellen er det faktum at den siste spolen har forskjellige 3D -trykte baser, siden den har infrarøde sensorer på begge sider. Sensorene er også identiske, men det er litt ryddigere ledninger. På dette tidspunktet kan du sette IR -sensorene på plass, men ikke bekymre deg for strøm- og signalkabler.

Når du er ferdig med alle de 6 spolene må de monteres på hovedrammen. Det er egentlig bare å skru dem på plass. Jeg har også et rør som går gjennom spolene for øyeblikket, men jeg vil fjerne det senere ettersom det bare er for å sikre at alt er justert. Avhengig av hvor presise hullene dine er, vil du kanskje bare skru inn to eller tre skruer for hver spole for å sikre at de er så rette som mulig.

Trinn 4: Driverkretser

Neste trinn er å lage elektronikken som bytter spoler. Det er på tide å lage det nå, da det vil sitte på spolene, og det er en vesentlig del av dem. Designet er ganske annerledes enn min forrige, da det var noen feil med det. Bytte MOSFET er fortsatt IRF3205, men vi kjører porten denne gangen med MIC4422YN som er dedikert gate driver. Det er også et par passive komponenter som er på skjematikken.

Jeg leverer også Eagle -filer, inkludert brettfilen jeg har brukt. Selvfølgelig trenger du ikke lage din egen PCB. Du kan sende den til en profesjonell produsent, eller jeg foreslår at du bare lager den på forhåndsbrett. Det er egentlig bare seks komponenter. Den største delen er kjøleribben som var fullstendig overkill i mitt tilfelle. Jeg har funnet ut at MOSFETene ikke blir varme i det hele tatt. Jeg hadde spole i gang i noen sekunder, og den brant allerede, og MOSFET var bare varm å ta på, men ikke engang i nærheten av å være varm. Jeg vil foreslå en veldig liten kjøleribbe, eller du kan sannsynligvis gjøre det selv uten en. Uansett hvilken kjøleribbe du bruker, ikke bruk rammen som en fordi du vil koble avløp fra alle MOSFETene sammen.

Når du har gjort driverne, kobler du dem til spolene dine og legger til flyback -dioder !! Ikke glem dette, for du kan også brenne spolene dine: D. Flyback -diode klemmer ned høyspenning som bygger inne i en spole når den slås av. Flyback -diode må kobles til terminalene på spolene i motsatt retning, noe som betyr at punktet hvor spolen er koblet til den positive terminalen på et batteri, vil dioden ha sin katode (negative) terminal tilkoblet og omvendt. Jeg bruker 1N4007, men ikke bare en, da den ikke ville håndtere strømmen, så jeg har fire av dem koblet parallelt. Disse fire dioder er deretter koblet til spolen direkte på spoletråden. Du må skrape av noe av belegget for å lodde på denne tråden.

Vær oppmerksom på at noen av bildene kan mangle motstander har forskjellige komponenter osv. Sørg for å følge skjemaene når de oppdateres. Noen av opptakene ble gjort i et tidlig prototypefase.

Trinn 5: Kabling

Dette er delen der pistolen blir rot. Du kan prøve å gjøre det ryddig som jeg gjorde, men det blir rotete uansett: D. Det er en skjematisk oversikt over hva som må kobles til hvor. Coil0 regnes som den første spolen som et prosjektil kommer inn i. Det samme gjelder sensorer.

Jeg bruker flatkabel, og jeg foreslår at du gjør det samme. Jeg begynte med å koble en arduino til portdriverne. Arduinoen er plassert helt foran på pistolen med USB -porten vendt utover for enkel programmering. Deretter var det bare å koble alt sammen og se på riktig lengde for hver ledning.

For IR -sensorene har jeg faktisk boret hull gjennom rammen der jeg ville føre ledningene. Jeg begynte med å koble signalledningene til hver sensor. Jeg brukte flatkabel igjen, og det så faktisk veldig pent ut. Det var først i nedoverbakke når jeg begynte å koble til kraftledningene. Jeg kjørte to solide kjernetråder over alle åpningene. Den ene for 5V og den andre for 0V. Deretter koblet jeg fra disse ledningene til hver eneste sensor. Dette er punktet der det begynner å se veldig skummelt ut, spesielt etter å ha teipet all den eksponerte ledningen med elektrisk tape.

Alle tilkoblingene vi har gjort så langt, vil håndtere lav strøm, men nå er det på tide å koble til strømledningene for spolene og MOSFETene. Jeg bruker 14 AWG silikontråd som er ganske fleksibel. Sørg også for at du får tykkere loddetinn, da du trenger ganske mye av det. Vi skal bare koble alle positive terminaler sammen og gjøre det samme med negative terminaler. Hvis du bruker samme kretskort som jeg gjorde, bør putene eksponeres rett på toppen av spolene. Jeg foreslår at du også legger en generøs mengde loddetinn på sporene til kretskortene som skal håndtere den høye strømmen.

Trinn 6: Strømforsyninger

Ta tak i boost -omformerne, og la oss få denne valpen i gang. Jeg bruker XL6009, men egentlig noen trinnvise omformere. Vi kommer ikke til å trekke mer enn 500mA, og det inkluderer lommelykten og laseren. Den ene omformeren må settes til 12V og den andre til 5V. Jeg plasserer dem som vist på bildet og gir litt plass til batteriet mellom arduinoen og omformerne. Inngangene til begge omformerne må kobles til batteriet.

Deretter må vi koble alle grunnene sammen. De to omformerne har allerede tilkoblet jord, så det er bare å koble dem til hovedbatteriet med 6 celler, som er den tykke svarte ledningen som kjører på driverens PCB.

Nå må 5V fra utgangen til en omformer kobles til 5V som vi allerede har kjørt til arduino, sensorer og alt annet. 12V -utgangen til den andre omformeren må være koblet til MOSFET -driverne. Jeg har koblet den til den første og deretter lenket daisy sammen alle sammen.

Når du kobler til enkeltcellebatteriet, bør arduinoen begynne å blinke, og pistolen skal være klar, men dobbeltsjekk alle tilkoblingene dine før du kobler til batteriet, for i mitt tilfelle blåser det ofte noe ved første forsøk.

Trinn 7: Prosjektiler og magasin

Som prosjektiler har jeg kjøpt meter lang 8 mm stålstang. Sørg for at den er magnetisk før du kjøper. Jeg har deretter kuttet den til 38 mm lange biter. Disse kunne allerede brukes som prosjektiler, men jeg ville ha en skarp spiss.

Den enkleste måten ville være å bruke dreiebenk, og hvis du har en, bruk den definitivt. Jeg har imidlertid ikke tilgang til dreiebenk. I stedet har jeg bestemt meg for å lage dreiebenk av en boremaskin: D. Jeg har festet boret til arbeidsbenken min og satt inn et prosjektil i chuckene. Så tok jeg dremel -verktøy med avskåret hjul. Ved å snurre prosjektilet og male det med dremel, klarte jeg å lage et tips jeg ønsket. Jeg endte med å lage 8 av disse da jeg kan skyte etter hverandre.

For bladet skrev jeg ut magasin- og magazine_slider STL -filer som var den enkle delen siden vi også trenger en fjær. Jeg eksperimenterte med 3D -trykte fjærer, men det fungerte egentlig ikke. Jeg endte med å få 0,8 mm fjærtråd (musikkledning). Jeg viklet deretter denne tråden rundt en trepinne som var 5,5 mm x 25 mm (enhver lignende størrelse vil gjøre). Jeg begynte med å sikre den ene enden med en skrue og såret den rundt. Det krever ganske mye kraft. Jeg endte opp med å lage rundt 7-8 sløyfer. Når du slipper trykket vil det springe ut og se veldig ille ut. Bare ta en tang og bøy den til den endelige formen. Fjæren kan deretter settes inn i magasinet.

Med det gjort ta en magnet som jeg nevnte i materialene og superlim den på magasinet. Det er et spesielt sted for det. Hvis du har skrevet ut magasinholderen, finner du et passende sted for en annen magnet. Du kan også lime den inn, bare sørg for at du har matchende polaritet. De to magnetene skal tiltrekke seg hverandre når de limes inn.

Trinn 8: Montering av innsiden

Før du kan prøve pistolen må du ha en trigger og lastemekanisme. Så la oss bygge det. Du må få noen få deler skrevet ut. De er alle oppført på det første bildet. På dette tidspunktet bør du bare kunne skru dem på plass. Avtrekkeren må holdes med 2 mm stang slik at den kan snurre fritt. Når jeg bytter bruker jeg V-102-1C4 mikroutstyr. Ledningen for den er faktisk nevnt i ledningstrinnet, og bryteren vil passe rett i bryterholderen. Når du skriver ut grepsfestet, bruk minst fem omkretser, da disse delene må holde ganske mye vekt.

Når du har alt tilkoblet, sjekk om magasinet passer riktig. Du må kanskje justere noen av hullene. Jeg endte faktisk opp med å bruke bare to skruer ettersom noen av hullene var av. Sjekk også om utløseren skyver mikrobryteren, og juster den om nødvendig.

Et annet unødvendig trinn ville være å legge fat. Jeg sier unødvendig fordi pistolen vil fungere fint uten den. Jeg bestemte meg for å bruke en uansett. Det er en 3D -modell som kalles fat. Det må skrives ut med vasemodus, og siden det er et virkelig høyt rør, kan kvaliteten bli dårligere når du skriver ut høyere, så jeg endte faktisk med å skrive ut to av dem halvveis. Jeg boret ikke engang hull for sensorene, da jeg fant ut at de fungerer uansett siden den bare er 0,4 mm tykk til tross for at den ble skrevet ut i svart farge.

Trinn 9: Programvare og kalibrering

Fortsett og last ned.ino -filene. Jeg bruker arduino IDE 1.0.5, men det burde ikke være noe problem med den nyere heller. Du trenger også et par biblioteker, men de er bare nødvendige for OLED -skjermen. Bibliotekene er Adafruit_SSD1306 og Adafruit_GFX.

Med alle bibliotekene bør du kunne kompilere skissen og laste den opp. Før jeg går inn i kalibreringsprosessen, la meg bare forklare hvordan koden fungerer. Vi har 6 spoler, når du trykker på avtrekkeren vil den første spolen slås på til sensoren ser prosjektilet. Hvis det tar mer enn 100 ms, antar systemet at det ikke er noe prosjektil og vil slutte å legge igjen en melding på skjermen. Disse 100 ms kan endres ved å endre safeTime -variabelen (bruker oss i stedet for ms) i shoot () -funksjonen. Bare sensoren på den første spolen brukes faktisk (jeg har prøvd mange forskjellige iterasjoner, og noen av dem bruker alt, men dette fungerer best). Følgende spoler har alle angitt tid for hvor lenge de er på hverandre.

Tidene for spolene er angitt med matrisen kalt baseTime [6]. Den første verdien er alltid null ettersom den første spolen fungerer annerledes, og bare resten må kalibreres. Som du kan se er de to siste spolene i mitt tilfelle også 0, og det er fordi jeg ikke bruker dem da de ikke fungerer, og jeg ikke kunne bry meg om å fikse dem: D. Du vil begynne med å nullstille alle bortsett fra den andre (slik: long baseTime [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). Du kan deretter laste den opp og prøve å fyre. De to siste sensorene vil beregne tiden det tok for prosjektilet å reise gjennom dem, derfor kan du beregne hastigheten. Jeg vil foreslå å lagre verdien i regnearket sammen med baseTime -verdien. Gjenta det minst 5 ganger og gjennomsnitt det for mer presise resultater. Du kan deretter legge til 500us og prøve igjen til du får best mulig hastighet. Når du er fornøyd med en spole, la det beste tidspunktet settes og gå til neste spole og gjenta hele prosessen. Når du kalibrerer, bruker du coilgun2_calibration.ino -koden, og når du er ferdig, må verdiene kopieres til coilgun2.ino og lastes opp.

Trinn 10: 3D -utskrift

Det er mange filer som må 3D -skrives ut, og noen av dem er ganske store. Jeg skrev ut alt på CR-10 3D-skriver som har stort byggevolum, så hvis du har mindre skriver, må noen deler kanskje deles. Jeg brukte vanlig PLA for alle deler, og utskriftsinnstillingene må optimaliseres for hver del, så jeg har samlet en liste om en del trenger støtte eller andre spesielle innstillinger. Som standard brukte jeg 3 omkretser, 3 bunnlag og 4 topplag ved 205 ° C med oppvarmet seng ved 60 ° C.

Bortsett fra delene inni har jeg også ferdig og malt alt. Jeg vil ikke gå for dypt inn i dette, siden det allerede er nok opplæringsprogrammer om dette. Jeg vil foreslå denne. I et nøtteskall pusset jeg alle overflater påført primer og pusset igjen. Jeg gjentok dette 2-3 ganger og kastrerte det med maling og avsluttet med klart strøk.

Trinn 11: Sluttmontering

Før du setter alt sammen er det få ting som mangler. Brytere, lommelykt, laser, ledninger til hovedbatteriet og lysdioder som lyser opp innsiden av pistolen. La oss starte med av/på -bryteren som må kobles i serie mellom det lille 1 -cellers batteriet og boost -omformerne. Jeg lodder faktisk pinnehodet på bryteren og kjører kabel med krympet pinneoverskrift fra batteriet bare slik at jeg kan koble den fra for enkel montering. Jeg skal gjøre det samme for hver bryter.

Jeg har også lommelykt på forsiden av pistolen, men du har kanskje ikke den, da den var designet for bare en lommelykt jeg har hatt. For skjematisk har jeg nettopp lagt til motstand for LED og koblet den til batteriet i serie med en annen bryter. Jeg gjentok det samme for laserdioden. Det var faktisk laserpeker som kjørte på 4,5V, så jeg koblet den rett på 5V -linjen med bryter i serie.

For de dekorative lysene har jeg koblet dem direkte til 5V -linjen for å legge til at pistolen kan demonteres. To blå 5 mm lysdioder har monteringspunkt i trigger_cover STL -filer. Jeg har brukt 12k motstand for hver for å få dem til å lyse veldig svakt. På spoledekselet har jeg lagt til 6 blå 3 mm lysdioder for å lyse opp spolene. Jeg har koblet parallelt og lagt til 22R motstand før jeg kobler dem til 5V linje.

Nå har vi fremdeles ingen permanent måte å koble til hovedbatteriene. Siden det ene batteriet er plassert i lageret, er det andre i det fremre håndtaket, og de må kobles til hurtigkoblingen, vi må gjøre flere tilkoblinger. Jeg har gitt diagram som forklarer nøyaktig hvordan den må kobles til i stedet for å forklare den. Bruk minst 14 AWG -ledninger, og sørg for at du først skyver tråden gjennom håndtaket og lager før lodding, da det ikke vil være mulig etterpå.

Med alt som er gjort bør pistolen være fullt operativ og det er på tide å få den til å se fin ut. Jeg skal ikke forklare monteringen trinn for trinn slik den er vist i videoen, eller du kan se på 3D -modellen.