Pistola helicoidal sem capacitores maciços. Concluído: 11 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Cerca de seis meses atrás eu construí uma espingarda de bobina simples que tinha a placa de ensaio gravada em uma placa (projeto original). Foi divertido e funcional, mas eu queria terminar. Então eu finalmente fiz. Desta vez, estou usando seis bobinas em vez de duas e projetei uma caixa impressa em 3D para dar uma aparência futurista.

Também fiz um vídeo, se quiser ver em ação:)

Vídeo

Etapa 1: Ferramentas e materiais

Vamos começar com as ferramentas.

• impressora 3d
• furar
• Dremel
• serra de mão
• pistola de cola quente
• Torneira M3
• ferro de solda

Materiais:

• filamento para impressora 3D (usei PLA normal)
• meus arquivos STL aqui
• Perfil de alumínio em forma de L de 40 x 10 x 2 mm
• Hardware M3
• discos magnéticos link 8x1,5mm

eletrônicos:

• arduino nano
• 2x 1400mAh 11.1V 3S 65C Lipo bateria link
• Bateria lipo 1200mAh 1s Este serviria
• 2x conversores de aumento (estou usando XL6009)
• Tela OLED.96 '' 128x64 i2c SSD1306 link
• Lanterna AA (opcional)
• diodo laser (opcional)
• microinterruptor para link de gatilho V-102-1C4
• 3x interruptores MTS-102 SPDT
• Conectores XT-60 (5x fêmea, 3x macho)

Pranchas:

• 6x MIC4422YN
• 6x IRF3205 + dissipadores de calor (o meu é RAD-DY-GF / 3)
• 24x 1n4007
• 6x 10k resistores
• 6x capacitores 100nF
• 6x capacitores 100uf

Eu sugiro pegar mais desses, pois você pode quebrar alguns no progresso. Especialmente os MOSFETs. Acabei usando cerca de 20 deles.

Você também vai precisar de coisas para criar as bobinas, mas estou usando as mesmas bobinas do tutorial anterior, então vá lá e para isso você só precisa do fio de cobre esmaltado de 0,8mm, LED infravermelho e fototransistor + alguns resistores que são explicados no outro tutorial.

Etapa 2: Quadro

A arma inteira é construída em torno de uma estrutura de alumínio. Decidi usar a moldura de alumínio porque é leve e resistente, os perfis de alumínio são fáceis de obter e são bastante baratos. Além disso, você pode usar ferramentas manuais comuns ao trabalhar nelas. O perfil que estou usando tem 40 x 10 x 2 mm e 1 metro de comprimento. Ele precisa ser cortado em duas partes diferentes. Um com 320 mm de comprimento e outro com 110 mm. Eu usei um serrote para cortá-los.

A peça mais longa conterá praticamente tudo e a menor terá apenas a alça. Agora é hora de fazer muitos furos e fazer alguns recortes. Incluí duas fotos mostrando o que precisa ser cortado e como. A imagem sem dimensões tem pontos vermelhos em alguns dos buracos. Esses devem ser perfurados com broca de 4 mm. Os furos de alargamento sem os pontos vermelhos precisam ser perfurados com broca de 2,5 mm e rosqueados com macho M3.

A peça mais curta é muito mais fácil. Também há uma foto desse. Só quero esclarecer que as fotos mostram o plano mais largo de 40 mm. A parede de 10 mm ficaria no lado superior, abaixo do plano mostrado, de forma que não pudesse ser vista. Isso é verdade para todos os 3 desses diagramas. Como eu disse, este não tem tantos furos, mas o perfil de alumínio é muito largo. Portanto, ele precisa ser totalmente reduzido, conforme mostrado no diagrama.

A estrutura principal ainda precisará de alguns orifícios para a fiação. Eles podem ser adicionados posteriormente, mas se você quiser, pode perfurá-los agora, mas pode ser difícil saber exatamente onde colocá-los. Mais sobre isso na seção de fiação.

Etapa 3: Bobinas

Não seria coilgun sem bobinas, certo? As bobinas que estou usando são enroladas manualmente em uma base impressa em 3D. Eles são idênticos aos que criei na minha primeira espingarda. Eu sugiro seguir essas instruções. Você pode encontrá-lo aqui.

A única diferença é que a última bobina possui uma base impressa em 3D diferente, pois possui sensores infravermelhos em ambos os lados. Os sensores também são idênticos, mas há uma fiação um pouco mais organizada. Neste ponto, você pode colocar os sensores IR no lugar, mas não se preocupe com os fios de energia e sinal.

Depois de terminar as 6 bobinas, elas precisam ser montadas na estrutura principal. É realmente apenas uma questão de aparafusá-los no lugar. Também tenho um tubo passando pelas bobinas neste momento, mas vou removê-lo mais tarde, pois está lá apenas para ter certeza de que tudo está alinhado. Dependendo da precisão dos furos, você pode querer aparafusar apenas dois ou três parafusos para cada bobina para garantir que eles fiquem o mais retos possível.

Etapa 4: Circuitos de driver

O próximo passo é criar a eletrônica que liga as bobinas. É um bom momento para criá-lo agora, pois ele se assentará nas bobinas e é uma parte essencial delas. O design é bastante diferente do meu anterior, pois havia algumas falhas nele. O MOSFET de comutação ainda é IRF3205, mas desta vez estamos conduzindo o portão com MIC4422YN, que é um driver de portão dedicado. Existem também alguns componentes passivos que estão no esquema.

Também estou fornecendo os arquivos do Eagle, incluindo o arquivo da placa que usei. Claro que você não precisa fazer seu próprio PCB. Você pode enviá-lo para um fabricante profissional ou eu sugiro apenas torná-lo no pref-board. Na verdade, são apenas seis componentes. A maior parte é o dissipador de calor, que foi um exagero completo no meu caso. Descobri que os MOSFETs não esquentam nem um pouco. A bobina estava funcionando por alguns segundos e ela já estava pegando fogo e o MOSFET estava quente ao toque, mas não estava nem perto de esquentar. Eu sugeriria um dissipador de calor bem pequeno ou você provavelmente poderia fazer isso mesmo sem um. Qualquer que seja o dissipador de calor que você usar, não use a estrutura como um só porque você conectará os drenos de todos os MOSFETs juntos.

Assim que os drivers estiverem prontos, conecte-os às suas bobinas e adicione diodos flyback !! Não se esqueça disso porque você também pode pegar fogo nas bobinas: D. O diodo flyback bloqueia a alta tensão que se acumula dentro de uma bobina quando desligada. O diodo flyback precisa ser conectado aos terminais das bobinas na direção oposta, ou seja, no ponto onde a bobina é conectada ao terminal positivo de uma bateria, o diodo terá seu terminal catódico (negativo) conectado e vice-versa. Estou usando 1N4007, mas não apenas um, pois ele não suportaria a corrente, então tenho quatro deles conectados em paralelo. Esses quatro diodos são então conectados à bobina diretamente no fio da bobina. Você precisará raspar um pouco do revestimento para soldar este fio.

Por favor, mantenha em meu que algumas das fotos podem estar faltando resistores têm componentes diferentes, etc. Certifique-se de seguir os esquemas conforme eles são atualizados. Algumas das filmagens foram feitas no estágio inicial de prototipagem.

Etapa 5: Fiação

Esta é a parte em que a arma se torna uma bagunça. Você pode tentar deixá-lo limpo como eu fiz, mas vai ficar bagunçado de qualquer maneira: D. Há um esquema que mostra o que precisa ser conectado e onde. Coil0 é considerada a primeira bobina em que um projétil entra. O mesmo vale para sensores.

Estou usando um cabo plano e sugiro que você faça o mesmo. Comecei conectando um arduino aos drivers do portão. O arduino está posicionado bem na frente da arma com a porta USB voltada para fora para facilitar a programação. Em seguida, era apenas uma questão de conectar tudo e verificar o comprimento correto de cada fio.

Para os sensores infravermelhos, fiz furos na estrutura por onde passaria os fios. Comecei conectando os fios de sinal a cada sensor. Usei o cabo plano mais uma vez e realmente parecia muito bom. Só quando estava em declive, comecei a conectar as linhas de força. Passei dois fios de núcleo sólido em todas as aberturas. Um para 5V e outro para 0V. Em seguida, fiz a conexão desses fios a todos os sensores. Este é o ponto onde começa a parecer muito irregular, especialmente depois de prender todo o fio exposto com fita isolante.

Todas as conexões que fizemos até agora lidarão com baixa corrente, mas agora é hora de conectar as linhas de alimentação para as bobinas e MOSFETs. Estou usando um fio de silicone 14 AWG, que é bastante flexível. Certifique-se também de obter uma solda mais espessa, pois você precisará de um pouco dela. Vamos apenas conectar todos os terminais positivos e fazer o mesmo com os terminais negativos. Se você estiver usando a mesma placa de circuito impresso que eu usei, as almofadas devem ser expostas bem em cima das bobinas. Eu sugiro também colocar uma quantidade generosa de solda nas trilhas das placas de circuitos que irão lidar com a alta corrente.

Etapa 6: Suprimentos de energia

Pegue seus conversores de impulso e vamos fazer esse cachorro correr. Estou usando o XL6009, mas realmente qualquer conversor de intensificação. Não vamos extrair mais do que 500mA, incluindo a lanterna e o laser. Um conversor deve ser configurado para 12V e o outro para 5V. Estou colocando-os como mostrado na imagem, deixando algum espaço para a bateria entre o arduino e os conversores. As entradas de ambos os conversores precisam ser conectadas à bateria.

Em seguida, precisamos conectar todos os aterramentos. Os dois conversores já têm aterramentos conectados, portanto, basta conectá-los ao aterramento da bateria de 6 células principal, que é o fio preto grosso que passa pelas placas de circuito impresso do driver.

Agora o 5V da saída de um conversor precisa ser conectado ao 5V que já rodamos para o arduino, sensores e tudo mais. A saída de 12 V do outro conversor deve ser conectada aos drivers MOSFET. Eu o conectei ao primeiro e, em seguida, os encadeamos todos juntos.

Agora, quando você conecta a bateria de célula única, seu Arduino deve começar a piscar e a arma deve estar pronta, mas verifique todas as suas conexões antes de conectar a bateria porque, no meu caso, na maioria das vezes algo explode na primeira tentativa.

Etapa 7: Projéteis e compartimento

Como projéteis, comprei uma haste de aço de 8 mm com um metro de comprimento. Certifique-se de que é magnético antes de comprar. Em seguida, cortei em pedaços de 38 mm de comprimento. Eles já podiam ser usados como projéteis, mas eu queria uma ponta afiada.

A maneira mais fácil seria usar um torno e se você tiver um, definitivamente use-o. Porém, não tenho acesso ao torno. Em vez disso, decidi fazer um torno com uma furadeira: D. Prendi a furadeira na minha bancada e inseri um projétil nos mandris. Em seguida, peguei a ferramenta dremel com roda de corte. Girando o projétil e triturando-o com a dremel, consegui criar qualquer ponta que desejasse. Eu terminei fazendo 8 desses, pois posso atirar um após o outro.

Para a revista, imprimi os arquivos STL de magazine e magazine_slider que foi a parte fácil, pois também precisamos de uma mola. Eu estava experimentando com molas impressas em 3D, mas não deu muito certo. Acabei ficando com fio de mola de 0,8 mm (fio de música). Em seguida, enrolei este fio em torno de um pedaço de madeira de 5,5 mm x 25 mm (qualquer tamanho semelhante serve). Comecei prendendo uma extremidade com um parafuso e enrolei ao redor. É preciso muita força. Acabei fazendo cerca de 7-8 loops. Assim que você liberar a pressão, ela saltará para fora e terá uma aparência muito ruim. Basta pegar um alicate e dobrá-lo até sua forma final. A mola pode então ser inserida no magazine.

Feito isso pegue um imã que mencionei nos materiais e cole super na revista. Há um local especial para isso. Se você tiver o porta-revistas impresso, encontrará um local correspondente para outro ímã. Você também pode colar isso, apenas certifique-se de ter a polaridade correspondente. Os dois ímãs devem atrair um ao outro quando colados.

Etapa 8: montagem do interior

Antes de experimentar a arma, você precisará ter um gatilho e um mecanismo de carregamento. Então, vamos construir isso. Você precisará imprimir algumas peças. Eles estão todos listados na primeira foto. Neste ponto, você deve ser capaz de apenas parafusá-los no lugar. O gatilho deve ser segurado com uma haste de 2 mm para que possa girar livremente. Ao mudar, estou usando o microwitch V-102-1C4. A fiação para ele é mencionada na etapa de fiação e a chave se encaixará perfeitamente no suporte da chave. Ao imprimir a montagem da alça, use pelo menos cinco perímetros, pois essas peças precisam suportar uma grande quantidade de peso.

Depois de ter tudo conectado, verifique se a revista se encaixa bem. Pode ser necessário ajustar alguns dos orifícios. Na verdade, acabei usando apenas dois parafusos, pois alguns dos orifícios estavam fora. Verifique também se o gatilho está pressionando o microinterruptor e ajuste-o se necessário.

Outra etapa desnecessária seria adicionar o barril. Digo desnecessário porque a arma funcionará bem sem ela. Decidi usar um de qualquer maneira. Existe um modelo 3D chamado barril. Ele precisa ser impresso no modo de vaso e, como é um tubo muito alto, a qualidade pode piorar à medida que você imprime mais alto, então acabei imprimindo dois deles no meio do caminho. Eu nem mesmo fiz furos para os sensores, pois descobri que eles funcionam de qualquer maneira, pois tem apenas 0,4 mm de espessura, apesar do fato de ser impresso na cor preta.

Etapa 9: Software e Calibração

Vá em frente e baixe os arquivos.ino. Estou usando o arduino IDE 1.0.5, mas também não deve haver problema com o mais recente. Você também precisará de algumas bibliotecas, mas elas são necessárias apenas para a tela OLED. As bibliotecas são Adafruit_SSD1306 e Adafruit_GFX.

Com todas as bibliotecas, você deve ser capaz de compilar o esboço e carregá-lo. Antes de entrar no processo de calibração, deixe-me explicar como exatamente o código funciona. Temos 6 bobinas, quando você puxar o gatilho a primeira bobina irá ligar até que seu sensor veja o projétil. Se demorar mais de 100 ms, o sistema presumirá que não há projétil e parará de deixar mensagem na tela. Esses 100 ms podem ser alterados alterando a variável safeTime (nos usa em vez de ms) na função shoot (). Apenas o sensor da primeira bobina está realmente sendo usado (eu tentei muitas iterações diferentes e algumas delas usam todas, mas funciona melhor). Todas as bobinas a seguir definiram o tempo de duração uma após a outra.

Os tempos das bobinas são configurados com o array denominado baseTime [6]. O primeiro valor é sempre zero, pois a primeira bobina funciona de forma diferente e apenas o resto precisa ser calibrado. Como você pode ver, as duas últimas bobinas no meu caso também são 0 e isso é porque não as estou usando porque não funcionam e não me incomodei em consertá-las: D. Você deseja começar zerando todos eles, exceto o segundo (assim: long baseTime [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). Você pode então fazer o upload e tentar disparar. Os dois últimos sensores irão calcular o tempo que o projétil levou para viajar através deles, portanto, você pode calcular a velocidade. Eu sugeriria salvar o valor na planilha junto com o valor baseTime. Repita pelo menos 5 vezes e calcule a média para resultados mais precisos. Você pode adicionar 500us e tentar novamente até obter a melhor velocidade possível. Quando estiver satisfeito com uma bobina, deixe o melhor tempo definido e passe para a próxima bobina e repita todo o processo. Ao calibrar, use o código coilgun2_calibration.ino e, uma vez feito isso, os valores precisam ser copiados para coilgun2.ino e carregados.

Etapa 10: Impressão 3D

Há muitos arquivos que precisam ser impressos em 3D e alguns deles são bastante grandes. Eu estava imprimindo tudo na impressora 3D CR-10, que tem um grande volume de construção, então, se você tiver uma impressora menor, algumas partes podem precisar ser divididas. Eu estava usando PLA regular para todas as peças e as configurações de impressão devem ser otimizadas para todas as peças, então compilei uma lista se uma peça precisa de suporte ou quaisquer outras configurações especiais. Por padrão, eu estava usando 3 perímetros, 3 camadas inferiores e 4 camadas superiores a 205 ° C com leito aquecido a 60 ° C.

Além das partes internas também acabei e pintei tudo. Não quero me aprofundar nisso, pois já existem tutoriais suficientes sobre isso. Eu sugeriria este. Resumindo, lixei todas as superfícies aplicadas primer e lixei novamente. Repeti isso 2-3 vezes e esterilizei com tinta e terminei com uma camada transparente.

Etapa 11: Montagem final

Antes de colocar tudo junto, falta pouca coisa. Os interruptores, lanterna, laser, fiação da bateria principal e LEDs que iluminam o interior da arma. Vamos começar com o botão liga / desliga que precisa ser conectado em série entre a pequena bateria de 1 célula e os conversores de reforço. Na verdade, estou soldando o conector do pino no switch e passando o cabo com o conector do pino cravado da bateria para que eu possa desconectá-lo para facilitar a montagem. Farei o mesmo para cada switch.

Eu também tenho uma lanterna na frente da arma, mas você pode não ter, pois ela foi projetada apenas para algumas lanternas que eu tinha por perto. Para o esquema, acabei de adicionar resistor para o LED e conectei à bateria em série com outro interruptor. Repeti o mesmo para o diodo laser. Na verdade, era um ponteiro laser que funcionava em 4,5 V, então eu o conectei na linha de 5 V com o interruptor em série.

Para as luzes decorativas eu conectei essas diretamente ao conector de adição de linha 5V para fazer com que a arma possa ser desmontada. Dois LEDs azuis de 5 mm têm ponto de montagem em arquivos STL trigger_cover. Usei um resistor de 12k para cada um para fazê-los brilhar muito fracamente. Na tampa da bobina, adicionei 6 LEDs azuis de 3 mm para iluminar as bobinas. Eu conectei em paralelo e adicionei o resistor 22R antes de conectá-los à linha de 5V.

Agora ainda não temos uma maneira permanente de conectar as baterias principais. Uma vez que uma bateria está alojada no estoque, a outra está na alça frontal e elas precisam ser conectadas ao interruptor de liberação rápida, precisaremos fazer várias conexões. Forneci um diagrama que explica exatamente como ele precisa ser conectado, em vez de explicá-lo. Use fio de pelo menos 14 AWG também certifique-se de primeiro empurrar o fio através da alça e estoque antes de soldar, pois não será possível depois.

Com tudo isso feito, a arma deve estar totalmente operacional e é hora de deixá-la bonita. Não vou explicar a montagem passo a passo, como é mostrado no vídeo, ou você pode ver o modelo 3D.