Coilgun sin condensadores masivos. Terminado: 11 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Hace unos seis meses construí una pistola de bobina simple que tenía una placa de pruebas pegada en una placa (proyecto original). Fue divertido y funcional pero quería terminarlo. Así que finalmente lo hice. Esta vez estoy usando seis bobinas en lugar de dos y he diseñado una carcasa impresa en 3D para darle un aspecto futurista.

También he hecho un video si quieres verlo en acción:)

Video

Paso 1: herramientas y materiales

Empecemos por las herramientas.

• impresora 3d
• taladro
• Dremel
• Sierra de mano
• pistola de silicona
• Grifo M3
• soldador

Materiales:

• filamento para impresora 3D (usé PLA regular)
• mis archivos STL aquí
• Perfil de aluminio en forma de L de 40 x 10 x 2 mm
• Hardware M3
• discos magnéticos enlace de 8x1,5 mm

electrónica:

• arduino nano
• 2x 1400mAh 11.1V 3S 65C Enlace de batería Lipo
• Batería Lipo 1200mAh 1s Esta funcionaría
• 2x convertidores step up (estoy usando XL6009)
• Pantalla OLED.96 '' 128x64 i2c SSD1306 enlace
• Linterna AA (opcional)
• diodo láser (opcional)
• microinterruptor para gatillo V-102-1C4 link
• 3x interruptores de palanca MTS-102 SPDT
• Conectores XT-60 (5x hembra, 3x macho)

Tableros:

• 6x MIC4422YN
• 6x IRF3205 + disipadores de calor (el mío es RAD-DY-GF / 3)
• 24x 1n4007
• 6 resistencias de 10k
• Condensadores 6x 100nF
• Condensadores 6x 100uf

Sugeriría tomar más de estos, ya que podría romper algunos en el progreso. Especialmente los MOSFET. Terminé usando alrededor de 20 de esos.

También necesitará cosas para crear las bobinas, pero estoy usando las mismas bobinas que en el tutorial anterior, así que vaya allí y para eso solo necesita el cable de cobre esmaltado de 0.8 mm, el LED infrarrojo y el fototransistor + algunas resistencias que se explican todo. en el otro tutorial.

Paso 2: Marco

Toda la pistola está construida alrededor de un marco de aluminio. Decidí optar por un marco de aluminio porque es ligero, resistente, los perfiles de aluminio son fáciles de conseguir y son bastante baratos. Además de eso, puede usar herramientas manuales comunes cuando trabaje en ellas. El perfil que estoy usando es de 40 x 10 x 2 mm y 1 metro de largo. Debe cortarse en dos piezas diferentes. Uno de 320 mm de largo y el otro de 110 mm. He usado una sierra de mano para cortarlos.

La pieza más larga sostendrá casi todo y la más pequeña solo tendrá el asa. Ahora es el momento de perforar una tonelada de agujeros y hacer algunos recortes. He incluido dos imágenes que muestran qué se debe cortar y cómo. La imagen sin dimensiones tiene puntos rojos en algunos de los huecos. Se supone que deben perforarse con un taladro de 4 mm. Los orificios de escariado sin los puntos rojos deben perforarse con un taladro de 2,5 mm y roscarse con un macho M3.

La pieza más corta es mucho más fácil. También hay una foto de ese. Solo quiero aclarar que las imágenes muestran el plano más ancho de 40 mm. La pared de 10 mm estaría en la parte superior debajo del plano que se muestra para que no se pueda ver. Eso es cierto para los 3 de esos diagramas. Como dije, este no tiene tantos agujeros, pero el perfil de aluminio es demasiado ancho. Por lo tanto, debe reducirse completamente como se muestra en el diagrama.

El marco principal todavía necesitará un par de orificios para el cableado. Se pueden agregar más tarde, pero si lo desea, puede perforarlos ahora, sin embargo, puede ser un desafío saber dónde colocarlos exactamente. Más sobre eso en la sección de cableado.

Paso 3: bobinas

No sería una pistola sin bobinas, ¿verdad? Las bobinas que estoy usando están enrolladas a mano en una base impresa en 3D. Son idénticos a los que he creado en mi primera pistola de bobina. Sugeriría seguir esas instrucciones. Lo puedes encontrar aquí.

La única diferencia es el hecho de que la última bobina tiene una base impresa en 3D diferente ya que tiene sensores de infrarrojos en ambos lados. Los sensores también son idénticos, pero hay un cableado un poco más ordenado. En este punto, puede colocar los sensores de infrarrojos en su lugar, pero no se preocupe por los cables de alimentación y señal.

Una vez que haya terminado las 6 bobinas, deben montarse en el marco principal. Realmente es solo cuestión de atornillarlos en su lugar. También tengo un tubo que atraviesa las bobinas en este momento, pero lo quitaré más tarde, ya que está allí solo para asegurarme de que todo esté alineado. Dependiendo de la precisión de sus agujeros, es posible que solo desee atornillar dos o tres tornillos para cada bobina para asegurarse de que estén lo más rectos posible.

Paso 4: Circuitos del controlador

El siguiente paso es crear la electrónica que cambia las bobinas. Es un buen momento para crearlo ahora, ya que se asentará en las bobinas y es una parte esencial de ellas. El diseño es bastante diferente al anterior, ya que tenía algunos defectos. El MOSFET de conmutación sigue siendo IRF3205, pero esta vez estamos manejando la puerta con MIC4422YN, que es un controlador de puerta dedicado. También hay un par de componentes pasivos que se encuentran en el esquema.

También proporciono archivos Eagle, incluido el archivo de tablero que he usado. Por supuesto, no es necesario que haga su propia placa de circuito impreso. Puede enviarlo a un fabricante profesional o le sugiero que lo haga en la placa previa. Realmente son solo seis componentes. La mayor parte es el disipador de calor, que fue una exageración en mi caso. Descubrí que los MOSFET no se calientan en absoluto. Tuve la bobina en funcionamiento durante unos segundos y ya estaba en llamas y el MOSFET estaba tibio al tacto, pero ni siquiera cerca de estar caliente. Sugeriría un disipador de calor realmente pequeño o probablemente podrías hacerlo incluso sin uno. Cualquiera que sea el disipador de calor que use, no use el marco como uno solo porque conectará los desagües de todos los MOSFET juntos.

Una vez que haya terminado con los controladores, conéctelos a sus bobinas y agregue diodos de retorno. No olvide esto porque también podría incendiar sus bobinas: D. El diodo Flyback reduce el alto voltaje que se acumula dentro de una bobina cuando se apaga. El diodo de retorno debe estar conectado en los terminales de las bobinas en la dirección opuesta, es decir, en el punto donde la bobina está conectada al terminal positivo de una batería, el diodo tendrá su terminal de cátodo (negativo) conectado y viceversa. Estoy usando 1N4007 pero no solo uno, ya que no manejaría la corriente, así que tengo cuatro de ellos conectados en paralelo. Estos cuatro diodos se conectan a la bobina directamente en el cable de la bobina. Deberá raspar parte del revestimiento para soldar este cable.

Por favor, tenga en cuenta que algunas de las fotos pueden faltar. Las resistencias tienen componentes diferentes, etc. Asegúrese de seguir los esquemas a medida que se actualizan. Algunas de las imágenes se realizaron en la etapa inicial de creación de prototipos.

Paso 5: cableado

Esta es la parte donde el arma se vuelve un desastre. Puedes intentar arreglarlo como lo hice yo, pero de todos modos se volverá desordenado: D. Hay un esquema que muestra qué se debe conectar y dónde. Coil0 se considera la primera bobina en la que entra un proyectil. Lo mismo ocurre con los sensores.

Estoy usando un cable plano y te sugiero que hagas lo mismo. Comencé conectando un arduino a los controladores de la puerta. El arduino está ubicado en la parte delantera de la pistola con el puerto USB hacia afuera para una fácil programación. A continuación, solo se trataba de conectar todo y observar la longitud correcta de cada cable.

Para los sensores de infrarrojos, de hecho, he perforado agujeros a través del marco por donde pasaría los cables. Comencé conectando los cables de señal a cada sensor. Usé cable plano una vez más y en realidad se veía muy bien. Solo cuando bajaba una vez que comencé a conectar las líneas eléctricas. Pasé dos cables de núcleo sólido a través de todas las aberturas. Uno para 5V y el otro para 0V. A continuación, hice la conexión de estos cables a cada sensor. Este es el punto en el que comienza a verse realmente alterado, especialmente después de pegar todo el cable expuesto con cinta aislante.

Todas las conexiones que hemos hecho hasta ahora manejarán baja corriente, pero ahora es el momento de conectar las líneas eléctricas para las bobinas y los MOSFET. Estoy usando un cable de silicona de 14 AWG que es bastante flexible. También asegúrese de obtener una soldadura más gruesa, ya que necesitará bastante. Simplemente vamos a conectar todos los terminales positivos juntos y haremos lo mismo con los terminales negativos. Si está usando la misma PCB que yo, las almohadillas deben estar expuestas justo encima de las bobinas. Sugeriría también poner una cantidad generosa de soldadura en las pistas de las placas de circuitos que manejarán la alta corriente.

Paso 6: Fuentes de energía

Coge tus convertidores de impulso y pongamos en marcha a este cachorro. Estoy usando XL6009 pero realmente cualquier convertidor de paso. No vamos a tirar más de 500mA y eso incluye la linterna y el láser. Un convertidor debe configurarse en 12V y el otro en 5V. Los estoy colocando como se muestra en la imagen dejando algo de espacio para la batería entre el arduino y los convertidores. Las entradas de ambos convertidores deben estar conectadas a la batería.

A continuación, debemos conectar todos los terrenos juntos. Los dos convertidores ya tienen conexiones a tierra, así que simplemente conecte el suyo con la tierra principal de la batería de 6 celdas, que es el cable negro grueso que se ejecuta en los PCB del controlador.

Ahora los 5V de la salida de un convertidor deben estar conectados a los 5V que ya tenemos funcionando con el arduino, los sensores y todo lo demás. La salida de 12V del otro convertidor debe estar conectada a los controladores MOSFET. Lo conecté al primero y luego los encadené todos juntos.

Ahora, cuando conecte la batería de una sola celda, su arduino debería comenzar a parpadear y la pistola debería estar lista, pero verifique dos veces todas sus conexiones antes de enchufar la batería porque, en mi caso, la mayoría de las veces algo explota en el primer intento.

Paso 7: Proyectiles y cargador

Como proyectiles he comprado varilla de acero de 8 mm de largo de un metro. Asegúrese de que sea magnético antes de comprar. Luego lo corté en trozos de 38 mm de largo. Estos ya podrían usarse como proyectiles, pero quería una punta afilada.

La forma más sencilla sería utilizar un torno y, si tienes uno, definitivamente úsalo. Sin embargo, no tengo acceso al torno. En su lugar, he decidido hacer un torno con un taladro eléctrico: D. He sujetado el taladro a mi banco de trabajo e insertado un proyectil en los mandriles. Luego tomé la herramienta dremel con rueda de corte. Al girar el proyectil y molerlo con la dremel, pude crear cualquier punta que quisiera. Terminé haciendo 8 de estos, ya que puedo disparar uno tras otro.

Para la revista imprimí archivos STL magazine y magazine_slider, que fue la parte fácil ya que también necesitamos un resorte. Estaba experimentando con resortes impresos en 3D, pero realmente no funcionó. Terminé obteniendo un cable de resorte de 0,8 mm (cable de música). Luego enrolle este cable alrededor de un palo de madera de 5,5 mm x 25 mm (cualquier tamaño similar servirá). Comencé asegurando un extremo con un tornillo y lo enrolle. Se necesita mucha fuerza. Terminé haciendo alrededor de 7-8 bucles. Una vez que suelte la presión, saldrá y se verá realmente mal. Simplemente tome unos alicates y dóblelos a su forma final. Luego, el resorte se puede insertar en el cargador.

Una vez hecho esto, tome un imán que mencioné en los materiales y péguelo en la revista. Hay un lugar especial para ello. Si tiene impreso el soporte de la revista, encontrará el lugar correspondiente para otro imán. También puede pegar eso, solo asegúrese de tener la polaridad correspondiente. Los dos imanes deben atraerse entre sí cuando estén pegados.

Paso 8: ensamblar el interior

Antes de que puedas probar el arma, necesitarás tener un gatillo y un mecanismo de carga. Así que construyamos eso. Necesitará tener algunas partes impresas. Todos están enumerados en la primera imagen. En este punto, debería poder atornillarlos en su lugar. El gatillo debe sostenerse con una varilla de 2 mm para que pueda girar libremente. Cuando cambio, estoy usando el microprocesador V-102-1C4. El cableado para ello se menciona en el paso de cableado y el interruptor encajará directamente en el soporte del interruptor. Al imprimir el soporte de agarre, utilice al menos cinco perímetros, ya que estas piezas deberán soportar bastante peso.

Una vez que tenga todo conectado, compruebe si la revista encaja bien. Es posible que deba ajustar algunos de los orificios. De hecho, terminé usando solo dos tornillos ya que algunos de los agujeros estaban fuera. También verifique si el gatillo está presionando el microinterruptor y ajústelo si es necesario.

Otro paso innecesario sería agregar barril. Digo innecesario porque el arma funcionará bien sin él. Decidí usar uno de todos modos. Hay un modelo 3D llamado barril. Debe imprimirse en modo jarrón y, dado que es un tubo realmente alto, la calidad puede empeorar a medida que imprime más alto, por lo que terminé imprimiendo dos de ellos a la mitad. Ni siquiera hice agujeros para los sensores, ya que descubrí que funcionan de todos modos, ya que tiene solo 0,4 mm de grosor a pesar de que estaba impreso en color negro.

Paso 9: software y calibración

Continúe y descargue los archivos.ino. Estoy usando arduino IDE 1.0.5 pero tampoco debería haber problemas con el más nuevo. También necesitará un par de bibliotecas, pero solo son necesarias para la pantalla OLED. Las bibliotecas son Adafruit_SSD1306 y Adafruit_GFX.

Con todas las bibliotecas, debería poder compilar el boceto y cargarlo. Antes de entrar en el proceso de calibración, permítame explicarle cómo funciona exactamente el código. Tenemos 6 bobinas, cuando aprietas el gatillo, la primera bobina se encenderá hasta que su sensor vea el proyectil. Si tarda más de 100 ms, el sistema asume que no hay proyectil y dejará de dejar un mensaje en la pantalla. Estos 100 ms se pueden cambiar cambiando la variable safeTime (nos usa en lugar de ms) en la función shoot (). Solo se está utilizando el sensor de la primera bobina (he probado muchas iteraciones diferentes y algunas de ellas usan todas, pero esta funciona mejor). Las siguientes bobinas han establecido el tiempo de duración una tras otra.

Los tiempos de las bobinas se establecen con la matriz denominada baseTime [6]. El primer valor es siempre cero, ya que la primera bobina funciona de manera diferente y solo es necesario calibrar el resto. Como puede ver, las dos últimas bobinas en mi caso también son 0 y eso se debe a que no las estoy usando porque no funcionan y no podría molestarme en arreglarlas: D. Desea comenzar poniendo a cero todos ellos excepto el segundo (así: long baseTime [6] = {0, 1000, 0, 0, 0, 0};). Luego puede cargarlo e intentar disparar. Los dos últimos sensores calcularán el tiempo que le tomó al proyectil viajar a través de ellos, por lo que puede calcular la velocidad. Sugeriría guardar el valor en una hoja de cálculo junto con el valor baseTime. Repítalo al menos 5 veces y promedie para obtener resultados más precisos. Luego puede agregar 500us e intentar nuevamente hasta que obtenga la mejor velocidad posible. Una vez que esté satisfecho con una bobina, deje el mejor tiempo configurado, pase a la siguiente bobina y repita todo el proceso. Al calibrar, use el código coilgun2_calibration.ino y una vez hecho, los valores deben copiarse en coilgun2.ino y cargarse.

Paso 10: Impresión 3D

Hay muchos archivos que deben imprimirse en 3D y algunos de ellos son bastante grandes. Estaba imprimiendo todo en la impresora CR-10 3D, que tiene un gran volumen de construcción, por lo que si tiene una impresora más pequeña, es posible que deba dividir algunas partes. Estaba usando PLA normal para todas las piezas y la configuración de impresión debe optimizarse para cada pieza, por lo que he compilado una lista de si una pieza necesita soporte o cualquier otra configuración especial. Por defecto, estaba usando 3 perímetros, 3 capas inferiores y 4 capas superiores a 205 ° C con lecho calentado a 60 ° C.

Aparte de las partes del interior, también he terminado y pintado todo. No quiero profundizar demasiado en esto porque ya hay suficientes tutoriales sobre esto. Sugeriría este. En pocas palabras, lijé todas las superficies, apliqué imprimación y volví a lijar. Repetí esto 2-3 veces y lo esterilicé con pintura y terminé con una capa transparente.

Paso 11: Montaje final

Antes de poner todo junto, faltan pocas cosas. Los interruptores, la linterna, el láser, el cableado de la batería principal y los LED que iluminan el interior de la pistola. Comencemos con el interruptor de encendido / apagado que debe conectarse en serie entre la batería pequeña de 1 celda y los convertidores de refuerzo. De hecho, estoy soldando el cabezal de clavija en el interruptor y tendiendo el cable con el encabezado de clavija engarzado de la batería para poder desconectarlo y facilitar el montaje. Haré lo mismo con cada cambio.

También tengo una linterna en la parte delantera de la pistola, pero es posible que no la tengas, ya que fue diseñada solo para una linterna que he tenido por ahí. Para el esquema, acabo de agregar una resistencia para el LED y la conecté a la batería en serie con otro interruptor. Repetí lo mismo para el diodo láser. En realidad, era un puntero láser que funcionaba con 4.5V, así que lo conecté directamente a la línea de 5V con un interruptor en serie.

Para las luces decorativas, las he conectado directamente al conector de adición de línea de 5V para que la pistola se pueda desmontar. Dos LED azules de 5 mm tienen un punto de montaje en los archivos STL de trigger_cover. He usado una resistencia de 12k para cada uno para que brillen muy débilmente. En la cubierta de la bobina, agregué 6 LED azules de 3 mm para iluminar las bobinas. He conectado la resistencia en paralelo y agregada 22R antes de conectarla a la línea de 5V.

Ahora todavía no tenemos una forma permanente de conectar las baterías principales. Dado que una batería está almacenada en el stock, la otra está en la manija frontal y deben estar conectadas al interruptor de liberación rápida, necesitaremos hacer varias conexiones. Proporcioné un diagrama que explica exactamente cómo debe conectarse en lugar de explicarlo. Utilice al menos un cable 14 AWG y asegúrese de empujar primero el cable a través del mango y la culata antes de soldar, ya que no será posible después.

Con todo eso hecho, la pistola debería estar completamente operativa y es hora de que se vea bien. No te voy a explicar paso a paso el montaje como se muestra en el video o puedes mirar el modelo 3D.