25 марта 2015 в 15:42

Электромагнитная пушка Гаусса на микроконтроллере

• Разработка робототехники

Всем привет. В данной статье рассмотрим, как изготовить портативную электромагнитную пушку Гаусса, собранную с применением микроконтроллера. Ну, насчет пушки Гаусса я, конечно, погорячился, но то, что это – электромагнитная пушка, нет сомнения. Данное устройство на микроконтроллере было разработано для того, чтобы обучить начинающих программированию микроконтроллеров на примере конструирования электромагнитной пушки своими руками.Разберем некоторые конструктивные моменты как в самой электромагнитной пушке Гаусса, так и в программе для микроконтроллера.

С самого начала нужно определиться с диаметром и длиной ствола самой пушки и материалом, из которого она будет изготовлена. Я применил пластиковый футляр диаметром 10 мм из-под ртутного термометра, поскольку он у меня валялся без дела. Вы можете использовать любой доступный материал, обладающий не ферромагнитными свойствами. Это стекло, пластик, медная трубка и т. д. Длина ствола может зависеть от количества применяемых электромагнитных катушек. В моем случае используется четыре электромагнитных катушки, длина ствола составила двадцать сантиметров.

Что касается диаметра применяемой трубки, то в процессе работы электромагнитная пушка показала, что нужно учитывать диаметр ствола относительно применяемого снаряда. Проще говоря, диаметр ствола не должен намного превышать диаметр применяемого снаряда. В идеале, ствол электромагнитной пушки должен подходить под сам снаряд.

Материалом для создания снарядов послужила ось от принтера диаметром пять миллиметров. Из данного материала и были изготовлены пять болванок длиной 2,5 сантиметра. Хотя также можно применять стальные болванки, скажем, из проволоки или электрода – что найдется.

Нужно уделить внимание и весу самого снаряда. Вес по возможности должен быть небольшим. Мои снаряды слегка тяжеловаты получились.

Перед созданием данной пушки были проведены эксперименты. В качестве ствола использовалась пустая паста от ручки, в качестве снаряда – иголка. Иголка с легкостью пробивала обложку журнала, установленного неподалеку от электромагнитной пушки.

Поскольку оригинальная электромагнитная пушка Гаусса строится по принципу заряда конденсатора большим напряжением, порядка трехсот вольт, то в целях безопасности начинающим радиолюбителям следует запитывать её низким напряжением, порядка двадцати вольт. Низкое напряжение приводит к тому, что дальность полета снаряда не очень большая. Но опять же, всё зависит от количества применяемых электромагнитных катушек. Чем больше электромагнитных катушек применяется, тем больше получается ускорение снаряда в электромагнитной пушке. Также имеют значение диаметр ствола (чем меньше диаметр ствола, тем снаряд летит дальше) и качество намотки непосредственно самих электромагнитных катушек. Пожалуй, электромагнитные катушки – самое основное в устройстве электромагнитной пушки, на это нужно обратить серьёзное внимание, чтобы добиться максимального полета снаряда.

Я приведу параметры своих электромагнитных катушек, у вас они могут быть другими. Катушка наматывается проводом диаметром 0,2 мм. Длина намотки слоя электромагнитной катушки составляет два сантиметра и содержит шесть таких рядов. Каждый новый слой я не изолировал, а начинал намотку нового слоя на предыдущий. Из-за того, что электромагнитные катушки запитываются низким напряжением, вам нужно получить максимальную добротность катушки. Поэтому все витки наматываем плотно друг другу, виток к витку.

Что касается подающего устройства, то тут особые пояснения не нужны. Все паялось из отходов фольгированного текстолита, оставшегося от производства печатных плат. На рисунках все подробно отображено. Сердцем подающего устройства является сервопривод SG90, управляемый микроконтроллером.

Подающий шток изготовлен из стального прутка диаметром 1,5 мм, на конце штока запаяна гайка м3 для сцепления с сервоприводом. На качалке сервопривода для увеличения плеча установлена загнутая с двух концов медная проволока диаметром 1,5 мм.

Данного нехитрого устройства, собранного из подручных материалов, вполне хватает, чтобы подать снаряд в ствол электромагнитной пушки. Подающий шток должен полностью выходить из загрузочного магазина. В качестве направляющей для подающего штока послужила треснувшая латунная стойка с внутренним диаметром 3 мм и длиной 7 мм. Жалко было выбрасывать, вот и пригодилось, собственно, как и кусочки фольгированного текстолита.

Программа для микроконтроллера atmega16 создавалась в AtmelStudio, и является полностью открытым проектом для вас. Рассмотрим некоторые настройки в программе микроконтроллера, которые придется произвести. Для максимально эффективной работы электромагнитной пушки вам понадобится настроить в программе время работы каждой электромагнитной катушки. Настройка производится по порядку. Сначала подпаиваете в схему первую катушку, все остальные не подключаете. Задаете в программе время работы (в миллисекундах).

PORTA |=(1<<1); // катушка 1
_delay_ms(350); / / время работы

Прошиваете микроконтроллер, и запускаете программу на микроконтроллере. Усилия катушки должно хватать на то, чтобы втянуть снаряд и придать начальное ускорение. Добившись максимального вылета снаряда, подстраивая время работы катушки в программе микроконтроллера, подключаете вторую катушку и также настраиваете по времени, добиваясь еще большей дальности полета снаряда. Соответственно, первая катушка остается включенной.

PORTA |=(1<<1); // катушка 1
_delay_ms(350);
PORTA &=~(1<<1);
PORTA |=(1<<2); // катушка 2
_delay_ms(150);

Таким способом настраиваете работу каждой электромагнитной катушки, подключая их по порядку. По мере увеличения количества электромагнитных катушек в устройстве электромагнитной пушке Гаусса скорость и, соответственно, дальность снаряда должны также увеличиваться.

Данную кропотливую процедуру настройки каждой катушки можно избежать. Но для этого придется модернизировать устройство самой электромагнитной пушки, установив датчики между электромагнитными катушками для отслеживания перемещения снаряда от одной катушки к другой. Датчики в сочетании с микроконтроллером позволят не только упростить процесс настройки, но и увеличат дальность полета снаряда. Данные навороты я не стал делать и усложнять программу микроконтроллера. Целью было реализовать интересный и несложный проект с применением микроконтроллера. Насколько он интересен, судить, конечно, вам. Скажу честно, я радовался, как ребенок, «молотя» из данного устройства, и у меня созрела идея более серьезного устройства на микроконтроллере. Но это уже тема для другой статьи.

Программа и схема -

Гаусс Ган своими руками

Раз уже начали встречаться в одной из статей с пушками гаусса, или по другому Гаусс Ган которые сделаны своими руками , в этой статье я публикую еще одну конструкцию и видиозаписи пушки Гаусса.

Данная пушка Гаусса запитывается от аккумулятора в 12 Вольт . На картинке его видно.

Данную статью так же можно использовать как инструкцию, так как в ней подробно описана сборка пушки.

Характеристики пушки:

Масса:2.5 кг
Скорость снаряда: примерно 9 м/с
Масса снаряда: 29 г
Кинетическая энергия снаряда: примерно 1.17 Дж.
Время зарядки конденсаторов от аккумулятора через преобразователь: 2 сек
Время зарядки конденсаторов от сети через преобразователь: около 30 сек
Размеры: 200х70х170 мм

Данный электромагнитный ускоритель способен стрелять любыми металлическими снарядами, которые магнитятся. Пушка Гаусса состоит из катушки и конденсаторов. При протекании электрического тока через катушку, образуется электромагнитное поле, которое в свою очередь разгоняет металлический снаряд. Назначение самое разное - в основном попугать своих одноклассников. В данной статье я вам расскажу как сделать себе такую Гаусс пушку.

Структурная схема Гаусс Пушки

Хотелось бы уточнить момент.На структурной схеме конденсатор 450 Вольт.А из умножителя выходит 500 Вольт.Абсурд.Не правда ли?Ну автор немного не учел это.Ставим конденсатор не менее чем на 500 Вольт.

А теперь сама схема умножителя:

В схеме используется полевой транзистор IRF 3205 .С этим транзистором скорость зарядки конденсатора 1000 мкФ на напряжение 500 вольт будет примерно равна 2-м секундам (с аккумулятором 4 ампер/часов). Можно использовать транзистор IRL3705, но скорость зарядки будет равна примерно 10-и секундам. Вот видео работы преобразователя:

В умножителе на видео стоят транзистор IRL3705, поэтому конденсаторы долго заряжаются. Позже я заменил IRL3705 на IRF 3205 скорость зарядки стала равна 2-м секундам.

Резистором R7 регулируется выходное напряжение от 50 до 900 вольт; светодиод LED 1 показывает, когда конденсаторы зарядились до нужного напряжения. Если трансформатор умножителя шумит, попробуйте уменьшить емкость конденсатора С1, дроссель L1 не обязателен, емкость конденсатора С2 можно уменьшить до 1000 мкФ, диоды D1 и D2 можно заменить на другие диоды с похожими характеристиками. ВАЖНО! Выключатель S1 замыкать только после того, когда подано напряжение на выводы питания. В противном случае, если подать напряжение на выводы и выключатель S1 будет замкнут, может выйти из строя транзистор из-за резкого скачка напряжения!

Сама схема работает просто: микросхема UC3845 вырабатывает прямоугольные импульсы, которые подаются на затвор мощного полевого транзистора, где усиливаются по амплитуде и подаются на первичную обмотку импульсного трансформатора. Далее импульсы раскаченные импульсным трансформатором до амплитуды 500-600 вольт выпрямляются диодом D2 и выпрямленным напряжением заряжают конденсаторы. Трансформатор взят из компьютерного блока питания. На схеме около трансформатора изображены точки. Эти точки указывают начало обмотки. Способ намотки трансформатора такой:

1 . Варим трансформатор взятый из ненужного компьютерного БП (самый большой трансформатор) в кипятке 5-10 мин, потом аккуратно разбираем Ш-образный ферритовый сердечник и разматываем полностью трансформатор.

2 . Сначала наматываем ПОЛОВИНУ вторичной обмотки проводом диаметра 0.5-0,7 мм. Наматывать надо с ножки указанной на схеме точкой.
Намотав 27 витков отводим провод не откусывая его, изолируем 27 витков бумагой или картоном и запоминаем в какую сторону накручивали провод.ЭТО ВАЖНО!!! Если первичная обмотка будет намотана в другую сторону, то ничего работать не будет, так как токи будут вычитаться!!!

3 . Далее наматываем первичную обмотку. Её наматываем тоже от указанного на схеме начала. Наматываем ее в ту же сторону, в которую была намотана первая часть первичной обмотки. Первичная обмотка состоит из 6-и проводов спаянных вместе и намотанных 4-я витками. Мотаем все 6 проводов параллельно друг другу, ровно выкладывая их 4-я витками в два слоя. Между слоями прокладываем слой изолирующей бумаги.

4 . Далее доматываем вторичную обмотку (ещё 27 витков). Мотаем в ту же сторону, что и раньше. И вот трансформатор готов! Осталось собрать саму схему. Если схема сделана правильно, то схема работает сразу без каких либо настроек.

Детали для преобразователя :

Для преобразователя требуется мощный источник энергии как аккумулятор на 4 ампер/час. Чем мощнее аккумулятор, тем быстрее зарядка конденсаторов.

Вот сам преобразователь:

Печатная плата преобразователя-вид снизу:

Эта плата довольно большая и немного потрудившись, я в Sprint-layout нарисовал плату поменьше:

Для тех, кто не способен сделать преобразователь, есть версия Гаусс пушки от сети ~220 вольт. Вот схема умножителя от сети:

Диоды можно взять любые, которые держут напряжение выше 600 вольт, емкость конденсатора подбирается опытным путем от 0.5 до 3.3 мкФ.

Если схема создана правильно, то она работать будет сразу без каких либо настроек.
Катушка у меня 8 Ом. Она намотана медным лакированным проводом диаметром 0.7 мм. Общая длина провода около 90 метров.

Теперь когда все сделано осталось собрать саму пушку. Общая стоимость пушки около 1000 руб. Стоимость рассчитывалась так:

1. Аккумулятор 500 руб.
2. Провод можно найти за 100 руб.
3. Всякие мелочи и детали 400 руб.

Для тех, кто хочет сделать такую же пушку как у меня вот пошаговая инструкция:

1) Выпиливаем кусок фанеры размером 200х70х5 мм.

2) Делаем специальное крепление для рукоятки. Можно сделать рукоятку из игрушечного пистолета, но у меня стоит рукоятка от пистолета для инъекций инсулина. Внутрь рукоятки устанавливается кнопка с двумя положениями (три вывода).

3) Устанавливаем рукоятку.

4) Делаем крепления на фанере для преобразователя.

5) Устанавливаем преобразователь на фанеру.

6) Делаем защитный щиток на преобразователе, чтобы снаряд не повредил преобразователь.

7) Устанавливаем катушку и все спаиваем все провода как на структурной схеме.

8) Делаем корпус из ДВП

9) Устанавливаем все выключатели на место, аккумулятор закрепляем большими стяжками. Вот и все! Пушка готова! Стреляет эта пушка вот такими снарядами:

Диаметр снаряда 10 мм,а длина 50 мм. Вес 29 грам.

Пушка с приподнятым корпусом:

И в завершение несколько видеозаписей

Вот видео работы Гаусс пушки.Выстрел в коробку из рифлёного картона

Выстрел в плитку толщиной 0.8 мм:

Предлагаю схему и описание сборки простого одноступенчатого электромагнитного ускорителя (пушки Гаусса) питающегося от сети. В одноступенчатом ускорителе энергия снаряда зависит от многих параметров, таких как его масса и диаметр, энергия конденсаторов, наличие магнитопровода, материал снаряда и т. д. Наш ускоритель будет иметь энергию конденсаторов не более 40Дж, и энергию снаряда менее 1Дж.

Необходимые детали:
Конденсаторы 470мкФ 450В -3 штуки
Силовой тиристор 70TPS12 или 40TPS12 - 1 штука
Резисторы для балласта 6.2К - 8 штук
А также 3 светодиода, 2 кнопки, 1 сетевой переключатель, диод, любой вольтметр и пару метров провода.

О катушке отдельно. Она мотается проводом 0.6мм. Каждый слой необходимо пропитывать цианакриловым клеем. Всего 7 слоев длиной 40мм. Мотается на пластиковой трубке диаметром 7-8мм, отлично подходит трубка от шариковой ручки.

Снаряд - кусок гвоздя, свободно двигающийся по стволу длиной 30мм.
Схема:

Через резистивный балласт и выпрямительный диод происходит заряд конденсаторов C1-C4. Балласт необходим т. к. в начальный момент зарядки сопротивление конденсаторов практически равно нулю. При прямом включении в сеть нагрузка на проводники будет равна нагрузке короткого замыкания, что приведет к выгоранию соединений и срабатыванию защиты от КЗ (если она есть) в распределителе питающей сети.

Переключателем SA1 устройство приводится в готовность. Кнопкой SB1 производится заряд накопителей, степень которого контролируется показаниями вольтметра. Светодиод HL1 показывает наличие подключения к сети, HL2- готовность устройства, HL3- заряд накопителей.

Кнопкой SB2 осуществляется выстрел, посредством соединения 1.5В батарейки с управляющим выводом силового тиристора VS1. При поступлении напряжения на управляющий электрод относительно анода, тиристор открывается и замыкает конденсаторы с катушкой. При протекании тока в катушке создается магнитное поле, которое втягивает снаряд. Когда снаряд находится в середине катушки, энергия запасённая в конденсаторах кончается, магнитное поле прекращается, а снаряд продолжает движение.

Особенности сборки:
Лично я такие схемы собираю не платой, а соединением проводами, т. к. схема простая, а детали большие. Конденсаторы, тиристор и катушку необходимо соединять проводником диаметром не менее 1мм, токи в импульсе могут достигать 300-400А.

С собранным ускорителем я выступал на конкурсах технического творчества. Оба раза взял первые места.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VS1	Тиристор	70TPS12	1	40TPS12		В блокнот
	Выпрямительный диод	HER307	1			В блокнот
HL1-HL3	Светодиод	АЛ307БМ	3			В блокнот
С1-С4	Электролитический конденсатор	470мкФ 450В	4			В блокнот
	Резистор	30 кОм	3	0,5 Вт		В блокнот
	Резистор	6.2 кОм	6	1 Вт		В блокнот
Coil	Катушка индуктивности		1

Представьте, что у вас есть некое устройство, которое способно вывести из строя любую электронику на расстоянии. Согласитесь, похоже на сценарий какого-то фантастического фильма. Но это не фантастика, а вполне реальность. Такое устройство сможет сделать почти любой желающий своими руками, из деталей, которые свободно можно достать.

Описание устройства

Уничтожитель электроники – электромагнитная пушка, посылающая мощные направленные электромагнитные импульсы высокой амплитуды, способные вывести из строя микропроцессорную технику.

Принцип работы уничтожителя

Принцип работы отдаленно напоминает работу трансформатора Тесла и электрошокера. От элемента питания питается электронный высоковольтный повышающий преобразователь. Нагрузкой высоковольтного преобразователя является последовательная цепь из катушки и разрядника. Как только напряжение достигнет уровня пробивки разрядника, происходит разряд. Этот разряд дает возможность передать всю энергию высоковольтного импульса катушке из проволоки. Эта катушка преобразовывает высоковольтный импульс в электромагнитный импульс высокой амплитуды. Цикл повторяется несколько сот раз в секунду и зависит от частоты работы преобразователя.

Схема прибора

В роли разрядника будет использоваться один переключатель – его не нужно будет нажимать. А другой для коммутации.

Что нужно для сборки?

- Аккумуляторы 3,7 В –
- Корпус –
- Преобразователь высокого напряжения –
- Переключатели две штуки –
- Супер клей.
- Горячий клей.

Сборка

Берем корпус и сверлим отверстия под переключатели. Один с низу, другой с верху. Теперь делаем катушку. Наматываем по периметру корпуса. Витки фиксируем горячим клеем. Каждый виток отделен друг от друга. Катушка состоит из 5 витков. Собираем все по схеме, припаиваем элементы. Вставляем изоляционную прокладку между контактами высоковольтного выключателя, чтобы искра была внутри, а не снаружи. Закрепляем все детали внутри корпуса, закрываем крышку корпуса.

Требования безопасности

Будьте особо осторожны – очень высокое напряжение! Все манипуляции со схемой производите только после отключения источника питания.
Не используйте этот электромагнитный уничтожитель рядом с медицинским оборудование, или другим оборудованием, от которого может зависеть человеческая жизнь.

Результат работы магнитной пушки

Пушка лихо вышибает почти все чипы, конечно есть и исключения. Если у вас имеются ненужные электронные устройства можете проверить работу на них. Уничтожитель электроники имеет очень маленький размер и спокойно умещается в кармане.
Проверка на осциллографе. Держа щупы на расстоянии и не подключая, осциллограф просто зашкаливает.