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 -

Схема простого одноступенчатого настольного электромагнитного ускорителя масс или просто – Гаусс пушка. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса. В моем случае ускоритель состоит из зарядки, токоограничивающая нагрузка, двух электролитических конденсаторов, вольтметра и соленоида.

Итак, разберем все по порядку. Зарядка пушки работает от сети 220 вольт. Зарядка состоит из конденсатора 1,5 мкФ 400 В. Диоды 1N4006. Напряжение на выходе 350 В.

Далее идет токоограничивающая нагрузка - Н1, в моем случае лампа накаливания, но можно использовать мощный резистор 500 – 1000 Ом. Ключ S1 ограничивает зарядку кондесаторов. Ключ S2 подает разряд мощный разряд тока на соленойд, поэтому S2 должен выдерживать большой ток, в своем случае я использовал кнопку от электрического щитка.

Конденсаторы С1 и С2, каждый 470 мкФ 400 В. В сумме получается 940 мкФ 400 В. Подключать конденсаторы нужно соблюдая полярность и напряжение на них во время зарядки. Контролировать напряжение на них можно вольтметром.

И теперь самое сложное в нашей конструкции гаусс пушки – соленоид. Наматывается он на диэлектическом стержне. Внутренний диаметр ствола 5-6 мм. Провод использовал ПЭЛ 0.5. Толщина катушки 1.5 см. Длина 2 см. Мотая соленоид, нужно каждый слой изолировать супер клеем.

Ускорять нашей электромагнитной гаусс пушкой мы будем обрезки гвоздей или самодельные пули толщиной 4-5 мм, длинной с катушку. Более легкие пули летают на большее расстояние. Более тяжелые летают на расстояние меньше, но энергия у них больше. Мой гаусс ган пробивает пивные банки и стреляет на 10-12 метров в зависимости от пули.

И ещё, для ускорителя лучше подбирать провода потолще, чтобы было меньше сопротивления в цепи. Будьте крайне осторожны! Во время изобретения ускорителя меня несколько раз било током, соблюдайте правила электробезопастности и уделяйте внимание надёжности изоляции. Удачи в творчестве.

Обсудить статью ГАУСС ПУШКА

Пушка Гаусса - одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс.В основе работы ускорителя лежит принцип электромагнитной индукции: снаряд из ферромагнетика разгоняется мощным магнитным полем, производимым одной или несколькими катушками. Так как импульс в катушке должен быть коротким и мощным, то для создания этого импульса используют конденсаторы.
Устройство достаточно простое в сборке, для него не нужно никаких редких или дорогих деталей.

В данной статье представлена базовая схема стационарной гаусс-пушки с питанием от сети 220В 50Гц. Эту схему можно всячески модернизировать (например, установить преобразователь с большим КПД и мощностью или установить батарею из большего количества конденсаторов с большей емкостью и номинальным напряжением.) для повышения мощности ускорителя, что является ценным для начинающих радиолюбителей.

Итак, схема:

На схеме присутствуют:
1. Преобразователь 220VАС=>400VDC
Конденсатор С1 играет роль токового фильтра.
Диоды D1 и D2 - выпрямитель
Конденсатор С2 имеет небольшую емкость и за счет этого быстро заряжается до верхнего номинала и разряжается в цепь. В результате на выходе получаем 400V постоянного тока.
2. Накопительная часть.
Два конденсатора С3 и С4 накапливают энергию для выстрела.
Вольтметр служит для определения степени зарядки конденсаторов.
3. Соленоид
Создает магнитное поле, разгоняющее снаряд.

Фотографии устройства.

Готовая установка.

Блок конденсаторов и преобразователь.

Снаряды - обрезки стальной скрепки (ничего другого не было.)

Описание работы:
После подключения в сеть вольтметр показывает напряжение на конденсаторах (в моем случае он останавливается на 400 Вольтах)
Когда конденсаторы заряжены, укладываем снаряд в ствол и жмем на кнопку.В момент нажатия конденсаторы разряжаются на катушку, но преобразователь продолжает работать и ток от него идет через соленоид в обход разрядившихся конденсаторов.
Когда кнопку "пуск" отпускают, конденсаторы снова начинают заряжаться.

Из деталей нужно всего-ничего. Диоды 1N4007 2 штуки, неполярный конденсатор с напряжением не менее 250 вольт и емкостью не более 1 мкФ, конденсатор электролитический высоковольтный. Катушку можно намотать проводом 0.8мм. (я, например, расковырял ненужный импульсный трансформатор). Все эти детали, кроме неполярного конденсатора и провода можно выдрать из лампы-экономки (у всех есть перегоревшие).

Ствол - корпус от гелевой ручки.

Пробный запуск прошел отлично. При емкости батареи конденсаторов около 73 микрофарад снаряд имеет малую пробивную способность, но летит на 4 метра при этом сталкиваясь с целью в виде коробки с очень сочным, громким хлопком. Возможно это связано с малой массой снаряда. Тем не менее "сил" у катушки хватает чтобы выбрасывать из ствола надфиль, но выстрелить им невозможно т.к. магнитное поле тормозит ту часть, которая еще проходит через катушку.

Для начинающих: первый признак того, что схема исправна, соединения деталей хорошо пропаяны и катушка намотана верно - при выстреле нет никаких искр.
Кроме того для коммутации катушки необходимо применять тиристор, но я нарушил святое правило гауссостроителей и поставил обычную кнопку по типу такой, которая стоит на БП компьютера.

И еще напоследок: у схемы есть очень неприятный недостаток: конструкция преобразователя такова, что при вытаскивании его из розетки,он остается заряженным и вилка может больно ударить током. Думаю от этого недостатка можно избавиться, если поставить параллельно входному конденсатору резистор.

Напоминаю, что данную схему можно дополнительно улучшать, что является очень ценным для начинающих радиолюбителей.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VD1, VD2	Выпрямительный диод	1N4007	2			В блокнот
С1	Конденсатор	470нФ 400В	1			В блокнот
С2		3.3мкФ 400В	1	Можно на большее напряжение		В блокнот
С3, С4	Электролитический конденсатор	От 100 мкФ 400В	1	Чем больше тем лучше		В блокнот
L1	Катушка индуктивности		1	100-150в-в проводом 0.8мм

Привет, друзья! Наверняка кто-то из вас уже когда-то читал или лично сталкивался с электромагнитным ускорителем Гаусса, который более известен под «Пушкой Гаусса».

Традиционная Гаусс-пушка строится с применением труднодоступных или довольно дорогих конденсаторов большой емкости, также для осуществления правильной зарядки и выстрела требуется некоторая обвязка (диоды, тиристоры и так далее). Это может быть довольно сложно для людей, которые ничего не понимают в радиоэлектронике, но желание поэкспериментировать не дает сидеть на месте. В этой статье я попытаюсь подробно рассказать о принципе работы пушки и о том, как можно собрать упрощенный до минимума ускоритель Гаусса.

Главной частью пушки является катушка. Как правило ее мотают самостоятельно на каком-либо диэлектрическом немагнитном стержне, который в диаметре несильно превышает диаметр снаряда. В предложенной конструкции катушку можно намотать даже «на глазок», потому что принцип действия просто не позволяет произвести никаких расчетов. Достаточно добыть медный или алюминиевый провод диаметром 0.2-1 мм в лаковой или силиконовой изоляции и намотать на стволе 150-250 витков так, чтобы длинна намотки одного ряда была примерно 2-3 см. Можно использовать и готовый соленоид.

При прохождении электрического тока через катушку в ней возникает магнитное поле. Проще говоря, катушка превращается в электромагнит, который втягивает железный снаряд, а чтобы он не оставался в катушке, во время его вхождения в соленоид нужно просто отключить подачу тока.

В классических пушках это достигается за счет точных расчетов, применения тиристоров и других компонентов, которые «обрежут» импульс в нужный момент. Мы же просто будем разрывать цепь «когда получится». Для экстренного разрывания электрической цепи в быту используют плавкие предохранители, их можно использовать в нашем проекте, однако более целесообразно заменить их лампочками от елочной гирлянды. Они рассчитаны на питание низким напряжением, поэтому при питании от сети 220В мгновенно перегорают и разрывают цепь.

Готовое устройство состоит всего из трех деталей: катушки, сетевого кабеля и лампочки, подключенной последовательно катушке.

Многие согласятся, что использование пушки в таком виде крайне неудобно и неэстетично, а порой даже очень опасно. Поэтому я смонтировал устройство на небольшом кусочке фанеры. Для катушки установил отдельные клеммы. Это дает возможность быстро менять соленоид и экспериментировать с разными вариантами. Для лампочки я установил два тонких обрезанных гвоздя. Концы проводов лампочки просто обкручиваются вокруг них, поэтому лампочка меняется очень быстро. Обратите внимание, что сама колба находится в специально проделанном отверстии.

Дело в том, что при выстреле происходит большая вспышка и искры, поэтому я посчитал нужным немного отвести вниз эту «струю».

Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня я хочу рассказать о том, как сделать электромагнитную пушку Гаусса. Она является разновидностью электромагнитного оружия, её также называют «Электромагнитный ускоритель масс Гаусса». Изобрел эту пушку немецкий ученый Карл Гаусс. Но к сожалению этот метод ускорения масс используется в основном в любительских самодельных установках потому, что не является достаточно эффективным для практического применения в качестве оружия.

Как работает пушка Гаусса?

Гаусс пушка состоит из катушки соленоида, через него проходит пластиковая трубочка, в которую с одной стороны вставляется металлический снаряд. Чтобы произвести выстрел, к соленоиду подключается заряженный конденсатор большой емкости и высоким рабочим напряжением. В соленоиде возникает электромагнитное поле, которое в момент протекания импульса разрядного тока от конденсатора втягивает снаряд в соленоид и разгоняет его. Конструкция пушки настолько проста, что её может собрать любой начинающий радиолюбитель из подручных материалов.

Но следует помнить, что изготовление оружия в некоторых странах запрещено и преследуется по закону! Следует учесть тот факт, что это всего лишь действующая модель пушки Гаусса с дульной энергией около 1,5 Дж и применяется только для развлекательной стрельбы по лампочкам, баночкам и картонным коробкам. Из этого следует вывод: -Делайте смело и ничего не бойтесь! Как говорил космонавт Юрий Гагарин: -Поехали!!!

Из материалов вам понадобиться:

• Пластиковая трубочка соответствующая диаметру пули. Но к сожалению, я трубку не нашел и поэтому, сделал ствол из бумаги, намотал её на карандаш и намазал клеем.
• Диод любой на 1,5 А
• Лампочка 40 Ватт 220 В, можно 60 Ватт 220 В
• Кнопка с контактами на замыкание при нажатии 1,5 А
• Автоматический выключатель не менее 40 А
• Медный провод в лаковой изоляции диаметром 0,5-0,7 мм
• Конденсатор электролитический 1000 мкф 450 В, можно использовать сборку из конденсаторов. Чем больше емкость, тем лучше стреляет. Рабочее напряжение у используемых конденсаторов не менее 250 В.

Особое внимание следует уделить изготовлению катушки соленоида, от правильности изготовления зависит мощность выстрела и дальность полета пули. Обмотка соленоида наматывается проводом в лаковой изоляции диаметром 0,5-0,7 мм и содержит 200 витков. Провод мотаем виток к витку, каждый слой заливаем нитролаком и оборачиваем бумагой.

Обмотку своей пушки я намотал в пять слоев проводом 0,5 мм, в каждом слое у меня получилось по 40 витков, а в сумме 200 витков. Сопротивление катушки замерил мультиметром получилось 8 ом.

Пули для Гаусс пушки я изготовил из обычного строительного гвоздя диаметром 6 мм и длиною 200 мм.

Как стрелять из Гаусс пушки?

Включаем вилку в розетку и нажимаем кнопку «Заряд», как только лампочка потухнет, значит конденсатор полностью зарядился.

Нажимаем кнопку «Огонь». Происходит выстрел, пуля с большой скоростью вылетает из ствола.

Хочу напомнить о технике безопасности:

• • Не направляйте пушку в сторону домашних животных и людей
  • Не заглядывайте в ствол
  • Не стреляйте в металлические предметы во избежание рекошета
  • Не трогайте контакты заряженного конденсатора, во избежание поражения электрическим током

А сейчас о самом главном… Баллистические испытания пушки Гаусса.

Испытания пушки проводил с расстояния в 15 сантиметров до цели. Максимальная дальность полета пули около 2 метров. Стреляет абсолютно бесшумно, слышен лишь удар пули о картонную коробку.

В заключение хочу сказать, что действующая модель пушки Гаусса идеально подходит для демонстрации возможностей соленоида и электромагнитной индукции, возникающей в нем при отдаче конденсатором накопленной энергии. А так же для развлекательной стрельбы по коробкам, баночкам и лампочкам.

Хотите удивить своих друзей? Соберите пушку Гаусса своими руками!

И обязательно посмотрите видеоролик, в котором вы увидите, как стреляет Гаусс пушка.
До встречи в новых статьях!