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 -

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

Практически каждый житель СНГ хотя бы слышал про такую замечательную игру как «Сталкер», ведь она нам рассказывает про альтернативную реальность, в которой после взрыва на Чернобыльской атомной электростанции произошел разрыв ноосферы, от чего все, кто там находился, невозвратно изменились, как физически, так и ментально. Появились мутанты, артефакты, а также множество исследовательских центров, изучающих аномальную природу региона. Одним из их достижений стала пушка Гаусса. В данной статье мы подробно расскажем, где найти данную пушку в разных модах, частях «Сталкера», а также немного истории.

История создания

Впервые данный вид винтовки появился еще в первой части «Сталкера», которая называлась «Тень Чернобыла». На предпоследней локации «Припять» игрока встречали множественные силы противника, они были везде, даже на крышах заброшенных домов, с которых по нам и вели огонь из Гаусса. Винтовка сама по себе невероятно редкая, а если вы правильно не убили "Монолитовца", то смело можем заявить, что вы ее больше в игре не потрогаете. Также есть вероятность того, что труп данного бойца упадет, но патронов к винтовке совсем не будет. Все это обуславливается тем, что разработка первой части велась в невероятной спешке, многие виды оружия были вырезаны, не говоря уже про локации, машины и многое другое.

Если говорить про упоминания о данной винтовке, то на локации «Темная Долина» мы прямо напротив базы бандитов могли спасти сталкера от кровососа, за что он нас благодарит информацией, мол, на свиноферме продают пушку Гаусса всего за 800 рублей. Мы туда приходим, отдаем сталкерам 800 рублей, которые в самом начале игры могут изменить многое, но взамен нам ничего не дают, а даже больше: нас выгоняют с территории свинофермы, т.к. у них никакой винтовки Гаусса нет, а эти деньги пойдут на благотворительность. После этого можно спокойно их убить, а со сталкера «Упырь» выпадет специальная бесшумная винтовка «Гадюка».

Это все происходило в первой части, но вот уже во второй, название которой «Чистое Небо», можно вполне легко найти данную винтовку. Право на ее приобретение дается игрокам, чьи поступки являются безупречными (статистику можно смотреть в ПДА), после чего каждый торговец с радостью вам продаст Гаусс и экзоскелет первого поколения.

«Зов Припяти» попытался быть максимально похожим на первую часть, что, собственно, и получилось, ведь в данной части винтовка достается опять же с крыши и опять же с трупа павшего бойца «Монолит». После ее поднятия активируется специальный квест, о котором мы расскажем чуточку позже.

Реальные аналоги

К счастью, а может, и к беде, но такое оружие существует в современном мире, хоть и является достаточно стационарным. В серии игр «Сталкер» нам дали понять, что пушка Гаусса является мобильной и столь убийственной лишь из-за автономного источника питания. Мощность игровой и реальной пушки немного отличаются. Но они обе все равно невероятно убийственные.

В реальной жизни имя данной пушки - «Рельсотрон», из одного названия можно понять, что в стволе данной пушки содержится два длинных магнита, а в самом начале снаряд, который не является диэлектриком, т.к. не будет реагировать на колоссальное магнитное поле. Магнитное поле огромной мощности создается благодаря высокому напряжению, способному обеспечивать 19 тысяч домов, а это маленький город.

Во время полета снаряд сталкивается с препятствием, а из-за невероятно большой скорости (больше 1.5 километра в секунду) ему не требуется взрывчатый элемент, ведь одной кинетической энергии хватает не только для невероятного по силе удара, но и для прошивания насквозь практически любой преграды. «Рельсотроном» планируют оснастить боевые корабли ВСМ США примерно к 2020 году, но сейчас идут полномасштабные разработки источника питания, способного заряжать столь убийственную пушку. Про реальный образец рассказали, теперь необходимо выяснить, где найти Гаусс-пушку. К слову, пушку можно получить читерным образом, но это мы не рекомендуем делать, т.к. это нарушает игровой процесс, в отличие от пользовательских модификаций, в которых данная винтовка реализована по полной. Подобных модов множество, а найти их не составит труда.

Где найти в "Зове Припяти" пушку Гаусса?

Для активации данного невероятно интересного квеста вам потребуется для начала попасть в «Припять», но перед этим собрать команду из «Гиви», бывшего «Монолитовца» и алкоголика «Долговца», который сидит в башне около станции «Янов». Только вот каждому из них потребуется ваша помощь. Одного вытащить из долгов, другому - найти смысл жизни, а с третьим - хорошо выпить. Все квесты невероятно интересные, поэтому рекомендуем их пройти, после этого можете позвать их с собой в поход через заброшенные туннели под Припятью. По прибытии вас встретит отряд военных, благодаря которым и можно получить данную пушку.

После переговоров с военными вас отправляют на миссию, где надо освободить старую больницу от «Монолитовцев». После уничтожения половины противников будет сообщение, что на крыше появился снайпер с необычной винтовкой. Убиваете снайпера, забираете пушку Гаусса и идете к генералу на химчистку. После недолгих раздумий вас отправляют к Кардану на корабль.

Кардан рассказывает, что во времена СССР был ученым и разрабатывал данную пушку, а для ее починки после передряги в Припяти нам потребуется спуститься в лабораторию около трансформаторов. После диалога он любезно отдает нам ключ-карту, и мы спускаемся в подземелье за чертежами винтовки Гаусса. Отдаем все документы Кардану, и он нам отдает отремонтированную винтовку.

Где найти в "Тенях Чернобыля" пушку Гаусса?

В данной части все обстоит куда сложнее, ведь шанс заполучить пушку будет практически на предпоследней локации - в Припяти. Перед заброшенным стадионом в вас будут стрелять «Монолитовцы» из Гаусса. Каждое попадание по вам будет критическим, а если в голову, - то смертельным. Стрелять им в лоб категорически не рекомендуется, ведь из-за этого пушка упадет на крышу, на которую никаким образом нельзя залезть, поэтому потребуется пробегать от укрытия к укрытию, после чего стрелять в бок данному бойцу. Боец вместе с винтовкой падает на землю. Если вы очень удачливый, то в рюкзаке трупа найдете патроны. К слову, патроны найти практически невозможно, лишь из очень редких тайников. У торговцев их не найти.

Где найти пушку в «Народной Солянке»

Вопросом того, где найти Гаусс-пушку сталкера Прокопенко, задаются многие, ведь разработчики из АМК сделали данный квест весьма и весьма сложным. Для получения вам потребуется сначала получить пропуск на территорию долга, после чего подойти к Петренко и поговорить с ним на разные темы, после чего она нам расскажет, что где-то в Темной Долине пропал пистолет Гаусса. Бежим на свиноферму, о которой говорили выше, идем к бочке на опоре, которая находится прямо напротив каменного забора, а под бочкой и будет бесхозно лежать пистолет. Это можно понять и самому, если открыть ПДА, а в инструкции к квесту посмотреть на скриншот.

Можно ли улучшить винтовку Гаусса?

Как уже говорилось, все части «Сталкера» создавались в невероятной спешке, от чего и не все возможности были реализованы, в том числе модификации оружия. Да, в "Зове Припяти" и "Чистом небе" есть механизм улучшения оружия, но не всех единиц. Данную проблему с радостью решают пользовательские модификации. В «Народной Солянке» 2017 года можно у любого торговца купить специальный кейс с инструментами, или пойти в Бар, где два профессора улучшат характеристики не только Гаусс-пушки, но и других редких экземпляров оружия.

Какие боеприпасы нужны?

В "Сталкере. Зов Припяти" Гаусс-пушка имеет целых 2 вида боеприпасов: качественные, т.е. производственные, кустарные. Различаются два данных вида боеприпаса для одной и той же винтовки только силой пробития, а также ценой, что и заставляет обратить игроков внимание на второй вариант. Заводские можно приобрести у сталкеров примерно за 2000 рублей, если вы в хороших отношениях с продавцом. Кустарные может создавать для нас Кардан после прохождения квеста, о котором мы говорили выше. Он будет за определенную плату в виде водки создавать для нас кустарные боеприпасы.

В заключение

Надеемся, что после прочтения данной статьи вы поняли, что такое пушка Гаусса. Данное оружие является самым мощным, поэтому спрос на него невероятно большой. Если по каким-то причинам у вас не получилось достать Гаусс-винтовку, то вы можете подправить конфигурацию игры, после чего она будет продаваться у желаемого торговца.

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

9,831 Просмотры

Довольна мощная модель знаменитой Гаусс пушки, которую можно сделать своими руками из подручных средств. Данная самодельная Гаусс пушки изготавливается очень просто, имеет лёгкую конструкцию, всё используемые детали найдутся у каждого любителя самоделок и радиолюбителя. С помощью программы расчёта катушки, можно получить максимальную мощность.

Итак, для изготовления Пушка Гаусса нам потребуется:

1. Кусок фанеры.
2. Листовой пластик.
3. Пластиковая трубка для дула ∅5 мм.
4. Медный провод для катушки ∅0,8 мм.
5. Электролитические конденсаторы большой ёмкости
6. Пусковая кнопка
7. Тиристор 70TPS12
8. Батарейки 4X1.5V
9. Лампа накала и патрон для неё 40W
10. Диод 1N4007

Сборка корпуса для схемы Гаусс пушки

Форма корпуса может быть любой, не обязательно придерживаться представленной схеме. Что бы придать корпусу эстетический вид, можно его покрасить краской из баллончика.

Установка деталей в корпус для Пушки Гаусса

Для начала крепим конденсаторы, в данном случае они были закреплены на пластиковые стяжки, но можно придумать и другое крепление.

Затем устанавливаем патрон для лампы накала на внешней стороне корпуса. Не забываем подсоединить к нему два провода для питания.

Затем внутри корпуса размещаем батарейный отсек и фиксируем его, к примеру саморезами по дереву или другим способом.

Намотка катушки для Пушки Гаусса

Для расчета катушки Гаусса можно использовать программу FEMM, скачать программу FEMM можно по этой ссылке https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun

Пользоваться программой очень легко, в шаблоне нужно ввести необходимые параметры, загрузить их в программу и на выходе получаем все характеристики катушки и будущей пушки в целом, вплоть до скорости снаряда.

Итак приступим к намотке! Для начала нужно взять приготовленную трубку и намотать на неё бумагу, используя клей ПВА так, что бы внешний диаметр трубки был равен 6 мм.

Затем просверливаем отверстия по центру отрезков и насаживаем из на трубку. С помощью горячего клея фиксируем их. Расстояние между стенками должно быть 25 мм.

Насаживаем катушку на ствол и приступаем к следующему этапу…

Схема Гаусс Пушки. Сборка

Собираем схему внутри корпуса навесным монтажом.

Затем устанавливаем кнопку на корпус, сверлим два отверстия и продеваем туда провода для катушки.

Для упрощения использования, можно сделать для пушки подставку. В данном случае она была изготовлена из деревянного бруска. В данном варианте лафета были оставлены зазоры по краям ствола, это нужно для того что бы регулировать катушку, перемещая катушку, можно добиться наибольшей мощности.

Снаряды для пушки изготавливаются из металлического гвоздя. Отрезки делаются длиной 24 мм и диаметром 4 мм. Заготовки снарядов нужно заточить.