Microduino 电磁炮/zh

目的 本教程的目的是了解电磁炮的工作原理，并试图使用microduino来控制电磁炮。 设备 Microduino-Core Microduino-USBTTL 其他硬件设备 整流二极管 一个 面包板 一块 LED发光二极管 一个 100欧电阻（可以选择100Ω~1kΩ） 两个 拨动开关 两个 4700uF,35V 电容 四个 三极管 一个 漆包线 大约四米 USB数据连接线 一根 9v干电池 两个 导线 若干 铁钉 若干 笔芯管 一个 工具： 电烙铁， 热胶枪 注意：电磁炮的制作是有些风险的，所以本教程的重点是让大家了解原理，制作思路，调试方法，使用的元器件都是为了把风险降到最低。本例中没有使用大功率的输出来使子弹穿过多少层纸 板，而是注重简单，所以能使子弹在笔芯管里移动就已经算成功了。 线圈式电磁枪的原理解释 线圈式电磁枪：这种电磁枪是利用瞬时脉冲电流，是枪管上的驱动线圈产生强磁场，吸引铁磁性物质向磁阻最低的方向运动，当子弹运动到线圈中点（磁阻最低）时断电，子弹依靠惯性飞出。 这是目前DIY线圈式电磁枪最简单的原理。 通俗的说： 电磁炮，也叫线圈枪，高斯枪，基本原理咱们初中的物理课上已经讲了，当时我可是好奇兴奋地听了，快乐的思考着。 通过 安培 的 安培定则的贡献，我们还记得右手定则，左手定则之类的东西吧。 文件:Anpei.png 600px 电磁炮主要跟右手定则有关，电流经过螺旋缠绕在铁芯的时候会产生磁力线，使这个铁芯棒变成一个电磁铁。 文件:RightHandLaw.png 600px 但是光是做出来个电磁铁是不够的，子弹还是射不出去。我们还需要做一个类似冲水马桶一样的装置，你在厕所里给马桶冲水的时候是不是上边的满满一大缸水瞬间冲下来把便便冲走了是吧。 我们就用一些电容来充当马桶上的水箱，水箱里的水就是电荷了，电池先把电荷放到大容量的电容里，然后瞬间使大量电荷通过螺旋形导线，此时瞬间会产生强磁场，有磁感应的铁子弹会瞬间 被吸引到电磁铁上，速度很快，当子弹到达电磁铁中点的时候电流为零，磁力消失，子弹由于惯性就被发射出去了。 文件:CoilGunTheory.png 600px 文件:CoilGunTheory1.gif 600px 原理图 文件:CoilGunShematicOther.png 600px 使用multisim来模拟电路运行的过程 文件:CoilGunShematic.png 600px 图中的xsc1示波器的a通道测量所有电容两端的电压(红线)，b通道使用电流探针测得电感线圈的电流大小(绿线) 文件:CoilGunMultisimfireGraph1.png 600px 此图为电容充电是示波器电压的波形图 文件:CoilGunMultisimfireGraph2.png 600px 此图为开火时候电压和电流的模型图(红色为电压，绿色为电流)，注意通道b的单位是通道a的2000倍数，实际的电流值应该是非常大的 程序 调试 步骤一： 先用multisim来模拟一下原理图电路 步骤二： 准备材料来搭建电路，先搭建一个简单的，我先使用4个电容，和2个9v干电池来做个试验，为了验证一下电路运行情况，和保证安全(也是因为我手头目前只有2个9v干电池)，先不做枪管和子 弹，用一个马达来代替线圈体现以下瞬间的大电流。 文件:CoilGunStep1.png 600px 当我打开第一个开关的时候，led灯会点亮，表示9v干电池正在给电容充电，3,4秒钟后，led灯逐渐熄灭，这表示充电的9v干电池的电压和电容两端电压逐渐保持一致，电流慢慢减弱，所以led灯逐渐熄灭，此时也表示电容已经充满电了，然后关闭第一个开关，再打开第二个开关，此时你会看到马达突然转动，马上又停止了，这就表示电容正在毫无阻力的把所有电量瞬间流向马达。 好了，如果你看到马达突然转动说明你搭建的电路基本正确了。 步骤三： 我们来制作枪管和子弹来替换马达。目前我手头只有不到一米的漆包线，一个碳素笔的笔芯，一些乐高玩具的零件，先用它们吧，我也不指望子弹有多么大的杀伤力。 把漆包线在笔芯上绕，绕的越紧越整齐越好，尽量不要有交叉，绕好后用热胶枪给漆包线定个型，乐高玩具零件再固定一下，看着象摸象样的。 文件:CoilGunStep2.png 600px 文件:CoilGunStep3.png 600px 好了代替马达把线路接好，就差子弹了，子弹只要能被吸铁石吸引，能放到枪管里去就可以，我就随便找了个铁丝剪短了放里边。 重复上次的步骤，发射！！！，没动，再试一次，还没动，调整一下子弹的位置，可是还是没动。难道是我太注重安全了？我陷入了思考中... 步骤四： 让我们来看看一下如何才能那个使线圈枪的威力增大。 线圈式电磁枪的威力大小有三个要点: 1.瞬时电流产生磁场强度 2.加速时间 3.线圈是否对子弹施阻力(也就是子弹到线圈中点时电是否放完) 漆包线越粗,电阻越小,就可以产生更强的磁场。 绕的圈数越多每级线圈加速时间越长，但是线圈加速时间过长会导致电感过高，电流达到最大值时间过长，会使线圈对子弹施阻力。 线圈周长与子弹有关，线圈内径于弹径差距越小,对子弹推力越大。 至于层数也是减小电感的， 每层圈数一般一致 电压越高,产生的瞬时电流越大,磁场越强 电容容量是根据线圈来定的，要保证子弹到线圈中点时电基本放完 子弹长度一般等于线圈长度的一半,保证所受磁力最大 毕奥－萨伐尔定律应为B=u0*n*I，B为磁感应强度，u0为常数，n为螺线管匝数，I为导线中的电流，所以磁场大小是由电流大小与螺线管匝数决定的! 关于铁芯的材料： 有铁芯的线圈会大大增加磁感应强度，但是加了铁芯子弹还怎么通过呀？所以我决定加一个铁管，关于铁管的材料我研究了下，熟铁，硅钢 为首选。 所以，接下来我们来增加一下线圈枪的威力吧，在现有的基础上我用了7个电容(为什么要用7个，因为面包板上插入8个电容不容易呀)，从家里翻腾出来一个以前老式缝纫机上的用来绕线的铁 轮，用来做铁芯，子弹我用的是剪断的铁钉。如下图： 文件:CoilGunStep4.png 600px 文件:CoilGunStep5.png 600px 这回再试试，开火！！铁钉再笔芯里微弱的动了一下，不错总算看到动静了，虽然这只线圈枪威力弱的可怜！但总算看到曙光了，因为手头上的漆包线才不到一米，只用了两个电池，和7个小 型号的电容。 步骤五： 接下来可以尝试一下用microduino来控制电磁枪，或者用来microduino OLED模块来显示电容充电的进度也可以绕多层线圈，增大电量和把枪做的更结实美观一点。 结果 铁钉在笔芯管里可以移动了。 视频