Полностью автоматический бесщеточный контроллер Nerf Blaster Arduino с 3D-печатью

Необходимые инструменты и машины

3D-принтер (общий) Мой 3D-принтер Evnovo (Artillery) X1 - 300x300x400 мм

Об этом проекте

Мне всегда нравилось конструировать и создавать вещи, поэтому я решил создать реквизит и копии объектов, которые можно найти в фильмах и видеоиграх. Воплощаю виртуальный объект в реальность, а затем делюсь своими приемами с теми, у кого схожие интересы.

Мое последнее и самое лучшее творение - это Кан Тао, умное оружие, представленное в грядущей видеоигре Cyberpunk 2077 . . Для создания такого сложного объекта был использован 3D-принтер для достижения эстетики и механической подгонки деталей.

Однако статический объект был бы слишком легким, я хотел испытать себя. Поэтому я разработал его как функциональный Nerf Blaster.

Для достижения этой функциональности потребовалось управление соленоидом и ESC для бесщеточных двигателей. Реле, временные задержки и т. Д. Были бы слишком громоздкими, поэтому более практичным решением была Arduino.

Эта статья будет сосредоточена на аспектах Arduino и электрических схем в этом проекте (поскольку это сайт Arduino). Я назвал это «простым», поскольку часть Arduino довольно проста. Тем не менее, механический дизайн и 3D-печать продвинуты. Если вы хотите управлять бесщеточным ESC, бесщеточными двигателями и соленоидом с помощью Arduino для бластеров Nerf, это руководство для вас!

CAD-дизайн, 3D-печать и т. Д. Описаны здесь:http://nerfhaven.com/forums/topic/28493-cyberpunk-2077-kang-tao-3d-printed-nerf-gun/

или здесь:https://www.reddit.com/r/nerfhomemades/comments/djmyu0/3d_printed_kang_tao_nerf_blaster_from_cyberpunk/

Видеоуроки по сборке здесь:https://www.youtube.com/channel/UCP3j3nmdL5VLFy1indyyzAA/featured?view_as=subscriber

Схема (см. Раздел схемы) была нарисована, чтобы проиллюстрировать, как все связано. Arduino Nano используется из-за его небольшого размера. Это должно работать с Uno и другими.

См. схему ниже терминологии MS1, C2 и т. д.

Обратитесь в Код раздел on объяснение из как the код работает.

Триггеры с маховиком и соленоидом

Код работает так:когда MS2 (вторичный микровыключатель) удерживается, бесщеточные двигатели набирают обороты.

Когда MS1 (триггер основного микропереключателя) нажат или удерживается, сигнал посылается на затвор полевого МОП-транзистора, чтобы запустить соленоид ( S ) неоднократно. Соленоид выталкивает дротик Nerf из магнита в маховики ( M1 & M2 ), которые затем ускоряют дротик из ствола.

Однако MS1 активируется только при MS2 проводится. Это помогает предотвратить застревание в случае, если дротик попадет в не вращающиеся маховики. В коде (см. Раздел кода) используется '&&'.

Электропитание бесщеточных двигателей и соленоида не проходит через микровыключатели. Это означает, что вам не нужны микровыключатели с высоким номинальным током.

Бесщеточные двигатели

Я не собираюсь здесь объяснять, чем бесщеточные двигатели отличаются от щеточных двигателей, вы можете поискать отличные объяснения.

Есть inrunner и беглый бесщеточные двигатели. Вам нужен бегун двигатель, так как они более плоские по форме, поэтому у вас не будет уродливых банок, торчащих из стороны вашего бластера Nerf. Двигатели Outrunner также имеют внешнюю часть, которая может вращаться вместе с валом. Это упрощает 3D-печать маховиков над двигателем.

Получите двигатель с задними монтажными отверстиями . .

Напряжение двигателей должно быть не менее 12,6 В (3 с липо).

Ток двигателя не должен превышать номинальный ток бесщеточного ESC.

Мощность двигателей должна быть> 60 Вт. В этом проекте используется напряжение питания 12,6 В x измеренная потребляемая мощность двигателя 7 А =~ 80 Вт каждый.

Частота вращения бесщеточных двигателей должна составлять ~ 25k и определяется номиналом в кВ x напряжением. В этом проекте используются двигатели на 2600 кВ при 12,6 В. Следовательно, 2600 x 12,6 =~ 32, 760 об / мин. Я запускаю моторы только на половину дроссельной заслонки, а дротики летят на 25 м / 82 фута!

Бесщеточные регуляторы скорости

Они в основном управляют мощностью бесщеточных двигателей.

Бесщеточные двигатели не работают с щеточными регуляторами скорости, становитесь бесщеточными.

Вам нужен один ESC на двигатель. В противном случае обратная ЭДС от двух двигателей, подключенных к одному ESC, нарушит синхронизацию ESC и повредит упомянутый ESC и / или двигатели.

Номинальный ток ESC должен быть выше, чем ток, потребляемый двигателем. Мотор в этом случае был измерен на 7А каждый. Рекомендуем ESC 20A или выше.

Номинальное напряжение ESC должно быть не менее 12,6 В (3 с Lipo).

ESC не требует встроенного BEC. Вы можете использовать ESC «OPTO». Если у вас есть ESC с BEC, подключите заземляющий и сигнальный кабели к Arduino, как показано на схеме. НЕ подключайте ESC 5 В красный кабель ни к чему. (Если у вас нет конкретной цели и вы не знаете, что делаете).

Аккумулятор

Один аккумулятор для всего. Я рекомендую использовать разъем XT60.

Напряжение составляет 12,6 В 3S Lipo Battery.

Рекомендуемая емкость составляет не менее 1300 мАч.

Номинальный ток разряда батареи должен быть достаточным для потребляемой мощности всех нагрузок. В этом проекте ток нагрузки ~ 25А.

Максимальная скорость разряда батареи рассчитывается как скорость разряда (25C) x емкость в Ач (1,300 мАч =1,3 Ач).

Следовательно, 25 x 1,3 =максимальная скорость разряда аккумулятора 32 А. Вы должны найти эти числа в характеристиках батареи.

МОП-транзистор

Питание соленоида 12 В / 8 А прямо от Arduino вызовет волшебный дым (Arduino умирает). Решение? МОП-транзистор.

Силовой полевой МОП-транзистор используется в качестве переключателя для соленоида. Он в основном прерывает заземление, которое питает соленоид. Это известно как N-канальный МОП-транзистор . Убедитесь, что у вас есть N-канал.

MOSFET знает, когда включать и выключать из-за сигнала, отправляемого на вывод затвора MOSFET с вывода Arduino ( D4 в таком случае). Ардуино выдает 5 В, а вентиль должен быть полностью включен при 5 В. Чтобы это работало, это должен быть МОП-транзистор логического уровня .

Ток, потребляемый соленоидом, составляет 8 А. Убедитесь, что MOSFET имеет более высокий максимальный ток. В этом проекте используется полевой МОП-транзистор с максимальным током 30 А.

Напряжение на полевом МОП-транзисторе составляет 12,6 В для питания соленоида. Этот полевой МОП-транзистор рассчитан на максимальное напряжение 60 В, что является достаточным запасом.

В этом случае температура полевого МОП-транзистора составляет менее 35 ° C. Это достигается благодаря тому, что полевой МОП-транзистор рассчитан на 30 А, хотя через него протягивается только ~ 8 А. Другая причина заключается в том, что нагрузка (соленоид) включается только на мгновение перед выключением, а не постоянно. В этом случае радиатор не требуется.

Соленоид

Это толкает дротик в маховики. Все, что вам нужно, это соленоид с номиналом 12 В и длиной хода 35 мм. Более короткие удары не позволят продвинуть дротики типа Nerf во всю длину достаточно далеко.

Обновите его пружину до проволоки диаметром 0,9 мм, наружным диаметром 14 мм и длиной 40 мм, чтобы предотвратить заедание.

Поскольку соленоид включается мгновенно, а не постоянно, он должен нагреваться только слегка, ~ 40 ° C и, следовательно, не требует охлаждения.

Эти соленоиды относительно дешевы и универсальны. Их можно найти на Ebay, Aliexpress и т. Д.

Защитный выключатель

SW предохранительный выключатель - это просто двухпозиционный ползунковый переключатель. У него 3 контакта, но используются только 2. Отключает Arduino при включении безопасности, предотвращая срабатывание маховиков и соленоидов.

Схема защиты

В этом разделе объясняется, как предотвратить поджаривание электроники!

C1 33 мкФ (рекомендуется 100 мкФ) и C2 100 нФ (0,1 мкФ) снижает колебания напряжения на входе питания Arduino.

Внимание! C1 чувствителен к полярности, сторона с полосами - отрицательная . еще это идет бац!

D1 предотвращает обратное напряжение к Arduino VIN. Обратите внимание на полярность.

D2 - обратный / обратный диод. Это предотвращает создание обратной ЭДС соленоидом (или другими катушками индуктивности). В противном случае эта обратная ЭДС могла повредить полевой МОП-транзистор. Обратите внимание на полярность.

R1 & R2 - подтягивающие резисторы 4,7 кОм для MS1 и MS2. Это предотвращает плавающее напряжение на микровыключателях.

R3 представляет собой понижающий резистор 10 кОм для предотвращения плавающего напряжения на затворе полевого МОП-транзистора.

R4 составляет 150 кОм для дополнительного Светодиоды. Мои светодиоды - два последовательно подключенных по 2,4 В / 50 мА каждый. Значение вашего резистора может отличаться. Эти светодиоды включаются и выключаются синхронно с соленоидом, имитируя дульную вспышку!

Видео-объяснение и тестовые стрельбы ниже!

Это подводит итог этого руководства, любые вопросы оставляйте комментарии ниже :)

Скачайте файл, чтобы вы могли его распечатать!

ОБНОВЛЕНИЕ. Вот ссылка на файлы Thingiverse, наслаждайтесь!

https://www.thingiverse.com/thing:3984125

Код

• Код Arduino для бесщеточного двигателя и соленоида Nerf Blaster - Clark3DPR

Код Arduino для бесщеточного двигателя и соленоида Nerf Blaster - Clark3DPR Arduino

 const int buttonPinF =2; // Номер контакта микропереключателя оборотов маховика const int buttonPinS =5; // Номер контакта микровыключателя соленоида int buttonStateF =0; // Переменная для чтения состояния микропереключателя оборотов маховика int buttonStateS =0; // Переменная для чтения состояния микропереключателя соленоида int solenoidPin =4; // Номер контакта затвора электромагнитного МОП-транзистора # include  Серво дроссель; int pos =0; int pin =3; // сигнал ESC pinvoid setup () {pinMode (buttonPinF, INPUT); // Инициализируем вывод микровыключателя Маховика как входной pinMode (buttonPinS, INPUT); // Инициализируем контакт микропереключателя соленоида как входной throttle.attach (pin); pinMode (solenoidPin, ВЫХОД); // Устанавливает вывод затвора соленоидного полевого МОП-транзистора в качестве выхода // Последовательность постановки на охрану ESC для (pos =90; pos <=91; pos + =1) {throttle.write (pos); задержка (3700); // Подождите, пока ESC поставит на охрану / Выйдите из режима безопасности // Увеличьте это значение 3700 в зависимости от того, сколько времени потребуется, чтобы ваш ESC поставил на охрану}} void loop () {buttonStateF =digitalRead (buttonPinF); // Считываем состояние микропереключателя маховика if (buttonStateF ==HIGH) {// Проверяем, что микровыключатель нажат, если да, то состояние кнопки Flywheel - HIGH throttle.write (92); // <(92) =Двигатель выключен / (92) =Скорость холостого хода} else {throttle.write (97); // Двигатель включен (92) =Скорость холостого хода / ~ (115) =Максимальная скорость} buttonStateS =digitalRead (buttonPinS); // Считываем состояние микропереключателя соленоида if (buttonStateF ==LOW &&buttonStateS ==LOW) {digitalWrite (solenoidPin, HIGH); // Задержка включения соленоида (90); // Продолжительность включения digitalWrite (solenoidPin, LOW); // Задержка выключения соленоида (100); // длительность выключения} else {digitalWrite (solenoidPin, LOW); // Выключаем соленоид}} 

Схема