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简易线圈炮制作

　
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大四还有最后一个课程设计，在暑假电赛的现场跟老师吹嘘了一下，就把H题的电磁炮拿来作课程设计，结果…所以说，没事不要吹牛，吹了就要负责任。因为大四时间比较紧张，各种事务杂乱繁忙，只能砍去打炮之外的其他功能。所以本文主要介绍如何制作一个简易的线圈炮。

读者须知

不知道读者阅读此文的目的是什么，都需要做到以下保证：
① 不伤害他人。科技是双刃剑，拿来害人终究会害了自己。
② 遵守中国法律法规。严格控制功率，不要做犯法的事情。
③ 不可售卖。本文的初衷是技术的记录与交流，而非支持第三方商业活动。
④ 注意安全！实验时可能会发生安全事故，请读者做好防护工作，本人不对任何安全事件负责。

电磁炮

制作一样工具都需要先了解这样工具是什么。电磁炮其实属于一个大类，细分之下还有轨道炮、线圈炮、电热炮、重接炮四大炮种。其原理都绕不开电磁感应。其高中物理学过：平行垂直磁场下，通电导线将做直线运动。这就是轨道炮的最基本原理。但本文不做轨道炮，而是第二种，线圈炮。形状如下图右上方。
来自百度百科电磁炮的截图
上图来自百度百科电磁炮的截图

线圈炮形如其名，通过给线圈通电的方式产生磁场，利用磁极同性相斥原理将磁性炮弹打出。所以，线圈炮的制作难点在于：
① 应该给线圈通什么电？
② 怎样给线圈通电？
③ 通电电压应该多大？ 通电多长的时间？

线圈通直流电，只有直流电才有唯一的电流方向，才能产生唯一的磁场方向，这是根据右手定则确定的。给线圈通电的方式有很多种，但是需要思考明白的是，这个电肯定是一瞬间的事情，就像积攒了大量的雨水然后打开水坝水闸的样子，子弹才会瞬间获得力量喷射出去。而这个力量取决于电压的大小，电压越大，释放的电量越足，电流也就越大，瞬间磁场也就越强，子弹喷射的距离也就越远。这样子，给线圈通电的方式也就很明了，那就是用电容放电的方式给线圈进行通电。

电容

电容在电路中起着各式各样的作用，但是它最本质的作用是储能，它是一种能够存储电荷的元件。

电容充电

电容的两极只要产生压差就能进行充电。电容的充电电路十分简单，只要将电源正极接到电容正极，电源负极接到电容负极即可，最好外加一个开关。
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需要注意的是，电容的正负极不要反接。在不明电容内部材料的情况下进行反接，短时间小电压接触下不会对电容器产生大的损害，但是长时间如此内部可能会发生氧化还原反应（高中化学），造成电容不可逆的损害，从而损坏电容。严重时还有可能发生爆炸（内部化学反应产生气体），造成安全事故。

或许你会疑惑，电源直接接上电容会不会瞬间产生爆炸，或者瞬间电流过大损害电容，或者电压过大造成人体触电。需要强调的是，这都是可能的事情。所以接电路之前，需要观察电容的极限电压与电容大小。以及千万要注意保证自身的安全。

为了方便观察电容的充电过程，上述电路的基础上，增加一个发光二极管。为了防止电流的倒流，增加一个二极管。为了防止电流过大而损坏元件，增加电阻。
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这里R3的大小可根据实际需要进行更换。若VCC=50V，R3可取的范围是300~1K，电阻越小充电电流越大，充电速度越快，电阻损耗速度越快；电阻越大充电电流越小，充电速度越慢，电路安全性越高。由于充电过程对电阻来说是进行功率损耗，所以电阻需要选择支持高功耗的，如1/2W、1W。

电容放电

当LED熄灭的时候，说明此时电容的电压已经接近电源电压，可以近似理解为电容充满电。这时将电容两端的导线断开，换成如下的电路。
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此时的电容相当于一个电源，当构成回路时，电容持续放电，直到电容两极的电压为零。

理解电容的充放电原理之后，可以降低内心对电容的恐惧。如果把电容放电的负载换成线圈，其实就已经是一个线圈炮了。只不过这样的结构十分简陋，充电放电的操作麻烦且不安全，所以需要对其进行改进。

原理图

充放电电路

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上图就是线圈炮中电容的充放电电路，其基本原理已经在上文电容充放电作出解释，这里就其原理进行扩充与应用。观察此电路图，需要懂得基本的三极管开关电路，继电器工作原理的知识，这里为免累赘就不作解释了，可以自行百度或者留言本博客等待解答。

充电(charge)

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充电的思路是，让高电压到达电容正极，低电压（地）到达电源的负极，从而构成充电回路，对电容进行充电。这里用两个继电器替代上文的两个自锁开关，继电器的通断取决于PNP三极管（S8550）基极的电压，而此电压取决于单片机GPIO引脚的输出电压。此时，单片机应该输出的是：

GPIO 输出电压
charge 0v
discharge 5v

因此，左边继电器没有电压，无法工作，开关5打在常闭触点2上，50v高压对电容正极进行充电。相反，右边继电器接收到工作电压，开关5跳到触点1上，电容负极与地连接，地对电容负极进行充电。此时LED灯发光。

继电器上电瞬间，开关5跳变的过程会发出声音，你将在听到滴答声后看到LED灯发光。

当LED灯熄灭时，电容趋于满电，准备放电。

放电(discharge)

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放电的思路是，让电容的正极与负极相接，构成闭合电路。与充电相反，此时单片机的输出应该是：

GPIO 输出电压
charge 5v
discharge 0v

此时，左边继电器开始工作，开关5跳变打到触点1上，电容正极接入线圈一端。右边继电器停止工作，开关5回到常闭状态，与触点2连接，电容负极接入线圈另一端。线圈是一根长导线，将电容正负极相连。

在电容放电的一瞬间，线圈内部流过电流，产生磁场，此时若线圈前方有磁石，若磁石与线圈相对面是异极，那么磁石将被线圈吸引；若磁石与线圈相对面是同极，磁石被线圈排斥，瞬间巨大的排斥力将会把磁石击飞。

听闻导磁体也可以产生同样的效果，可当放入螺丝时，无论怎么放都会被线圈吸引。而放入磁石的效果比较良好。

升压电路

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升压电路非常简单，因为是直接用的DCDC升压模块。这个模块可以在淘宝搜盛科电子搜到，性价比较高。输入电压5V，输出电压可以为6~50V，蓝色部分为滑动变阻器，改变阻值可以改变输出电压。当然也可以自己设计升压电路。
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主控电路

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主控还是采用51单片机，用到两个GPIO口，两个外部中断，串口通讯。

其他电路

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通讯电路用到了蓝牙模块HC-06，配合App实现远程遥控打炮。

PCB设计

材料选购

单片机最小系统

材料 数量
单片机锁紧座 40脚 1
11.0592M晶振 1
22pF瓷片电容 2
四脚按键 2

电源

材料 数量
DC005-2.0插座 1
自锁开关 1
DCDC升压模块 1

控制

材料 数量
电容22000uF 2
继电器5V 2
三极管S8550 2

其他

材料 数量
接线端子2P 3
红色LED 1
电阻1K(1W) 2
电阻2.5K(1/4W) 1
1N4007二极管 1
排母4P 1

PCB之外

材料 数量
线圈400匝 1
PC圆管 1
磁铁 若干
HC-06 蓝牙模块 1

这里不赘述材料链接，具体型号尺寸的链接将会以清单形式放在压缩包中。

画板

PCB
上图就是线圈炮的PCB图。单片机插座由于丝印反向，所以焊接的时候需要把插座反向放置，但是单片机还是得保持正向放置才不会烧坏。其次，DCDC升压模块的两个焊盘需要穿螺丝，螺丝型号尽量选M2.5，以防空间不足。最后是继电器，继电器的封装也是偏小，焊接之前要掰一下引脚，上锡的时候多融点锡即可。希望读者能自己画一块PCB板，根据手头的材料重新画一下封装。

代码

单片机

单片机代码十分简单，仅用到外部中断与串口通讯，这里简单带过。

外部中断修改flag变量。

//充电
void Int0(void)	interrupt 0		
{
	DelayMs(300);
	flag = 1;	
}

//发射
void Int1(void)	interrupt 2
{
	DelayMs(300);
	flag = 0;
}

单片机串口接收来自蓝牙模块的串口数据，从而触发串口接收中断。不知道是何种原因，SBUF的数据直接传入变量会造成最后一位数据的丢失，所以采用先左移一位，再右移复原的方式保证数据的完整。当接收到的数据为 0x01 或者 0xff 时修改flag变量。

void Timer1_Usart(void) interrupt 4
{
	uchar rD;
	ES = 0;
	T0 = 0;
	if(RI)
	{                     
		receiveData = ((uint)SBUF)<<1;
		rD = (uchar)(receiveData>>1);

		while(RI == 0);
		RI=0;

		switch(rD)
		{
			case 0x01://发射
				flag = 0;
				break;

		 	case 0xff://充电
				flag = 1;
				break;
		}
	}
	T0 = 1;
	ES = 1;
}

主函数不断扫描flag变量，flag为1时触发充电，为0时触发放电（发射）。

void main()
{
	External_Inter_Init();
	Usart_Init();
	charge = 1;
	discharge = 1;
	while(1)
	{
		if(flag)
		{
			charge = 0;
			discharge = 1;
		}else{
			charge = 1;
			discharge = 0;

		}
	}
}

设置定时器1产生波特率，波特率为4800。PS 置1是使串口接收中断的优先级更高。

void Usart_Init(void)
{
	SCON=0X70; //设置为工作方式1
	TMOD=0X20; //设置计数器1为工作方式2
	PCON=0X80; //波特率加倍
	TH1=0xf4;  //计数器初始值设置，注意波特率是4800的
	TL1=0xf4;
	ES=1;	   //打开接收中断
	PS=1;	   //设置串口中断的优先级更高
	TR1=1;	   //打开计数器
}

外部中断的配置以及延时函数在此不赘述。除此之外，还可以增加串口的发送函数，将蓝牙模块所需要的AT指令配置写入主函数当中。但这里没有写的原因是，蓝牙模块处在不同波特率下是无法通讯的，需要用电脑串口软件进行修改设置。与其如此，这里直接省去。

App

App的代码是基于蓝牙协议下，蓝牙串口软件修改而来。重点在于sendData(String)函数的理解与应用，按键监听函数OnClickListener()的修改。

首先是sendData(String)函数，需要传参为String字符串类型。传入的指将被截取传入ss变量，经过for循环的检索，如果内容不为空，即长度不为零，那么将变量以int型16进制形式传入bs变量，最终发送出去。

/*
** 发送指令函数
** 每次只能发送一个字节即八位，且以16进制发送
*/
private void sendData(String Send_code)
{
	if (mConnectService==null||mConnectService.getState()!=BluetoothService.CONNECTED) {
		Toast.makeText(this,"未连接到任何蓝牙设备", Toast.LENGTH_SHORT).show();
		return;
	}
	byte[] bs;
	String[] ss=Send_code.split(" ");
	bs=new byte[1];
	for(String s:ss){
		if(s.length()!=0){
			bs[0]=(byte)(int)Integer.valueOf(s, 16);
			mConnectService.write(bs);
		}
	}

}

然后是按键的监听。当btn_charge按键被按下，那么将code_number赋值为255（即0xff）；code_number &= 0xff 这一步是必须的，按位相与，虽然看起来没什么变化，但是实际上内部发生了变化。之后调用 sendData(String) 函数，将255以String类传入。btn_discharge按键被按下后的代码大同小异，只不过把code_number的值替换成1（即0x01）即可。

private OnClickListener ButtonClickListener = new OnClickListener() {
	public void onClick(View v) {
		switch(v.getId()){
			case R.id.btn_charge:
				int code_number0 ;
				code_number0 = 255;
				code_number0 &= 0xff;
				sendData(Integer.toHexString( code_number0 ));
				Toast.makeText(getApplicationContext(),"充电中..",Toast.LENGTH_SHORT).show();
				//延时
				for(int b = 19;b > 0;b--)
				{
					for(int a = 130;a > 0;a--);
				}
				break;

			case R.id.btn_discharge:
				int code_number1;
				code_number1 = 1;
				code_number1 &= 0xff;
				sendData(Integer.toHexString( code_number1 ));
				Toast.makeText(getApplicationContext(),"已发射!",Toast.LENGTH_SHORT).show();
				//延时
				for(int b = 19;b > 0;b--)
				{
					for(int a = 130;a > 0;a--);
				}
				break;
		}
	}
};

实物

正面照

正面照

反面照

反面照

演示

按键触发

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App触发

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下载

原理图，PCB，代码，清单的压缩包下载：
https://download.csdn.net/download/qq_43419705/11932903

由于大四事物繁多，只能挤着时间更新，细节地方没有很深入讲解，在此对读者说一声抱歉。有任何问题，可以在下方评论留言，我会尽力解答。

转载自原文链接, 如需删除请联系管理员。

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