Сърцето на машина (лазерен микропроектор): 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Този Instructable е духовният наследник на по-ранен експеримент, в който изградих двуосен огледален лазерен кормилен възел от 3D отпечатани части и соленоиди.

Този път исках да стана мъничък и имах късмета да намеря някои комерсиално направени лазерни модули за управление от онлайн научен излишък. Дизайнът ми започна да прилича на Далек, затова се втурнах с идеята и направих двуинчов бот, вдъхновен от Далек, който стреля по вас с лазери.

Но не се опитва да ви изтреби-просто ви изпраща любов от електромеханичното си сърце!

Ако този проект ви харесва, моля, гласувайте за него в конкурса за оптика!:)

Стъпка 1: Нещо малко от щата Тексас

Сърцето на машината е модул TALP1000B от Texas Instruments, който е описан като „двуосно аналогово MEMS насочващо огледало“. Това е доста заглавие, така че нека го разбием:

• Двуосна: Това означава, че устройството може да се накланя по хоризонталната и вертикалната ос.
• Аналогов: Наклонът по оста се контролира от аналогово напрежение, вариращо от -5 до 5 волта.
• MEMS: Това означава Micro Electrical Mechanical System и означава, че е много малка!
• Посочващо огледало: В центъра на устройството е огледало върху кардани; огледалото може да бъде насочено на няколко градуса във всяка посока, което му позволява да насочва лазер навсякъде в рамките на конус от няколко градуса.

Бързо преглеждане на листа с данни показва, че това е сложна част. В допълнение четири управляващи бобини, има излъчвател на светлина, четири сензора за положение и температурен сензор. Въпреки че няма да използваме сензорите, по -късно ще споделя някои великолепни снимки на повреден TALP1000B отблизо.

TALP1000B е прекратен, но не можете да го намерите, можете сами да изградите много по -голямо лазерно насочващо огледало, използвайки плановете, които изложих в по -ранните си инструкции: принципите са абсолютно същите, но ще трябва да изградите живот -размерен Далек, за да го приюти!

Стъпка 2: Сметка на материалите

По -долу е описанието на материалите за този проект:

• One Texas Instruments TALP1000B (прекратено производство)
• Един Arduino Nano
• Един SparkFun двигател - двоен TB6612FNG (с заглавки)
• Една дъска
• Един тримпот (1 kOhms)
• Четири проводника от 2,54 мм до 2 мм
• 0,1 "(2,54 мм) заглавки
• 3D принтер и нажежаема жичка
• Червен лазерен показалец

Най -трудно е да се намери модулът TALPB. Имах късмет и взех няколко в научен излишък.

Все още може да намерите TALPB онлайн на прекомерни цени, но не препоръчвам да харчите много пари за тях поради следните причини:

• Те са смешно крехки, може да ви трябват няколко, в случай че счупите някои.
• Те имат ниска резонансна честота от 100Hz, което означава, че не можете да ги карате достатъчно бързо за лазерни предавания без трептене.
• Те имат позлатена повърхност, което означава, че отразява само червените лазери. Това изключва използването на свръхярко зелени лазери или виолетови лазери със светещи в тъмното екрани за постоянство.
• Въпреки че тези части имат сензори за положение, не мисля, че Arduino е достатъчно бърз, за да ги управлява с някаква позиционна обратна връзка.

Моето мнение е, че макар тези части да са невероятно малки и точни, те не изглеждат достатъчно практични за хоби проекти. Бих предпочел да видя общността да измисли по -добри DIY дизайни!

Стъпка 3: Създаване на тялото

Моделирах тялото в OpenSCAD и го отпечатах 3D. Това е пресечен конус с отвор отгоре, отвор на гърба за поставяне на модула TALB1000P и голям зяпнал отвор за светлина отпред.

Осветявате лазер отгоре и той се отразява отпред. Това 3D отпечатано тяло не само изглежда страхотно, но е и функционално. Той поддържа всичко в съответствие и приютява нелепо крехкия модул TALB1000P. Добавих гребените и неравностите, за да улесня захващането, след като изпуснах ранен прототип и унищожих модул TALB1000P.

Стъпка 4: Многото начини да разбиете сърце

TALP1000B е изключително крехка част. Кратко падане или небрежно докосване ще разрушат частта (докосването й случайно е начинът, по който унищожих втория си модул). Толкова е крехко, че подозирам, че дори силен поглед може да го убие!

Ако физическите опасности не бяха достатъчни, в листа с данни се посочва допълнителна опасност:

Бъдете внимателни, за да избегнете преходните процеси при стартиране или спиране на синусоидалното задвижващо напрежение. Ако настроите мощността на задвижването от 50Hz до напрежение, което произвежда голямо 50 Hz въртене на огледалото (4 до 5 градуса механично движение), тогава огледалото ще работи в продължение на много хиляди часове без проблем. нагоре в момент, когато изходното напрежение е значително, тогава настъпва стъпка в напрежението, която ще възбуди резонанса на огледалото и може да доведе до доста големи ъгли на въртене (достатъчно, за да накара огледалото да удари керамичната платка, която служи за спиране на въртенето). Има два начина да се избегне това: а) включване или изключване на захранването само когато задвижващото напрежение е близо до нула (показано на чертежа по -долу), б) намаляване на амплитудата на синусоидалното задвижване преди включване или изключване.

Така че по принцип дори изключването на захранването може да го разруши. О, вей!

Стъпка 5: Пейсмейкър верига

Схемата на драйвера, която направих за нея, се състои от Arduino Nano и двуканален драйвер на двигателя.

Въпреки че драйверите на мотори са създадени за двигатели, те могат да управляват магнитни бобини също толкова лесно. Когато е свързан към магнитна намотка, функциите за движение напред и назад на водача карат бобината да се захранва в посоката напред или назад.

Намотките на TALP1000B изискват до 60mA, за да функционират. Това надхвърля максималните 40mA, които Arduino може да осигури, така че използването на драйвер е от съществено значение.

Аз също добавих подстригване към моя дизайн и това ми позволява да контролирам амплитудата на изходния сигнал. Това ми позволява да набера напреженията на задвижването до нула, преди да изключа захранването на веригата, за да избегна резонансите, за които ме предупреди листът с данни.

Стъпка 6: Шофьор, който няма да работи … и такъв, който работи

За да проверя дали моята верига извежда гладка форма на вълната, написах тестова програма за извеждане на синусоида по оста X и косинус по оста Y. Свързах всеки изход на моята задвижваща верига към биполярни светодиоди последователно с резистор 220 ома. Биполярният светодиод е специален вид двуполюсен светодиод, който осветява един цвят, когато токът тече в една посока, и друг цвят, когато токът тече в обратна посока.

Тази тестова платформа ми позволи да наблюдавам промените в цвета и да гарантирам, че няма бързи промени в цвета. Веднага след бухалката наблюдавах ярки светкавици, когато единият цвят избледнее и преди другият цвят да избледнее.

Проблемът беше, че използвах чип L9110 като драйвер на двигателя. Този драйвер има PWM скоростен щифт и посока, но работният цикъл на сигнала за управление на PWM скоростта в посока напред е обратен на работния цикъл в обратна посока.

За да изведете нула, когато битът за посоката е напред, имате нужда от 0% PWM работен цикъл; но когато битът за посоката е обратен, имате нужда от PWM работен цикъл от 100% за изход нула. Това означава, че за да може изходът да остане нула по време на смяна на посоката, трябва да промените както посоката, така и стойността на ШИМ наведнъж-това не може да се случи едновременно, така че без значение в какъв ред го правите, получавате скокове на напрежението при преминаване от отрицателно към положителен до нула.

Това се дължи на проблясъците, които бях видял, и тестовата верига вероятно ме спаси от унищожаването на друг модул TALB1000B!

Шофьор на мотор SparkFun спасява деня

След като установих, че L9110 не е на път, реших да оценя SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (който бях спечелил в по -ранен Instructable! Woot!).

На този чип PWM на щифта за контрол на скоростта от 0% означава, че изходите се задвижват на 0%, независимо от посоката. TB6612FNG има два щифта за управление на посоката, които трябва да се обърнат, за да се обърне посоката, но с PWM щифта при работен цикъл нула, това е безопасно да се направи чрез междинно състояние, в което In1 и In2 са ВИСОКИ-това поставя шофьорът в режим на междинна „къса спирачка“, който по всякакъв начин захранва бобините.

С TB6612FNG успях да получа плавен преход на полярността след нула без никакви светкавици. Успех!

Стъпка 7: Стартирайте Arduino Sketch и тестване на производителността

Вицешампион в състезанието по оптика