Interactive Laser Sheet Generator Sa Arduino: 11 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Maaaring gamitin ang mga laser upang lumikha ng hindi kapani-paniwalang mga visual effects. Sa proyektong ito, nagtayo ako ng isang bagong uri ng pagpapakita ng laser na interactive at nagpe-play ng musika. Paikutin ng aparato ang dalawang mga laser upang bumuo ng dalawang tulad ng vortex na mga sheet ng ilaw. Nagsama ako ng mga distansya sensor sa aparato upang ang mga sheet ng laser ay maaaring manipulahin sa pamamagitan ng paglipat ng iyong kamay patungo sa kanila. Habang nakikipag-ugnay ang tao sa mga sensor, nagpe-play din ang musika ng musika sa pamamagitan ng isang output na MIDI. Nagsasama ito ng mga ideya mula sa mga laser harps, laser vortexes, at display ng POV.

Ang instrumento ay kinokontrol ng isang Arduino Mega na kumukuha ng mga input ng mga ultrasonic sensor at nagpapalabas ng uri ng laser sheet na nabuo at nabuong musika. Dahil sa maraming antas ng kalayaan ng mga umiikot na laser, maraming tonelada ng iba't ibang mga pattern ng sheet ng laser na maaaring malikha.

Gumawa ako ng paunang brainstorming sa proyekto kasama ang isang bagong pangkat ng sining / tech sa St. Louis na tinawag na Dodo Flock. Nagpapatakbo din si Emre Sarbek ng ilang mga paunang pagsusuri sa mga sensor na ginamit upang makita ang paggalaw malapit sa aparato.

Kung magtatayo ka ng isang aparato ng laser sheet, mangyaring tandaan na maging ligtas na mga operating laser at umiikot na mga disc.

Pag-update sa 2020: Napagtanto ko ang ibabaw na nilikha ng mga laser ay isang hyperboloid.

Hakbang 1: Listahan ng Supply

Mga Kagamitan

Lasers -

Brushless motor -

Electronic speed controller -

Servo motors -

Mga Transistor

Plywood

Plexiglass

Mga sensor ng ultrasonic

Pagdulas -

White LEDs -

Mga converter ng Buck

Wire wrap wire

Konektor ng MIDI

Potensyomiter at mga knobs -

Hardware - https://www.amazon.com/gp/product/B01J7IUBG8/ref=o…https://www.amazon.com/gp/product/B06WLMQZ5N/ref=o…https://www.amazon. com / gp / produkto / B06XQMBDMX / ref = o…

Mga lumalaban

Mga cable ng konektor ng JST -

Switch ng kuryente ng AC

12V Power supply -

Pandikit ng kahoy

Super pandikit

Mga turnilyo ng kahoy

USB extension cable -

Mga tool:

Panghinang

Mga pamutol ng wire

Nakita ni Jig

Nakita ng pabilog

Micrometer

Power drill

Hakbang 2: Pangkalahatang-ideya at Skema

Ang isang laser beam ay lumilikha ng isang mahusay na naipong (ibig sabihin makitid) sinag ng ilaw, kaya ang isang paraan upang makabuo ng isang sheet ng ilaw ay upang mabilis na ilipat ang sinag sa ilang mga pattern. Halimbawa, upang lumikha ng isang cylindrical light sheet, paikutin mo ang isang laser sa paligid ng isang axis na kahanay sa direksyon na itinuturo nito. Upang mabilis na ilipat ang isang laser, maaari mong ikabit ang isang laser sa isang kahoy na tabla na nakakabit sa isang brushless DC motor. Sa ganitong pag-iisa, maaari kang lumikha ng mga cool na cylindrical laser vortex!

Ang iba pang mga proyekto ng laser vortex ay nagagawa ito sa pamamagitan ng pag-mount ng isang ikiling na salamin sa axis ng pag-ikot na may isang nakatigil na laser na nakadirekta sa salamin. Lumilikha ito ng isang laser sheet na kono. Gayunpaman, sa disenyo na ito, ang lahat ng mga sheet ng laser ay lilitaw na nagmula sa isang solong pinagmulan. Kung ang mga laser ay nakaposisyon sa axis tulad ng disenyo na aking itinayo, nagagawa mong lumikha ng mga nagko-convert na mga sheet ng laser, tulad ng hugis ng hourglass na ipinapakita sa video.

Ngunit paano kung nais mo ang mga light sheet na maging Dynamic at interactive? Upang magawa ito, ikinabit ko ang dalawang mga laser sa mga servo at pagkatapos ay ikinabit ang mga servos sa sahig na gawa sa kahoy. Ngayon ay maaaring ayusin ng mga servos ang anggulo ng laser na patungkol sa axis ng motor ng pag-ikot. Sa pamamagitan ng pagkakaroon ng dalawang mga laser sa dalawang magkakaibang mga servo, maaari kang lumikha ng dalawang magkakaibang mga light sheet gamit ang aparato.

Upang makontrol ang bilis ng motor na DC, kumonekta ako ng isang potensyomiter sa isang Arduino na kumukuha ng input ng potenometer at naglalabas ng isang senyas sa electrical speed controller (ESC). Kinokontrol ng ESC ang bilis ng motor (isang naaangkop na pangalan, oo), depende sa paglaban ng potentiometer.

Ang estado ng / pag-off ng laser ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagkonekta sa kanila sa emitter ng isang transistor na tumatakbo sa saturation (ibig sabihin, tumatakbo bilang isang electric switch). Ang isang signal ng kontrol ay ipinadala sa base ng transistor na kumokontrol sa kasalukuyang sa pamamagitan ng laser. Narito ang isang mapagkukunan para sa pagkontrol ng isang pag-load sa isang transistor na may isang arduino:

Ang posisyon ng servos ay kinokontrol din ng Arduino. Habang umiikot ang tabla, ang manipis na sheet ay maaaring manipulahin sa pamamagitan ng pagbabago ng posisyon ng servo. Nang walang anumang pag-input ng gumagamit, nag-iisa lamang ito ang makakalikha ng mga pabagu-bagong ilaw na sheet na nakaka-akit. Mayroon ding mga ultrasonic sensor na nakaposisyon sa paligid ng gilid ng aparato, na ginagamit upang matukoy kung ang isang tao ay inilalagay ang kanyang kamay malapit sa mga light sheet. Ang input na ito ay ginagamit pagkatapos upang ilipat ang mga laser upang lumikha ng mga bagong light sheet O makabuo ng isang signal na MIDI. Ang isang MIDI jack ay konektado upang maipadala ang signal ng MIDI sa isang aparato na nagpe-play ng MIDI.

Hakbang 3: Pagkontrol sa Brushless Motor Sa Arduino

Upang makalikha ng mga light sheet na tulad ng vortex, kailangan mong paikutin ang laser beam. Upang magawa ito, nagpasya akong subukang gumamit ng isang brushless DC motor. Nalaman ko na ang mga ganitong uri ng motor ay talagang tanyag sa mga modelong eroplano at drone, kaya naisip ko na madali itong gamitin. Naranasan ko ang ilang mga snag sa daan, ngunit sa pangkalahatan ay masaya ako sa kung paano gumagana ang motor para sa proyekto.

Una, kailangang mai-mount ang motor. Pasadyang dinisenyo ko ang isang bahagi upang hawakan ang motor at ilakip ito sa isang board na humahawak sa aparato. Matapos ligtas ang motor, ikinonekta ko ang motor sa ESC. Mula sa nabasa ko, mukhang matigas talagang gumamit ng isang brushless motor na wala. Upang paikutin ang motor, gumamit ako ng Arduino Mega. Sa una, hindi ko makuha ang motor na paikutin sapagkat ikonekta ko lang ang control signal sa 5V o ground, nang hindi maayos na nagtatakda ng isang baseline na halaga o pagkakalibrate ng ESC. Sinundan ko pagkatapos ang isang Arduino tutorial na may potentiometer at servo motor, at nakuha ang motor na umiikot! Narito ang isang link sa tutorial:

Ang mga wires na ESC ay maaaring talagang konektado sa anumang paraan sa motor na walang brush. Kakailanganin mo ang ilang mga babaeng konektor ng plug ng saging. Ang mas makapal na pula at itim na mga kable sa ESC ay konektado sa isang supply ng kuryente ng DC sa 12V, at ang itim at puting mga kable sa control konektor ng ESC ay konektado sa lupa at isang control pin sa Arduino, ayon sa pagkakabanggit. Suriin ang video na ito upang malaman kung paano i-calibrate ang ESC:

Hakbang 4: Pagbuo ng Laser Sheet Chassis

Matapos makuha ang umiikot na motor, oras na upang buuin ang chassis ng light sheet. Pinutol ko ang isang piraso ng playwud gamit ang isang CNC machine, ngunit maaari mo ring gamitin ang isang jig saw. Hawak ng playwud ang mga ultrasonic sensor at may butas dito upang magkasya sa isang piraso ng plexiglas. Ang plexiglas ay dapat na nakakabit sa kahoy gamit ang epoxy. Ang mga butas ay drill para sa slip-ring upang magkasya.

Ang isa pang pabilog na sheet ng playwud ay pagkatapos ay i-cut upang hawakan ang brushless motor. Sa sheet ng kahoy na ito, ang mga butas ay binubutas upang ang mga wires ay maaaring dumaan mamaya sa konstruksyon. Matapos mailakip ang motor mount at mga butas ng pagbabarena, ang dalawang sheet ng playwud ay nakakabit ng 1x3 na mga tabla na pinutol ang tungkol sa 15cm ang haba at mga metal na braket. Sa larawan, makikita mo kung paano ang plexiglas ay nasa itaas ng motor at ng mga laser.

Hakbang 5: Laser at Servo Motor Assembly

Ang variable light sheet ay nilikha sa pamamagitan ng paglipat ng mga laser na may paggalang sa axis ng pag-ikot. Dinisenyo ko at 3d na naka-print ang isang bundok na nakakabit ng isang laser sa isang servo at isang mount na nagkokonekta sa servo sa spinning plank. Ilakip muna ang servo sa servo mount gamit ang dalawang M2 screws. Pagkatapos, i-slide ang isang M2 nut sa mount ng laser, at higpitan ang isang hanay ng tornilyo upang mapanatili ang laser sa lugar. Bago ikonekta ang laser sa servo, dapat mong tiyakin na ang servo ay pinaikot sa nakasentro nitong posisyon sa pagpapatakbo. Gamit ang tutorial ng servo, idirekta ang servo sa 90degree. Pagkatapos i-mount ang laser tulad ng ipinakita sa larawan gamit ang isang turnilyo. Kailangan ko ring magdagdag ng isang dab ng pandikit upang matiyak na ang laser ay hindi lumipat nang hindi sinasadya.

Gumamit ako ng isang pamutol ng laser upang likhain ang tabla, na may sukat na humigit-kumulang na 3cm x 20cm. Ang maximum na laki ng light sheet ay depende sa laki ng kahoy na tabla. Ang isang butas ay pagkatapos ay drill sa gitna ng plank upang ito ay magkasya sa brushless motor shaft.

Sumunod ay idinikit ko ang pagpupulong ng laser-servo sa plank upang ang mga laser ay nakasentro. Siguraduhin na ang lahat ng mga bahagi ng plank ay balansehin patungkol sa axis ng pag-ikot ng plank. Ang mga konektor ng solder JST sa mga laser at servo cable upang maikonekta sila sa pagdulas sa susunod na hakbang.

Panghuli ilakip ang plank na may naka-attach na mga pagpupulong ng laser-servo papunta sa brushless motor na may isang washer at nut. Sa puntong ito, subukan ang motor na walang brush upang matiyak na ang tabla ay maaaring umiikot. Mag-ingat na hindi masyadong mabilis ang pagmamaneho ng motor o ilagay ang iyong kamay sa landas ng pag-ikot ng plank.

Hakbang 6: Pag-install ng Slipring

Paano mo maiiwasan ang mga wire na mai-gusot habang umiikot ang electronics? Ang isang paraan ay ang paggamit ng isang baterya para sa isang suplay ng kuryente at ikonekta ito sa pagpupulong na pagpupulong, tulad ng sa itinuturo sa POV na ito. Ang isa pang paraan ay ang paggamit ng isang pagdulas! Kung hindi mo pa naririnig ang tungkol sa isang slingring o ginamit na dati, tingnan ang mahusay na video na ito na nagpapakita kung paano ito gumagana.

Una, ikabit ang iba pang mga dulo ng mga konektor ng JST sa pagdulas. Hindi mo nais na masyadong mahaba ang mga wire dahil may potensyal na mahuli sila sa isang bagay kapag umiikot ang tabla. Inilagay ko ang pagdulas sa plexiglass sa itaas ng motor na walang brush na pagbabarena sa mga butas para sa mga turnilyo. Mag-ingat na hindi ma-crack ang plexiglass kapag nag-drill. Maaari mo ring gamitin ang isang laser cutter upang makakuha ng mas tumpak na mga butas. Kapag naka-attach ang pagdulas, ikonekta ang mga konektor.

Sa puntong ito, maaari mong ikonekta ang mga wire na dumudulas sa mga pin ng isang Arduino upang makagawa ng ilang mga paunang pagsusuri sa laser sheet generator.

Hakbang 7: Paghihinang ng Elektronika

Pinutol ko ang isang board ng prototype upang ikonekta ang lahat ng mga electronics. Dahil gumamit ako ng 12V power supply, kailangan kong gumamit ng dalawang dc-dc converter: 5V para sa mga laser, servos, potentiometer, at MIDI jack, at 9V para sa Arduino. Ang lahat ay nakakonekta tulad ng ipinakita sa diagram sa pamamagitan ng alinman sa paghihinang o pagbabalot ng wire. Ang board ay nakakonekta sa isang naka-print na bahagi ng 3d gamit ang mga standoff ng PCD.

Hakbang 8: Pagbuo ng Elektronikong Kahon

Ang lahat ng mga electronics ay nakalagay sa isang kahon na gawa sa kahoy. Pinutol ko ang 1x3 na tabla para sa mga gilid ng kahon, at pinutol ang isang malaking bukana sa isang gilid upang ang mga wire sa isang control panel ay maaaring dumaan. Ang mga gilid ay konektado gamit ang maliit na mga bloke ng kahoy, pandikit na kahoy, at mga tornilyo. Matapos matuyo ang pandikit, nilapag ko ang mga gilid ng kahon upang mailabas ang lahat ng mga pagkukulang sa kahon. Pagkatapos ay pinutol ko ang manipis na kahoy para sa harap, likod, at ilalim ng kahon. Ang ilalim ay ipinako sa mga gilid, at ang harap at likod ay nakadikit sa kahon. Sa wakas, sinukat ko at pinutol ang mga butas ng mga sukat ng mga bahagi sa harap na panel ng kahon: ang power cable jack, usb jack, MIDI jack, at potentiometer.

Hakbang 9: Pag-install ng Elektronika sa Kahon

Inilakip ko ang suplay ng kuryente sa kahon gamit ang mga turnilyo, ang Arduino na gumagamit ng isang pasadyang dinisenyo na mount, at ang circuit board na nilikha sa Hakbang 7. Ang potentiometer at MIDI jack ay unang konektado sa circuit board gamit ang wire wrapping wire, at pagkatapos ay nakadikit sa front panel. Ang AC jack ay konektado sa power supply, at ang output ng DC ng power supply ay konektado sa mga input ng Buck converter at cable na kumonekta sa motor na walang brush. Ang motor, servo, at mga wire ng laser pagkatapos ay tatakbo sa pamamagitan ng isang butas sa playwud pababa sa electronics box. Bago makitungo sa mga ultrasonic sensor, isa-isa kong sinubukan ang mga sangkap upang matiyak na ang lahat ay na-wire nang tama.

Una akong bumili ng isang AC power jack, ngunit nagbasa ng ilang mga hindi magandang pagsuri sa pagtunaw nito kaya't nagkamali ako ng laki ng mga butas sa front panel. Samakatuwid, dinisenyo ko at 3d na naka-print ang ilang mga jack adapter upang tumugma sa laki ng mga butas na pinutol ko.

Hakbang 10: Pag-mount at Pag-kable ng Mga Ultrasonic Sensor

Sa puntong ito, ang mga laser, servos, brushless motor, at MIDI jack ay konektado sa lahat at maaaring kontrolin ng Arduino. Ang huling hakbang sa hardware ay ang pagkonekta sa mga ultrasonic sensor. Dinisenyo ko at 3d na naka-print ang isang ultrasonic sensor. Pagkatapos ay nag-wire ako at pantay na naka-attach ang mga assemble ng ultrasonic sensor sa tuktok na sheet ng playwud ng generator ng ilaw. Ang wire wire wire ay pinatakbo pababa sa kahon ng electronics sa pamamagitan ng mga butas ng pagbabarena sa sheet ng playwud. Ikinonekta ko ang wire wrap sa mga naaangkop na pin sa Arduino.

Medyo nabigo ako sa pagganap ng ultrasonic sensor. Nagtrabaho sila nang maayos para sa mga distansya sa pagitan ng 1cm - 30cm, ngunit ang pagsukat ng distansya ay napakaingay sa labas ng saklaw na iyon. Upang mapabuti ang signal to noise ratio, sinubukan kong kunin ang panggitna o average ng maraming mga sukat. Gayunpaman, ang signal ay hindi pa rin maaasahan sapat, kaya't natapos ko ang pagtatakda ng cut-off para sa paglalaro ng isang tala o pagbabago ng laser sheet sa 25cm.

Hakbang 11: Pag-program ng Dynamic Laser Vortex

Matapos makumpleto ang lahat ng mga kable at pagpupulong, oras na upang iprograma ang light sheet na aparato! Maraming mga posibilidad, ngunit ang pangkalahatang ideya ay kumuha ng mga input ng mga ultrasonic sensor at magpadala ng mga signal para sa MIDI at pagkontrol sa mga laser at servos. Sa lahat ng mga programa, ang pag-ikot ng plank ay kinokontrol ng pag-on ng potentiometer knob.

Kakailanganin mo ang dalawang aklatan: NewPing at MIDI

Nakalakip ang buong Arduino code.

Pangalawang Gantimpala sa Hamon ng Pag-imbento 2017