Ang Puso ng isang Makina (Isang Laser Micro-Projector): 8 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

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

Ang Instructable na ito ay ang espirituwal na kahalili sa isang naunang eksperimento kung saan nagtayo ako ng isang dual-axis mirror laser pagpipiloto pagpupulong mula sa 3D na naka-print na mga bahagi at solenoids.

Sa oras na ito nais kong pumunta napakaliit at pinalad ako upang makahanap ng ilang mga komersyal na ginawa na mga module ng pagpipiloto laser mula sa isang online na siyentipikong labis na labasan. Ang aking disenyo ay nagsimulang maging katulad ng isang Dalek, kaya't tumakbo ako kasama ang ideya at gumawa ng isang dalawang pulgadang mataas na Dalek na inspirasyon ng bot na pumutok sa iyo ng mga laser.

Ngunit hindi ito sinusubukan na puksain ka-nagpapadala lamang ito sa iyo ng ilang pag-ibig mula sa puso nitong electro-mechanical!

Kung gusto mo ang proyektong ito, mangyaring iboto ito sa Optics Contest!:)

Hakbang 1: Isang Maliit na Bagay Mula sa Estado ng Texas

Ang puso ng makina ay isang module na TALP1000B mula sa Texas Instruments, na inilarawan bilang isang "dual-axis analog MEMS na tumuturo sa salamin." Ito ay lubos na isang bibig, kaya't paghiwalayin natin ito:

• Dual-axis: Nangangahulugan ito na ang aparato ay maaaring ikiling sa pahalang at patayong axis.
• Analog: Ang ikiling kasama ang isang axis ay kinokontrol ng isang analog boltahe, na nag-iiba mula -5 hanggang 5 volts.
• MEMS: Ito ay kumakatawan sa Micro Electrical Mechanical System at nangangahulugan ito na napakaliit nito!
• Pagturo ng salamin: Sa gitna ng aparato ay isang salamin sa mga gimbal; ang salamin ay maaaring maituro ng ilang mga degree sa bawat direksyon, pinapayagan itong magdirekta ng laser kahit saan sa loob ng isang kono ng ilang degree.

Ang isang mabilis na pag-browse sa pamamagitan ng datasheet ay nagpapakita na ito ay isang sopistikadong bahagi. Bilang karagdagan ng apat na mga steering coil, mayroong isang light emitter, apat na mga sensor ng posisyon at isang sensor ng temperatura. Bagaman hindi namin gagamitin ang mga sensor, maya-maya pa ay magbabahagi ako ng ilang mga napakarilag na larawan ng isang nasirang TALP1000B nang malapitan.

Ang TALP1000B ay hindi ipinagpatuloy, ngunit hindi mo ito mahahanap, maaari kang bumuo ng isang mas malaking laser na tumuturo sa salamin gamit ang mga plano na itinakda ko sa aking naunang Instructable: ang mga prinsipyo ay eksaktong pareho, ngunit kailangan mong bumuo ng isang buhay -siyang laki ng Dalek upang maiupahan ito!

Hakbang 2: Bill ng Mga Materyales

Ang sumusunod ay ang bayarin ng mga materyales para sa proyektong ito:

• Isang Instrumentong Texas TALP1000B (hindi na ipinagpatuloy)
• Isang Arduino Nano
• Isang SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (na may mga header)
• Isang tinapay
• Isang trimpot (1kOhms)
• Apat na 2.54mm hanggang 2mm na mga jumper wires
• 0.1 "(2.54mm) na mga header
• 3D printer at filament
• Pulang laser pointer

Ang module ng TALPB ang pinakamahirap hanapin. Napaswerte ako at pumili ng ilan sa isang pang-agham na labasan.

Maaari ka pa ring makahanap ng isang TALPB online sa labis na presyo, ngunit hindi ko inirerekumenda ang paggastos ng maraming pera sa kanila para sa mga sumusunod na kadahilanan:

• Ang mga ito ay katawa-tawa marupok, maaaring kailangan mo ng maraming kung sakaling masira mo ang ilan.
• Mayroon silang isang mababang-ish resonant frequency na 100Hz, na nangangahulugang hindi mo sila maitaboy nang mabilis para sa mga flicker-free laser show.
• Mayroon silang isang ginto na tubog na ibabaw, na nangangahulugang sumasalamin lamang ito ng mga pulang laser. Napapawalang-bisa nito ang paggamit ng super-maliwanag na mga berdeng laser o violet laser na may mga glow-in-the-dark na mga screen para sa pagtitiyaga.
• Habang ang mga bahaging ito ay mayroong mga sensor ng posisyon, sa palagay ko ang isang Arduino ay sapat na mabilis upang himukin ang mga ito sa uri ng posisyong puna.

Ang aking palagay ay habang ang mga bahaging ito ay hindi kapani-paniwala maliit at tumpak, mukhang hindi sapat na praktikal para sa mga proyektong libangan. Mas gugustuhin kong makita ang komunidad na magkaroon ng mas mahusay na mga disenyo ng DIY!

Hakbang 3: Ang Paggawa ng Katawan

In-modelo ko ang katawan sa OpenSCAD at naka-print ito sa 3D. Ito ay isang pinutol na kono na may isang pambungad sa tuktok, isang puwang sa likod para sa pagpasok ng module na TALB1000P at isang malaking nakanganga na light-hole sa harap.

Nag-iilaw ka ng isang laser mula sa itaas at ito ay makikita sa harap. Ang naka-print na 3D na katawan na ito ay hindi lamang mukhang cool, ngunit ito ay gumagana rin. Pinapanatili nito ang lahat na nakahanay at inilalagay ang nakakatawa marupok na module ng TALB1000P. Idinagdag ko ang mga ridges at bumps upang gawing mas madali ang paghawak matapos akong bumagsak ng isang maagang prototype at sirain ang isang module na TALB1000P.

Hakbang 4: Ang Maraming Paraan upang Masira ang isang Puso

Ang TALP1000B ay isang labis na marupok na bahagi. Ang isang maikling pagbagsak o isang pabaya na ugnayan ay masisira ang bahagi (ang hawakan ito nang hindi sinasadya ay kung paano ko nawasak ang aking pangalawang module). Ito ay napakarupok na pinaghihinalaan ko kahit isang malakas na sulyap ay maaaring patayin ito!

Kung ang pisikal na mga panganib ay hindi sapat, ang datasheet ay nagbabalangkas ng isang karagdagang panganib:

Mag-ingat upang maiwasan ang simulan ang paghinto ng mga transient kapag nagsisimula o tumitigil sa boltahe ng sinusoidal drive. Kung i-set ang lakas na 50Hz drive sa isang boltahe na gumagawa ng isang malaking 50 Hz mirror rotation (4 hanggang 5 degree na mekanikal na paggalaw) kung gayon ang salamin ay tatakbo sa loob ng libu-libong oras nang walang problema. Gayunpaman, kung ang isang kapangyarihan ng sine drive power supply down o pataas sa isang oras kung kailan makabuluhan ang output ng boltahe, pagkatapos ay nangyayari ang isang hakbang sa boltahe na magpapasigla sa resonance ng salamin at maaaring magresulta sa medyo malalaking mga anggulo ng pag-ikot (sapat upang mag-hit ang salamin sa ceramic circuit board na nagsisilbing isang hintuan ng pag-ikot). Mayroong dalawang paraan upang maiwasan ito: a) lakas lamang o pababa kapag ang boltahe ng drive ay malapit sa zero (ipinapakita sa pagguhit sa ibaba), b) bawasan ang amplitude ng sine drive bago paandar nang malakas o pababa.

Kaya, karaniwang, kahit na patayin ang darn power ay maaaring mapahamak ito. Oh vey!

Hakbang 5: Ang Pacemaker Circuit

Ang driver circuit na ginawa ko para dito ay binubuo ng isang Arduino Nano at dual-channel driver ng motor.

Bagaman ang mga driver ng motor ay ginawa para sa mga motor, maaari silang humimok ng mga magnetic coil nang mas madali. Kapag na-hook up sa isang magnetic coil, ang pasulong at baligtad na mga pagpapaandar ng driver ay sanhi ng pagpapasigla ng coil sa alinman sa pasulong o baligtad na mga direksyon.

Ang mga coil sa TALP1000B ay nangangailangan ng hanggang sa 60mA upang gumana. Ito ay lampas sa maximum na 40mA na maibibigay ng Arduino, kaya't ang paggamit ng isang driver ay mahalaga.

Nagdagdag din ako ng isang trim pot sa aking disenyo at pinapayagan akong kontrolin ang malawak ng signal ng output. Pinapayagan akong i-dial down ang mga voltages ng drive sa zero bago paandarin ang pag-power off sa circuit, upang maiwasan ang mga resonance na binalaan ako ng datasheet.

Hakbang 6: Isang Driver na Hindi gagana … at Isa Iyon

Upang mapatunayan na ang aking circuit ay naglalabas ng isang makinis na form ng alon, nagsulat ako ng isang programa ng pagsubok upang mag-output ng isang sine wave sa X axis at isang cosine sa Y axis. Kinabit ko ang bawat output ng aking circuit ng drive sa isang bi-polar LEDs sa serye na may resistor na 220 ohm. Ang isang bi-polar LED ay isang espesyal na uri ng two-terminal LED na kumikinang sa isang kulay kapag ang kasalukuyang dumadaloy sa isang direksyon at isa pang kulay kapag ang kasalukuyang dumadaloy sa kabaligtaran na direksyon.

Pinapayagan ako ng pagsubok sa pagsubok na ito na obserbahan ang mga pagbabago sa kulay at matiyak na walang mabilis na pagbabago sa kulay. Kaagad sa bat, napagmasdan ko ang mga maliliwanag na pag-flash habang ang isang kulay ay nawala at bago ang ibang kulay ay malapit nang mawala.

Ang problema ay gumagamit ako ng isang L9110 chip bilang driver ng motor. Ang driver na ito ay mayroong PWM speed pin at isang direction pin, ngunit ang duty-cycle ng PWM speed control signal sa pasulong na direksyon ay ang kabaligtaran ng duty-cycle sa pabalik na direksyon.

Upang mag-output ng zero kapag ang direksyon ng bit ay pasulong, kailangan mo ng isang 0% PWM duty-cycle; ngunit kapag ang direksyon ng direksyon ay baligtad, kailangan mo ng isang PWM duty-cycle na 100% para sa isang output ng zero. Nangangahulugan ito na upang ang output ay mananatiling zero sa panahon ng pagbabago ng direksyon, dapat mong baguhin ang parehong direksyon at halaga ng PWM nang sabay-hindi ito maaaring mangyari nang sabay-sabay, kaya't anuman ang pagkakasunud-sunod na gawin mo ito, nakakakuha ka ng mga spike ng boltahe habang lumilipat mula sa negatibo patungo sa positibo sa pamamagitan ng zero.

Ang accounted na ito para sa mga flashes na nakita ko at marahil ay nai-save ako ng test circuit mula sa pagkawasak ng isa pang module na TALB1000B!

Ang isang SparkFun motor driver ay nagse-save ng araw

Napag-alaman na ang L9110 ay isang walang lakad, nagpasya akong suriin ang SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (na nanalo ako sa isang naunang ma-Instructable! Woot!).

Sa chip na iyon, ang isang PWM sa speed control pin na 0% ay nangangahulugang ang mga output ay hinihimok sa 0%, anuman ang direksyon. Ang TB6612FNG ay may dalawang mga control control pin na dapat na baligtarin upang baligtarin ang direksyon, ngunit sa PWM pin sa isang duty-cycle na zero, ligtas na gawin ito sa pamamagitan ng isang intermediate na estado kung saan ang parehong In1 at In2 ay HIGH-inilalagay nito ang driver sa isang medium na "maikling preno" mode na nagpapalakas ng mga coil sa anumang paraan.

Sa TB6612FNG, nakakuha ako ng makinis na paglipat ng polarity nakaraang zero nang walang anumang pag-flash. Tagumpay!

Hakbang 7: Pagpapatakbo ng Arduino Sketch at Pagsubok sa Pagganap

Runner Up sa Paligsahan sa Optics