Сердце машины (лазерный микропроектор): 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Эта инструкция является духовным преемником более раннего эксперимента, в котором я построил двухосный зеркальный лазерный рулевой узел из деталей и соленоидов, напечатанных на 3D-принтере.

На этот раз я хотел стать крошечным, и мне посчастливилось найти несколько коммерческих модулей лазерного управления в интернет-магазине научных излишков. Мой дизайн начал напоминать далеков, поэтому я поддержал эту идею и сделал двухдюймового бота в стиле далеков, который стреляет в вас лазерами.

Но он не пытается вас истребить - он просто посылает вам немного любви из своего электромеханического сердца!

Если вам понравился этот проект, проголосуйте за него в Конкурсе оптики!:)

Шаг 1. Что-то маленькое из штата Техас

Сердцем машины является модуль TALP1000B от Texas Instruments, который описывается как «двухосевое аналоговое указывающее зеркало МЭМС». Это довольно сложно, поэтому давайте разберемся с ним:

• Двойная ось: это означает, что устройство может наклоняться по горизонтальной и вертикальной оси.
• Аналоговый: наклон по оси регулируется аналоговым напряжением в диапазоне от -5 до 5 вольт.
• МЭМС: это сокращение от «Микро-электрическая механическая система», и это означает, что она очень крошечная!
• Направляющее зеркало: в центре устройства находится зеркало на карданном подвесе; зеркало можно направить на несколько градусов в каждом направлении, что позволяет направлять лазер в любом месте в пределах конуса в несколько градусов.

Быстрый просмотр таблицы данных показывает, что это сложная деталь. Кроме четырех рулевых катушек, имеется излучатель света, четыре датчика положения и датчик температуры. Хотя мы не будем использовать датчики, позже я поделюсь некоторыми великолепными фотографиями поврежденного TALP1000B вблизи.

TALP1000B снят с производства, но вы не можете его найти, вы можете построить гораздо большее лазерное наводящее зеркало самостоятельно, используя планы, которые я изложил в моем предыдущем Руководстве: принципы точно такие же, но вам нужно построить жизнь. размером с далек, чтобы разместить его!

Шаг 2: Спецификация материалов

Ниже приводится перечень материалов для этого проекта:

• One Texas Instruments TALP1000B (снято с производства)
• Один Arduino Nano
• Один драйвер двигателя SparkFun - двойной TB6612FNG (с заголовками)
• Один макет
• Один подстроечный резистор (1 кОм)
• Четыре перемычки от 2,54 мм до 2 мм
• Заголовки 0,1 дюйма (2,54 мм)
• 3D-принтер и нить
• Красная лазерная указка

Модуль TALPB найти сложнее всего. Мне повезло, и я купил несколько штук в магазине излишков научных товаров.

Вы все еще можете найти TALPB в Интернете по непомерным ценам, но я не рекомендую тратить на них много денег по следующим причинам:

• Они до смешного хрупкие, на случай, если вы сломаете их, вам может понадобиться несколько.
• Они имеют низкую резонансную частоту 100 Гц, что означает, что вы не можете управлять ими достаточно быстро для лазерных шоу без мерцания.
• У них позолоченная поверхность, что означает, что они отражают только красные лазеры. Это исключает использование сверхъярких зеленых лазеров или фиолетовых лазеров со светящимися в темноте экранами для сохранения изображения.
• Хотя в этих деталях есть датчики положения, я не думаю, что Arduino достаточно быстра, чтобы управлять ими с помощью какой-то позиционной обратной связи.

Я считаю, что, хотя эти детали невероятно маленькие и точные, они не кажутся достаточно практичными для хобби-проектов. Я бы предпочел, чтобы сообщество придумывало лучший дизайн своими руками!

Шаг 3: Создание тела

Я смоделировал тело в OpenSCAD и распечатал его на 3D-принтере. Это усеченный конус с отверстием вверху, прорезью сзади для установки модуля TALB1000P и большим зияющим световым отверстием спереди.

Вы светите лазером сверху, и он отражается спереди. Этот напечатанный на 3D-принтере корпус не только круто выглядит, но и функционален. В нем все выровнено, и в нем находится до смешного хрупкий модуль TALB1000P. Я добавил выступы и неровности, чтобы упростить захват после того, как я уронил ранний прототип и уничтожил модуль TALB1000P.

Шаг 4: множество способов разбить сердце

TALP1000B - чрезвычайно хрупкая деталь. Короткое падение или неосторожное прикосновение сломают деталь (случайно прикоснувшись к ней, я разрушил свой второй модуль). Он настолько хрупкий, что подозреваю, что даже сильный взгляд может его убить!

Если физических опасностей было недостаточно, в таблице данных указывается дополнительная опасность:

Будьте осторожны, чтобы избежать переходных процессов пуска и остановки при запуске или остановке синусоидального напряжения возбуждения. Если установить мощность привода 50 Гц на напряжение, обеспечивающее большое вращение зеркала на 50 Гц (механическое движение от 4 до 5 градусов), то зеркало будет работать в течение многих тысяч часов без проблем. в то время, когда выходное напряжение является значительным, возникает скачок напряжения, который вызывает резонанс зеркала и может привести к довольно большим углам поворота (достаточным для того, чтобы зеркало ударилось о керамическую печатную плату, которая служит для остановки вращения). Есть два способа избежать этого: а) увеличивать или уменьшать мощность только тогда, когда напряжение возбуждения близко к нулю (показано на рисунке ниже), б) уменьшать амплитуду синусоидального возбуждения перед включением или отключением питания.

Так что, по сути, даже отключение питания может его испортить. Ой, вей!

Шаг 5: Схема кардиостимулятора

Схема драйвера, которую я сделал для него, состоит из Arduino Nano и двухканального драйвера двигателя.

Хотя приводы двигателей предназначены для двигателей, они также легко могут управлять магнитными катушками. При подключении к магнитной катушке прямое и обратное функции драйвера вызывают возбуждение катушки в прямом или обратном направлении.

Для работы катушек на TALP1000B требуется до 60 мА. Это превышает максимальные 40 мА, которые может обеспечить Arduino, поэтому использование драйвера имеет важное значение.

Я также добавил к своему дизайну регулятор подстройки, который позволяет мне контролировать амплитуду выходного сигнала. Это позволяет мне снизить напряжение привода до нуля перед отключением питания схемы, чтобы избежать резонансов, о которых меня предупредила таблица данных.

Шаг 6: Драйвер, который не работает… и тот, который работает

Чтобы убедиться, что моя схема выводит гладкую форму волны, я написал тестовую программу для вывода синусоидальной волны по оси X и косинуса по оси Y. Я подключил каждый выход моей схемы возбуждения к биполярным светодиодам последовательно с резистором 220 Ом. Биполярный светодиод - это особый вид двухполюсного светодиода, который светит одним цветом, когда ток течет в одном направлении, и другим цветом, когда ток течет в противоположном направлении.

Этот испытательный стенд позволил мне наблюдать изменения цвета и убедиться, что нет быстрых изменений цвета. Сразу же я заметил яркие вспышки, когда один цвет угас, прежде чем другой цвет начал исчезать.

Проблема заключалась в том, что я использовал микросхему L9110 в качестве драйвера двигателя. Этот драйвер имеет штифт скорости ШИМ и штифт направления, но рабочий цикл сигнала управления скоростью ШИМ в прямом направлении является инверсией рабочего цикла в обратном направлении.

Для вывода нуля, когда бит направления направлен вперед, вам нужен рабочий цикл ШИМ 0%; но когда бит направления является обратным, вам нужен рабочий цикл ШИМ 100% для нулевого выхода. Это означает, что для того, чтобы выходной сигнал оставался нулевым во время смены направления, вы должны изменить направление и значение ШИМ одновременно - это не может происходить одновременно, поэтому независимо от того, в каком порядке вы это делаете, вы получаете скачки напряжения при переходе от отрицательного к отрицательному. положительный через ноль.

Это объясняет вспышки, которые я видел, и тестовая схема, вероятно, спасла меня от уничтожения другого модуля TALB1000B!

Водитель SparkFun спасает положение

Обнаружив, что L9110 не подходит, я решил оценить драйвер двигателя SparkFun - Dual TB6612FNG (который я выиграл в более ранней версии Instructable! Woot!).

На этом чипе ШИМ на выводе управления скоростью 0% означает, что выходы управляются с 0%, независимо от направления. TB6612FNG имеет два контакта управления направлением, которые необходимо перевернуть, чтобы изменить направление, но с выводом ШИМ с нулевым рабочим циклом, это безопасно сделать через промежуточное состояние, в котором и In1, и In2 находятся в ВЫСОКОМ состоянии - это ставит драйвер в промежуточный режим «короткого торможения», который каким-либо образом возбуждает катушки.

С TB6612FNG мне удалось добиться плавного перехода полярности после нуля без каких-либо вспышек. Успех!

Шаг 7. Запуск скетча Arduino и тестирование производительности

Финалист конкурса оптики