Hjertet av en maskin (en lasermikroprojektor): 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Denne instruksjonsboken er den åndelige etterfølgeren til et tidligere eksperiment der jeg bygde en dobbelakset speillaserstyringsenhet fra 3D-trykte deler og solenoider.

Denne gangen ville jeg bli liten, og jeg var så heldig å finne noen kommersielt produserte laserstyringsmoduler fra et online vitenskapelig overskudd. Designet mitt begynte å ligne en Dalek, så jeg løp med ideen og laget en to-tommers høy Dalek-inspirert bot som skyter lasere på deg.

Men den prøver ikke å utrydde deg-den sender deg bare kjærlighet fra det elektro-mekaniske hjertet!

Hvis du liker dette prosjektet, kan du stemme på det i optikkonkurransen!:)

Trinn 1: Noe lite fra delstaten Texas

Hjertet i maskinen er en TALP1000B-modul fra Texas Instruments, som beskrives som et "to-akset analogt MEMS-speil." Dette er ganske munnfullt, så la oss bryte det ned:

• Dobbelakse: Dette betyr at enheten kan vippe i den horisontale og vertikale aksen.
• Analog: Tiltet langs en akse styres av en analog spenning, som varierer fra -5 til 5 volt.
• MEMS: Dette står for Micro Electrical Mechanical System, og det betyr at det er veldig lite!
• Pekespeil: I midten av enheten er et speil på gimbals; speilet kan pekes noen grader i hver retning, slik at det kan dirigere laser hvor som helst innenfor en kjegle på noen få grader.

En rask bla gjennom databladet viser at dette er en sofistikert del. I tillegg til fire styrespoler er det en lyssender, fire posisjonssensorer og en temperatursensor. Selv om vi ikke kommer til å bruke sensorene, vil jeg senere dele noen flotte bilder av en skadet TALP1000B på nært hold.

TALP1000B er avviklet, men du kan ikke finne det, du kan bygge et mye større laserspeil selv ved å bruke planene jeg la frem i min tidligere Instructable: prinsippene er nøyaktig de samme, men du må bygge et liv -størrelse Dalek til å huse den!

Trinn 2: Materialregning

Følgende er materialforslaget for dette prosjektet:

• Ett Texas Instruments TALP1000B (avviklet)
• En Arduino Nano
• One SparkFun -motordriver - Dual TB6612FNG (med hoder)
• Ett brødbrett
• En trimpot (1kOhms)
• Fire jumperledninger på 2,54 mm til 2 mm
• 0,1 "(2,54 mm) hoder
• 3D -skriver og filament
• Rød laserpeker

TALPB -modulen er den vanskeligste å finne. Jeg var heldig og hentet noen få på et vitenskapelig overskudd.

Du kan fortsatt finne en TALPB online til ublu priser, men jeg anbefaler ikke å bruke mye penger på dem av følgende grunner:

• De er latterlig skjøre, du kan trenge flere hvis du bryter noen.
• De har en lav resonansfrekvens på 100Hz, noe som betyr at du ikke kan kjøre dem raskt nok for flimmerfrie lasershow.
• De har en gullbelagt overflate, noe som betyr at den bare reflekterer røde lasere. Dette utelukker bruk av super-lyse grønne lasere eller fiolette lasere med glød-i-mørke-skjermer for utholdenhet.
• Selv om disse delene har posisjonssensorer, tror jeg ikke at en Arduino er rask nok til å kjøre dem med en slags posisjonell tilbakemelding.

Min mening er at selv om disse delene er utrolig små og nøyaktige, ser det ikke ut til at de er praktiske nok for hobbyprosjekter. Jeg foretrekker å se samfunnet komme med bedre DIY -design!

Trinn 3: Kroppens lag

Jeg modellerte kroppen i OpenSCAD og 3D -utskrift. Det er en avkortet kjegle med en åpning på toppen, et spor på baksiden for å sette inn TALB1000P-modulen og et stort gapende lyshull foran.

Du skinner en laser inn ovenfra, og den reflekteres ut foran. Denne 3D -trykte kroppen ser ikke bare kul ut, men den er også funksjonell. Det holder alt på linje og huser den latterlig skjøre TALB1000P -modulen. Jeg la til rygger og støt for å gjøre det lettere å gripe etter at jeg droppet en tidlig prototype og ødela en TALB1000P -modul.

Trinn 4: De mange måtene å knuse et hjerte

TALP1000B er en ekstremt skjør del. Et kort fall eller en uforsiktig berøring vil ødelegge delen (ved et uhell å berøre den er hvordan jeg ødela den andre modulen). Det er så skjørt at jeg mistenker at selv et sterkt blikk kan drepe det!

Hvis fysiske farer ikke var nok, gir databladet en ekstra fare:

Vær forsiktig så du unngår startstopptransienter når du starter eller stopper den sinusformede drivspenningen. Hvis du setter 50Hz -drivkraften til en spenning som gir en stor speilrotasjon på 50 Hz (4 til 5 grader mekanisk bevegelse), vil speilet fungere i mange tusen timer uten problemer. Hvis du imidlertid slår sinusdriftens strømforsyning ned eller opp på et tidspunkt da spenningsutgangen er signifikant, skjer det et spenningstrinn som vil stimulere speilets resonans og kan resultere i ganske store rotasjonsvinkler (nok til at speilet treffer det keramiske kretskortet som fungerer som rotasjonsstopp). Det er to måter å unngå dette: a) bare slå opp eller ned når drivspenningen er nær null (vist på tegningen nedenfor), b) redusere amplituden til sinusdriften før du slår den opp eller ned.

Så i utgangspunktet kan til og med å slå av strømmen ødelegge den. Oh vey!

Trinn 5: Pacemaker Circuit

Driverkretsen jeg laget for den består av en Arduino Nano og to-kanals motordriver.

Selv om motordrivere er laget for motorer, kan de kjøre magnetiske spoler like enkelt. Når den er koblet til en magnetisk spole, fører fremover- og bakoverfunksjonene til driveren til at spolen får strøm i enten forover eller bakover.

Spolene på TALP1000B krever opptil 60mA for å fungere. Dette er utover den maksimale 40mA som Arduino kan gi, så bruk av en driver er avgjørende.

Jeg har også lagt til en trimpotte i designet mitt, og dette lar meg kontrollere amplituden til utgangssignalet. Dette lar meg skru ned stasjonsspenningene til null før jeg slår av kretsen, for å unngå resonansene som databladet advarte meg om.

Trinn 6: En sjåfør som ikke fungerer … og en som gjør det

For å bekrefte at kretsen min sendte ut en jevn bølgeform, skrev jeg et testprogram for å sende ut en sinusbølge på X -aksen og en cosinus på Y -aksen. Jeg koblet til hver utgang fra min drivkrets til en bi-polare lysdioder i serie med en 220 ohm motstand. En bi-polar LED er en spesiell type to-terminal LED som lyser en farge når strømmen flyter i en retning og en annen farge når strømmen flyter i motsatt retning.

Denne testriggen tillot meg å observere fargeendringene og sikre at det ikke var raske endringer i farge. Rett utenfor flaggermuset observerte jeg lyse blink da den ene fargen bleknet og før den andre fargen var i ferd med å falme inn.

Problemet var at jeg hadde brukt en L9110 -brikke som motordriver. Denne sjåføren har en PWM-hastighetsstift og en retningspinne, men driftssyklusen til PWM-hastighetsstyringssignalet i foroverretningen er omvendt av driftssyklusen i motsatt retning.

For å sende ut null når retningsbiten er fremover, trenger du en driftssyklus på 0% PWM; men når retningsbiten er omvendt, trenger du en PWM-driftssyklus på 100% for en utgang på null. Dette betyr at for at utgangen skal forbli null under en retningsendring, må du endre både retning og PWM-verdi på en gang-dette kan ikke skje samtidig, så uansett hvilken rekkefølge du gjør det i, får du spenningsspisser mens du går over fra negativ til positiv til null.

Dette sto for blitsene jeg hadde sett, og testkretsen reddet meg sannsynligvis fra å ha ødelagt en annen TALB1000B -modul!

En SparkFun -motordriver redder dagen

Da jeg fant ut at L9110 var en no go, bestemte jeg meg for å vurdere SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (som jeg hadde vunnet i en tidligere Instructable! Woot!).

På den brikken betyr en PWM på hastighetskontrollpinnen på 0% at utgangene drives på 0%, uavhengig av retningen. TB6612FNG har to retningskontrollpinner som må vendes for å snu retningen, men med PWM-pinnen ved en driftssyklus på null er det trygt å gjøre det via en mellomliggende tilstand der både In1 og In2 er HØY-dette setter føreren til en mellomliggende "kort brems" -modus som gir spolene energi på noen måte.

Med TB6612FNG klarte jeg å få en jevn polaritetsovergang forbi null uten blink. Suksess!

Trinn 7: Kjøre Arduino Sketch and Performance Testing

Andreplass i optikkonkurransen