หัวใจของเครื่องจักร (A Laser Micro-Projector): 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

คำแนะนำนี้เป็นผู้สืบทอดทางจิตวิญญาณของการทดลองก่อนหน้านี้ซึ่งฉันสร้างชุดประกอบพวงมาลัยเลเซอร์แบบกระจกสองแกนจากชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติและโซลินอยด์

ครั้งนี้ฉันอยากจะทำอะไรเล็กๆ น้อยๆ และฉันก็โชคดีที่ได้พบโมดูลบังคับเลี้ยวด้วยเลเซอร์ที่ผลิตในเชิงพาณิชย์จากแหล่งส่วนเกินทางวิทยาศาสตร์ออนไลน์ การออกแบบของฉันเริ่มคล้ายกับ Dalek ดังนั้นฉันจึงใช้แนวคิดนี้และสร้างบ็อตที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก Dalek สูง 2 นิ้วซึ่งจะยิงเลเซอร์ใส่คุณ

แต่มันไม่ได้พยายามจะกำจัดคุณ แต่มันแค่ส่งความรักจากหัวใจจักรกลไฟฟ้ามาให้คุณ!

หากคุณชอบโปรเจ็กต์นี้ โปรดลงคะแนนให้ในการประกวด Optics!:)

ขั้นตอนที่ 1: สิ่งเล็กน้อยจากรัฐเท็กซัส

หัวใจของเครื่องจักรคือโมดูล TALP1000B จาก Texas Instruments ซึ่งได้รับการอธิบายว่าเป็น “กระจกชี้ตำแหน่ง MEMS อะนาล็อกแบบสองแกน” คำนี้ค่อนข้างกินใจ ดังนั้นเรามาแบ่งกัน:

• แกนคู่: ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์สามารถเอียงในแกนนอนและแนวตั้งได้
• แอนะล็อก: ความเอียงตามแนวแกนควบคุมโดยแรงดันแอนะล็อก ซึ่งมีค่าตั้งแต่ -5 ถึง 5 โวลต์
• MEMS: ย่อมาจาก Micro Electrical Mechanical System และหมายความว่ามันเล็กมาก!
• กระจกชี้: ตรงกลางของอุปกรณ์เป็นกระจกบนไม้กันสั่น สามารถชี้กระจกได้สองสามองศาในแต่ละทิศทาง ทำให้สามารถส่องเลเซอร์ไปที่ใดก็ได้ภายในกรวยไม่กี่องศา

การเรียกดูแผ่นข้อมูลอย่างรวดเร็วแสดงให้เห็นว่านี่เป็นส่วนที่ซับซ้อน นอกจากนี้ คอยล์พวงมาลัยสี่ชุด ยังมีตัวส่งสัญญาณไฟ เซ็นเซอร์ตำแหน่งสี่ตำแหน่ง และเซ็นเซอร์อุณหภูมิ แม้ว่าเราจะไม่ใช้เซ็นเซอร์ แต่ฉันจะแชร์ภาพถ่ายที่สวยงามของ TALP1000B ที่เสียหายในระยะใกล้ในภายหลัง

TALP1000B เลิกผลิตแล้ว แต่คุณหามันไม่เจอ คุณสามารถสร้างกระจกชี้เลเซอร์ที่ใหญ่กว่ามากได้ด้วยตัวเองโดยใช้แผนที่วางไว้ในคำแนะนำก่อนหน้านี้: หลักการก็เหมือนกันทุกประการ แต่คุณต้องสร้างชีวิต - ขนาดดาเล็กถึงบ้าน!

ขั้นตอนที่ 2: รายการวัสดุ

ต่อไปนี้เป็นรายการวัสดุสำหรับโครงการนี้:

• Texas Instruments TALP1000B หนึ่งเครื่อง (ยกเลิกการผลิต)
• Arduino นาโนหนึ่งตัว
• ไดรเวอร์มอเตอร์ SparkFun หนึ่งตัว - TB6612FNG คู่ (พร้อมส่วนหัว)
• หนึ่งเขียงหั่นขนม
• หนึ่งทริมพอท (1kOhms)
• สายจัมเปอร์ 2.54 มม. ถึง 2 มม. สี่เส้น
• ส่วนหัว 0.1" (2.54 มม.)
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติและฟิลาเมนต์
• ตัวชี้เลเซอร์สีแดง

โมดูล TALPB นั้นหายากที่สุด ฉันโชคดีและหยิบขึ้นมาที่ร้านส่วนเกินทางวิทยาศาสตร์

คุณอาจยังคงพบ TALPB ทางออนไลน์ในราคาที่สูงเกินไป แต่ฉันไม่แนะนำให้ใช้เงินเป็นจำนวนมากด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:

• พวกมันเปราะบางอย่างน่าขัน คุณอาจต้องการหลายอันในกรณีที่คุณแตกหัก
• พวกมันมีความถี่เรโซแนนท์ต่ำที่ 100Hz ซึ่งหมายความว่าคุณไม่สามารถขับมันได้เร็วพอสำหรับการแสดงเลเซอร์ที่ไม่มีการสั่นไหว
• พวกเขามีพื้นผิวชุบทอง ซึ่งหมายความว่ามันสะท้อนแสงเลเซอร์สีแดงเท่านั้น กฎนี้ไม่ใช้เลเซอร์สีเขียวสว่างมากหรือเลเซอร์สีม่วงพร้อมหน้าจอเรืองแสงในที่มืดเพื่อความคงอยู่
• แม้ว่าชิ้นส่วนเหล่านี้จะมีเซ็นเซอร์ตำแหน่ง แต่ฉันไม่คิดว่า Arduino จะเร็วพอที่จะขับเคลื่อนพวกมันด้วยการตอบสนองตำแหน่ง

ความคิดเห็นของฉันคือแม้ว่าชิ้นส่วนเหล่านี้จะเล็กและแม่นยำอย่างเหลือเชื่อ แต่ก็ดูเหมือนจะไม่เป็นประโยชน์เพียงพอสำหรับโครงการอดิเรก ฉันอยากเห็นชุมชนมีการออกแบบ DIY ที่ดีกว่านี้!

ขั้นตอนที่ 3: การสร้างร่างกาย

ฉันจำลองร่างกายใน OpenSCAD และพิมพ์ 3 มิติ เป็นทรงกรวยที่ถูกตัดทอนโดยมีช่องเปิดด้านบน ช่องด้านหลังสำหรับใส่โมดูล TALB1000P และช่องแสงขนาดใหญ่ที่ช่องด้านหน้า

คุณฉายแสงเลเซอร์จากด้านบนและสะท้อนออกไปทางด้านหน้า ตัวเครื่องที่พิมพ์ 3 มิตินี้ไม่เพียงแต่ดูเท่ แต่ยังใช้งานได้จริงอีกด้วย ช่วยให้ทุกอย่างอยู่ในแนวเดียวกันและมีโมดูล TALB1000P ที่เปราะบางอย่างน่าขัน ฉันเพิ่มสันเขาและการกระแทกเพื่อให้จับได้ง่ายขึ้นหลังจากที่ฉันทิ้งต้นแบบในช่วงต้นและทำลายโมดูล TALB1000P

ขั้นตอนที่ 4: หลายวิธีที่จะทำลายหัวใจ

TALP1000B เป็นชิ้นส่วนที่บอบบางอย่างยิ่ง การตกหล่นหรือการสัมผัสโดยประมาทจะทำให้ชิ้นส่วนเสียหาย (การแตะโดยไม่ได้ตั้งใจคือวิธีที่ฉันทำลายโมดูลที่สองของฉัน) มันเปราะบางมากจนฉันสงสัยว่าแม้เพียงชำเลืองมองก็อาจฆ่ามันได้!

หากอันตรายทางกายภาพไม่เพียงพอ เอกสารข้อมูลระบุอันตรายเพิ่มเติม:

ระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการหยุดชั่วคราวเมื่อสตาร์ทหรือหยุดแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ไซน์ หากตั้งค่าพลังงานไดรฟ์ 50Hz เป็นแรงดันไฟฟ้าที่สร้างการหมุนกระจกขนาดใหญ่ 50 Hz (การเคลื่อนที่เชิงกล 4 ถึง 5 องศา) กระจกจะทำงานเป็นเวลาหลายพันชั่วโมงโดยไม่มีปัญหา อย่างไรก็ตาม หากแหล่งจ่ายไฟของไดรฟ์ไซน์ลดลงหรือ ขึ้นในเวลาที่แรงดันไฟออกมีนัยสำคัญ จากนั้นจะเกิดขั้นตอนแรงดันไฟฟ้าที่จะกระตุ้นการสะท้อนของกระจกและอาจส่งผลให้มีมุมการหมุนที่ค่อนข้างใหญ่ (เพียงพอที่จะทำให้กระจกชนกับแผงวงจรเซรามิกซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวหยุดการหมุน) มีสองวิธีในการหลีกเลี่ยงสิ่งนี้: a) เปิดเครื่องขึ้นหรือลงเฉพาะเมื่อแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์อยู่ใกล้ศูนย์ (ดังแสดงในภาพวาดด้านล่าง) b) ลดแอมพลิจูดของไดรฟ์ไซน์ก่อนที่จะเปิดเครื่องขึ้นหรือลง

ดังนั้น โดยพื้นฐานแล้ว แม้แต่การปิดอำนาจสาปแช่งก็สามารถทำลายมันได้ โอ้ว!

ขั้นตอนที่ 5: วงจรเครื่องกระตุ้นหัวใจ

วงจรไดรเวอร์ที่ฉันสร้างขึ้นประกอบด้วย Arduino Nano และไดรเวอร์มอเตอร์แบบดูอัลแชนเนล

แม้ว่าตัวขับมอเตอร์จะถูกสร้างขึ้นมาสำหรับมอเตอร์ แต่ก็สามารถขับเคลื่อนคอยล์แม่เหล็กได้อย่างง่ายดายเช่นกัน เมื่อเชื่อมต่อกับขดลวดแม่เหล็ก ฟังก์ชันเดินหน้าและถอยหลังของคนขับจะทำให้ขดลวดได้รับพลังงานในทิศทางไปข้างหน้าหรือถอยหลัง

คอยล์บน TALP1000B ต้องการสูงถึง 60mA เพื่อทำงาน ซึ่งเกินขีดจำกัดสูงสุด 40mA ที่ Arduino สามารถให้ได้ ดังนั้นการใช้ไดรเวอร์จึงเป็นสิ่งจำเป็น

ฉันยังเพิ่ม trim pot ในการออกแบบของฉันด้วย ซึ่งช่วยให้ฉันควบคุมแอมพลิจูดของสัญญาณเอาท์พุตได้ ซึ่งช่วยให้ฉันลดแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ลงเป็นศูนย์ก่อนที่จะปิดวงจร เพื่อหลีกเลี่ยงเสียงสะท้อนที่แผ่นข้อมูลเตือนฉัน

ขั้นตอนที่ 6: ไดรเวอร์ที่ใช้งานไม่ได้… และไดรเวอร์ที่ใช้งานได้

เพื่อตรวจสอบว่าวงจรของฉันแสดงรูปคลื่นที่ราบรื่น ฉันได้เขียนโปรแกรมทดสอบเพื่อส่งสัญญาณคลื่นไซน์บนแกน X และโคไซน์บนแกน Y ฉันต่อเอาท์พุตของวงจรไดรฟ์แต่ละอันเข้ากับไฟ LED สองขั้วแบบอนุกรมที่มีตัวต้านทาน 220 โอห์ม LED สองขั้วเป็น LED สองขั้วชนิดพิเศษที่ส่องแสงสีหนึ่งเมื่อกระแสไหลไปในทิศทางเดียวและอีกสีหนึ่งเมื่อกระแสไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม

อุปกรณ์ทดสอบนี้อนุญาตให้ฉันสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสีและตรวจดูให้แน่ใจว่าไม่มีการเปลี่ยนสีอย่างรวดเร็ว ทันทีที่ค้างคาว ฉันสังเกตเห็นแสงวาบเป็นสีหนึ่งจางหายไปและก่อนที่สีอื่นจะค่อยๆ จางลง

ปัญหาคือฉันใช้ชิป L9110 เป็นไดรเวอร์มอเตอร์ ไดรเวอร์นี้มีพินความเร็ว PWM และพินทิศทาง แต่วัฏจักรหน้าที่ของสัญญาณควบคุมความเร็ว PWM ในทิศทางไปข้างหน้านั้นผกผันของรอบการทำงานในทิศทางย้อนกลับ

ในการส่งออกเป็นศูนย์เมื่อบิตทิศทางไปข้างหน้า คุณต้องมีรอบการทำงาน 0% PWM; แต่เมื่อบิตทิศทางกลับด้าน คุณต้องมีรอบการทำงาน PWM ที่ 100% สำหรับเอาต์พุตที่ศูนย์ ซึ่งหมายความว่าเพื่อให้เอาต์พุตยังคงเป็นศูนย์ในระหว่างการเปลี่ยนทิศทาง คุณต้องเปลี่ยนทั้งทิศทางและค่า PWM ในครั้งเดียว ซึ่งไม่สามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้ ดังนั้น ไม่ว่าคุณจะเรียงลำดับอย่างไร แรงดันไฟฟ้าจะพุ่งสูงขึ้นในขณะที่เปลี่ยนจากค่าลบเป็น บวกผ่านศูนย์

นี่เป็นสาเหตุของการกะพริบที่ฉันเห็นและวงจรทดสอบอาจช่วยฉันจากการทำลายโมดูล TALB1000B อื่น!

ไดรเวอร์ SparkFun ช่วยชีวิต

เมื่อพบว่า L9110 ทำไม่ได้ ฉันจึงตัดสินใจประเมิน SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (ซึ่งฉันชนะใน Instructable ก่อนหน้านี้! Woot!)

บนชิปนั้น PWM บนพินควบคุมความเร็ว 0% หมายความว่าเอาต์พุตถูกขับเคลื่อนที่ 0% โดยไม่คำนึงถึงทิศทาง TB6612FNG มีพินควบคุมสองทิศทางที่ต้องพลิกเพื่อกลับทิศทาง แต่ด้วยพิน PWM ที่รอบการทำงานเป็นศูนย์ สามารถทำได้อย่างปลอดภัยผ่านสถานะกลางซึ่งทั้ง In1 และ In2 อยู่ในระดับสูง คนขับจะเข้าสู่โหมด "เบรกสั้น" ระดับกลางที่คอยส่งพลังงานให้กับคอยล์ในทุกวิถีทาง

ด้วย TB6612FNG ฉันจึงสามารถเปลี่ยนขั้วได้อย่างราบรื่นผ่านศูนย์โดยไม่ต้องกะพริบ ความสำเร็จ!

ขั้นตอนที่ 7: การรัน Arduino Sketch และการทดสอบประสิทธิภาพ

รองชนะเลิศการประกวดเลนส์