Hjertet af en maskine (en lasermikroprojektor): 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Denne instruktør er den åndelige efterfølger til et tidligere eksperiment, hvor jeg byggede en dobbeltakset spejllaserstyringsenhed fra 3D-trykte dele og solenoider.

Denne gang ønskede jeg at blive lille, og jeg var så heldig at finde nogle kommercielt fremstillede laserstyringsmoduler fra et online videnskabeligt overskud. Mit design begyndte at ligne en Dalek, så jeg løb med ideen og lavede en to tommer høj Dalek-inspireret bot, der skyder lasere på dig.

Men det forsøger ikke at udrydde dig-det sender dig bare lidt kærlighed fra sit elektromekaniske hjerte!

Hvis du kan lide dette projekt, skal du stemme på det i optikkonkurrencen!:)

Trin 1: Noget lille fra staten Texas

Maskinens hjerte er et TALP1000B-modul fra Texas Instruments, der beskrives som et "dobbeltakset analogt MEMS-spejl." Dette er lidt af en mundfuld, så lad os bryde det ned:

• Dobbeltakse: Det betyder, at enheden kan vippe i den vandrette og lodrette akse.
• Analog: Hældningen langs en akse styres af en analog spænding, der varierer fra -5 til 5 volt.
• MEMS: Dette står for Micro Electrical Mechanical System, og det betyder, at det er meget lille!
• Pegende spejl: I midten af enheden er et spejl på gimbals; spejlet kan peges et par grader i hver retning, så det kan dirigere laser overalt inden for en kegle på et par grader.

En hurtig gennemgang af databladet viser, at dette er en sofistikeret del. Derudover er der fire styrespoler, der er en lysemitter, fire positionssensorer og en temperatursensor. Selvom vi ikke bruger sensorerne, vil jeg senere dele nogle smukke fotos af en beskadiget TALP1000B på nært hold.

TALP1000B afbrydes, men du kan ikke finde det, du kan selv bygge et meget større laserspejl ved hjælp af de planer, jeg lagde frem i min tidligere Instructable: principperne er nøjagtig de samme, men du skal bygge et liv -størrelse Dalek til at huse den!

Trin 2: Materialekartotek

Følgende er styklisten til dette projekt:

• Et Texas Instruments TALP1000B (udgået)
• Én Arduino Nano
• Én SparkFun -motordriver - Dual TB6612FNG (med overskrifter)
• Et brødbræt
• En trimpot (1kOhms)
• Fire jumperledninger på 2,54 mm til 2 mm
• 0,1 "(2,54 mm) overskrifter
• 3D printer og filament
• Rød laserpeger

TALPB -modulet er det sværeste at finde. Jeg var heldig og hentede et par stykker ved et videnskabeligt overskud.

Du kan stadig finde en TALPB online til ublu priser, men jeg anbefaler ikke at bruge mange penge på dem af følgende grunde:

• De er latterligt skrøbelige, du kan få brug for flere, hvis du bryder nogle.
• De har en lav resonansfrekvens på 100Hz, hvilket betyder, at du ikke kan køre dem hurtigt nok til flimmerfrie lasershows.
• De har en forgyldt overflade, hvilket betyder, at den kun afspejler røde lasere. Dette udelukker at bruge super-lyse grønne lasere eller violette lasere med glød-i-mørke skærme for vedholdenhed.
• Selvom disse dele har positionssensorer, tror jeg ikke, at en Arduino er hurtig nok til at køre dem med en slags positionsfeedback.

Min mening er, at selvom disse dele er utroligt små og præcise, synes de ikke at være praktiske nok til hobbyprojekter. Jeg foretrækker at se samfundet komme med bedre DIY -designs!

Trin 3: Kroppens fremstilling

Jeg modellerede kroppen i OpenSCAD og 3D printede den. Det er en afskåret kegle med en åbning på toppen, en åbning på bagsiden til indsættelse af TALB1000P-modulet og et stort gabende lyshul foran.

Du skinner en laser ind ovenfra, og den reflekteres ud foran. Denne 3D -printede krop ser ikke kun cool ud, men den er også funktionel. Det holder alt på linje og huser det latterligt skrøbelige TALB1000P -modul. Jeg tilføjede kamme og bump for at gøre det lettere at gribe, efter at jeg havde tabt en tidlig prototype og ødelagt et TALB1000P -modul.

Trin 4: De mange måder at knække et hjerte på

TALP1000B er en ekstremt skrøbelig del. Et kort fald eller en uforsigtig berøring vil ødelægge delen (ved et uheld at røre ved den ødelagde jeg mit andet modul). Det er så skrøbeligt, at jeg formoder, at selv et stærkt blik kan dræbe det!

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

Vær forsigtig med at undgå start -stop -transienter, når du starter eller stopper den sinusformede drivspænding. Hvis enheden sætter 50Hz -drivkraften til en spænding, der producerer en stor 50 Hz spejlrotation (4 til 5 grader mekanisk bevægelse), vil spejlet fungere i mange tusinde timer uden problemer, men hvis man slukker sinusdrevets strømforsyning eller op på et tidspunkt, hvor spændingsudgangen er signifikant, sker der et spændingstrin, der ophidser spejlets resonans og kan resultere i ret store rotationsvinkler (nok til at få spejlet til at ramme det keramiske kredsløb, der fungerer som et rotationsstop). Der er to måder at undgå dette: a) Tænd eller sluk kun, når drevspændingen er tæt på nul (vist på tegningen nedenfor), b) reducer sinusdrevets amplitude, før den tændes op eller ned.

Så i bund og grund kan selv at slukke for darn strøm ødelægge det. Åh vey!

Trin 5: Pacemaker -kredsløbet

Driver kredsløbet jeg lavede til det består af en Arduino Nano og dual-channel motor driver.

Selvom motordrivere er lavet til motorer, kan de køre magnetiske spoler lige så let. Når den er tilsluttet en magnetisk spole, forårsager førerens for- og baglænsfunktioner, at spolen får strøm i enten fremad eller bagud.

Spolerne på TALP1000B kræver op til 60mA for at fungere. Dette er ud over de maksimale 40mA, som Arduino kan levere, så brug af en driver er afgørende.

Jeg tilføjede også en trimpotte til mit design, og det giver mig mulighed for at styre amplituden af udgangssignalet. Dette giver mig mulighed for at reducere drevspændingerne til nul, før jeg slukker for kredsløbet, for at undgå de resonanser, databladet advarede mig om.

Trin 6: En driver der ikke virker … og en der gør

For at kontrollere, at mit kredsløb udsendte en jævn bølgeform, skrev jeg et testprogram for at udsende en sinusbølge på X -aksen og en cosinus på Y -aksen. Jeg tilsluttede hvert output af mit drevkredsløb til en to-polære LED'er i serie med en 220 ohm modstand. En bi-polar LED er en særlig slags to-terminal LED, der skinner en farve, når strømmen strømmer i en retning og en anden farve, når strømmen strømmer i den modsatte retning.

Denne testrigg tillod mig at observere farveændringerne og sikre, at der ikke var hurtige ændringer i farve. Lige uden for flagermus observerede jeg lyse blink, da den ene farve falmede ud, og før den anden farve var ved at falme ind.

Problemet var, at jeg havde brugt en L9110 -chip som motordriver. Denne driver har en PWM-hastighedsstift og en retningsstift, men PWM-hastighedskontrolsignalets driftscyklus i fremadgående retning er omvendt af driftscyklussen i omvendt retning.

For at udsende nul, når retningsbitten er fremad, har du brug for en 0% PWM-driftscyklus; men når retningsbiten er omvendt, har du brug for en PWM-driftscyklus på 100% for et output på nul. Dette betyder, at for at udgangen forbliver nul under en retningsændring, skal du ændre både retningen og PWM-værdien på én gang-dette kan ikke ske samtidigt, så uanset hvilken rækkefølge du gør det i, får du spændingsspidser, mens du overgår fra negativ til positiv gennem nul.

Dette tegnede sig for de blink, jeg havde set, og testkredsløbet reddede mig sandsynligvis fra at have ødelagt et andet TALB1000B -modul!

En SparkFun -motordriver redder dagen

Da jeg fandt ud af, at L9110 ikke kunne bruges, besluttede jeg mig for at evaluere SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (som jeg havde vundet i en tidligere instruerbar! Woot!).

På den chip betyder en PWM på hastighedskontrolstiften på 0%, at outputene drives ved 0%, uanset retningen. TB6612FNG har to retningskontrolstifter, der skal vendes for at vende retningen, men med PWM-stiften ved en driftscyklus på nul er det sikkert at gøre det via en mellemliggende tilstand, hvor både In1 og In2 er HØJ-dette sætter føreren til en mellemliggende "kort bremse" -tilstand, der på nogen måde aktiverer spolerne.

Med TB6612FNG var jeg i stand til at få en jævn polaritetsovergang forbi nul uden blink. Succes!

Trin 7: Kørsel af Arduino Sketch og Performance Testing

Nummer to i optikkonkurrencen