Gjenerator Interaktiv i Fletës Laser Me Arduino: 11 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:15

Laserët mund të përdoren për të krijuar efekte vizuale të jashtëzakonshme. Në këtë projekt, unë ndërtova një lloj të ri të ekranit lazer që është interaktiv dhe luan muzikë. Pajisja rrotullohet me dy lazer për të formuar dy fletë drite të ngjashme me vorbullën. Kam përfshirë sensorë të distancës në pajisje në mënyrë që fletët e lazerit të mund të manipulohen duke lëvizur dorën drejt tyre. Ndërsa personi ndërvepron me sensorët, pajisja gjithashtu luan muzikë përmes një dalje MIDI. Ai përfshin ide nga qestet lazer, vorbullat lazer dhe ekranet POV.

Instrumenti kontrollohet me një Arduino Mega që merr hyrjet e sensorëve tejzanor dhe nxjerr llojin e fletës lazer të formuar dhe muzikën e krijuar. Për shkak të shkallëve të shumta të lirisë së lazerëve rrotullues, ka shumë modele të ndryshme të fletëve lazer që mund të krijohen.

Bëra stuhi ideale paraprake për projektin me një grup të ri arti/teknologjie në Shën Louis të quajtur Dodo Flock. Emre Sarbek gjithashtu kreu disa teste fillestare në sensorët e përdorur për të zbuluar lëvizjen pranë pajisjes.

Nëse ndërtoni një pajisje me fletë lazer, ju lutemi mbani mend që të përdorni lazer të sigurt dhe disqe rrotullues.

Përditësimi 2020: Kuptova që sipërfaqja e krijuar me lazer është një hiperboloid.

Hapi 1: Lista e Furnizimit

Materiale

Laser -

Motori pa furça -

Kontrollues elektronik i shpejtësisë -

Servo motorët -

Transistorë

Kompensatë

Pleksiglas

Sensorë tejzanor

Slipring -

LED të bardhë -

Konvertuesit e dollarëve

Teli i mbështjelljes me tela

Lidhës MIDI

Potenciometër dhe çelësa -

Pajisje - https://www.amazon.com/gp/product/B01J7IUBG8/ref=o…https://www.amazon.com/gp/product/B06WLMQZ5N/ref=o…https://www.amazon. com/gp/product/B06XQMBDMX/ref = o…

Rezistencat

Kabllot e lidhësit JST -

Ndërprerës i rrymës AC

Furnizimi me energji 12V -

Ngjitës druri

super ngjites

Vida druri

Kabllo zgjatimi USB -

Mjetet:

Makine per ngjitjen e metalit

Preres telash

Jig pa

Sharrë rrethore

Mikrometër

Stërvitje me energji elektrike

Hapi 2: Vështrim i përgjithshëm dhe skematik

Një rreze lazer krijon një rreze drite të kolimuar mirë (domethënë të ngushtë), kështu që një mënyrë për të prodhuar një fletë drite është lëvizja e shpejtë e rrezes në një model. Për shembull, për të krijuar një fletë cilindrike të dritës, ju do të rrotulloni një lazer rreth një aksi paralel me drejtimin që po tregon. Për të lëvizur shpejt një lazer, mund ta lidhni një lazer në një dërrasë druri të bashkangjitur në një motor DC pa furça. Vetëm me këtë, ju mund të krijoni vorbulla të ftohta cilindrike me lazer!

Projektet e tjera të vorbullave lazer e arrijnë këtë duke montuar një pasqyrë të pjerrët në boshtin e rrotullimit me një lazer të palëvizshëm të drejtuar drejt pasqyrës. Kjo krijon një kon fletë lazer. Sidoqoftë, me këtë dizajn, të gjitha fletët lazer do të duket se vijnë nga një origjinë e vetme. Nëse lazerët janë të pozicionuar jashtë boshtit si me modelin që kam ndërtuar, ju jeni në gjendje të krijoni fletë lazer konvergjente, si forma e orës së rërës të treguar në video.

Por, çfarë nëse dëshironi që fletët e dritës të jenë dinamike dhe interaktive? Për ta arritur këtë, unë bashkova dy lazer në servos dhe pastaj i bashkova servot në dërrasën prej druri. Tani servos mund të rregullojnë këndin e lazerit në lidhje me boshtin e rrotullimit të motorit. Duke pasur dy lazer në dy servos të ndryshëm, mund të krijoni dy fletë të ndryshme të dritës me pajisjen.

Për të kontrolluar shpejtësinë e motorit DC, unë lidha një potenciometër me një Arduino që merr hyrjen e potenometrit dhe nxjerr një sinjal te kontrolluesi i shpejtësisë elektrike (ESC). ESC pastaj kontrollon shpejtësinë e motorit (një emër mjaft i përshtatshëm, po), në varësi të rezistencës së potenciometrit.

Gjendja e ndezjes/fikjes së lazerit kontrollohet duke i lidhur ato me emetuesin e një tranzistori që vepron në ngopje (d.m.th. që vepron si ndërprerës elektrik). Një sinjal kontrolli dërgohet në bazën e tranzistorit i cili kontrollon rrymën përmes lazerit. Këtu është një burim për kontrollin e një ngarkese me një tranzistor me një arduino:

Pozicioni i servos kontrollohet gjithashtu me Arduino. Ndërsa dërrasa rrotullohet, fleta e dritës mund të manipulohet duke ndryshuar pozicionin e servo. Pa ndonjë kontribut të përdoruesit, kjo vetëm mund të krijojë fletë dinamike të dritës që janë hipnotizuese. Ekzistojnë gjithashtu sensorë tejzanor të pozicionuar rreth buzës së pajisjes, të cilët përdoren për të përcaktuar nëse një person po e vendos dorën pranë fletëve të dritës. Ky hyrje përdoret më pas ose për të lëvizur lazerët për të krijuar fletë të reja drite ose për të gjeneruar një sinjal MIDI. Një fole MIDI është e lidhur për të transmetuar sinjalin MIDI në një pajisje luajtëse MIDI.

Hapi 3: Kontrollimi i motorit pa furça me Arduino

Në mënyrë që të krijoni fletë drite të ngjashme me vorbullën, ju duhet të rrotulloni rrezen lazer. Për ta arritur këtë, vendosa të provoj të përdor një motor DC pa furça. Mësova se këto lloje motorësh janë vërtet të popullarizuar me modelet e aeroplanëve dhe dronëve, kështu që kuptova se do të ishte goxha e lehtë për t'u përdorur. Kam hasur në disa pengesa gjatë rrugës, por në përgjithësi jam i kënaqur me mënyrën se si funksionon motori për projektin.

Së pari, motori duhet të montohet. Kam krijuar me porosi një pjesë për të mbajtur motorin dhe për ta bashkangjitur në një tabelë që mban pajisjen. Pasi motori ishte i sigurt, e lidha motorin me ESC. Nga sa lexova, tingëllon vërtet e vështirë të përdorësh një motor pa furça pa një të tillë. Për ta bërë motorin të rrotullohet, kam përdorur një Arduino Mega. Fillimisht, nuk mund ta merrja motorin të rrotullohej sepse thjesht po lidhja sinjalin e kontrollit me 5V ose tokëzim, pa vendosur siç duhet një vlerë bazë ose kalibruar ESC. Unë pastaj ndoqa një mësim Arduino me një potenciometër dhe servo motor, dhe kjo bëri që motori të rrotullohej! Këtu keni një lidhje me tutorialin:

Telat ESC në fakt mund të lidhen në çfarëdo mënyre me motorin pa furça. Ju do të keni nevojë për disa lidhës femra me priza banane. Kabllot më të trasha të kuqe dhe të zeza në ESC janë të lidhura me një furnizim me rrymë DC në 12V, dhe kabllot bardh e zi në lidhësin e kontrollit të ESC janë të lidhur me tokën dhe një kunj kontrolli në Arduino, përkatësisht. Shikoni këtë video për të mësuar se si të kalibroni ESC:

Hapi 4: Ndërtimi i Shasisë së Fletës Laser

Pasi rrotullohet motori, është koha për të ndërtuar shasinë e fletës së lehtë. Unë kam prerë një copë kompensatë duke përdorur një makinë CNC, por ju gjithashtu mund të përdorni një sharrë. Kompensatë mban sensorët tejzanor dhe ka një vrimë në të për të përshtatur një copë pleksiglas. Pleksiglasi duhet të ngjitet në dru duke përdorur epoksi. Vrimat janë shpuar që unaza rrëshqitëse të përshtatet.

Një fletë tjetër rrethore e kompensatës pritet më pas për të mbajtur motorin pa furça. Në këtë fletë druri, vrimat janë shpuar në mënyrë që telat të kalojnë më vonë në ndërtim. Pas bashkimit të montimit të motorit dhe vrimave të shpimit, dy fletët e kompensatës janë bashkangjitur me dërrasa 1x3 të prera rreth 15 cm të gjata dhe kllapa metalike. Në foto, ju mund të shihni se si pleksiglas është mbi motorin dhe lazerët.

Hapi 5: Montimi me lazer dhe servo motor

Fletët e ndryshueshme të dritës krijohen duke lëvizur lazer në lidhje me boshtin e rrotullimit. Unë projektova dhe printova 3d një montim që lidh një lazer në një servo dhe një montim që lidh servo me dërrasën rrotulluese. Së pari lidhni servo në montimin e servo duke përdorur dy vida M2. Pastaj, rrëshqitni një arrë M2 në bazën e lazerit dhe shtrëngoni një vidë të vendosur për ta mbajtur lazerin në vend. Para se të lidhni lazerin me servo, duhet të siguroheni që servo të rrotullohet në pozicionin e tij të punës në qendër. Duke përdorur servo tutorial, drejtojeni servo në 90 gradë. Pastaj montoni lazerin siç tregohet në figurë duke përdorur një vidë. Më duhej të shtoja edhe një copë zam për të siguruar që lazeri të mos zhvendosej pa dashje.

Kam përdorur një prestar lazer për të krijuar dërrasën, e cila ka dimensione rreth 3cm x 20cm. Madhësia maksimale e fletës së dritës do të varet nga madhësia e dërrasës prej druri. Pastaj një vrimë u shpua në qendër të dërrasës në mënyrë që të përshtatet në boshtin e motorit pa furça.

Tjetra unë ngjita montimin lazer-servo në dërrasë në mënyrë që lazerët të ishin në qendër. Sigurohuni që të gjithë përbërësit në dërrasë të jenë të balancuar në lidhje me boshtin e rrotullimit të dërrasës. Lidhni lidhësit JST me lazerët dhe kabllot servo në mënyrë që ato të mund të lidhen me rrëshqitësin në hapin tjetër.

Së fundi, lidhni dërrasën me montimet e servo-lazer të bashkangjitura në motorin pa furça me një rondele dhe arrë. Në këtë pikë, provoni motorin pa furça për t'u siguruar që dërrasa të rrotullohet. Kini kujdes që të mos e vozitni motorin shumë shpejt ose të mos vendosni dorën në rrugën e rrotullimit të dërrasës.

Hapi 6: Instalimi i Slipring

Si të parandaloni që telat të ngatërrohen ndërsa rrotullohen pajisjet elektronike? Një mënyrë është të përdorni një bateri për një furnizim me energji elektrike dhe ta lidhni atë me montimin e tjerrjes, si në këtë udhëzim POV. Një mënyrë tjetër është të përdorni një rrëshqitës! Nëse nuk keni dëgjuar për një hobe ose e keni përdorur më parë, shikoni këtë video të mrekullueshme që tregon se si funksionon.

Së pari, lidhni skajet e tjera të lidhësve JST në rrëshqitësin. Ju nuk dëshironi që telat të jenë shumë të gjatë sepse ka mundësi që ata të kapen në diçka kur dërrasa rrotullohet. Unë e bashkangjita rrëshqitësin me pleksiglasin mbi motorin pa furça duke shpuar në vrima për vida. Kini kujdes të mos plasni pleksiglasin kur shponi. Ju gjithashtu mund të përdorni një prestar lazer për të marrë vrima më të sakta. Pasi të jetë bashkangjitur rrëshqitësi, lidhni lidhëset.

Në këtë pikë, ju mund të lidhni telat e rrëshqitësit me kunjat e një Arduino për të bërë disa teste paraprake me gjeneratorin e fletës lazer.

Hapi 7: Saldimi i pajisjeve elektronike

Kam prerë një bord prototip për të lidhur të gjithë pajisjet elektronike. Për shkak se kam përdorur një furnizim me energji 12V, më duhet të përdor dy konvertues dc-dc: 5V për lazerët, servot, potenciometrin dhe folenë MIDI, dhe 9V për Arduino. Çdo gjë ishte e lidhur siç tregohet në diagram me anë të saldimit ose mbështjelljes së telit. Bordi u lidh më pas me një pjesë të printuar 3D duke përdorur ngërçet e PCD.

Hapi 8: Ndërtimi i Kutisë Elektronike

Të gjitha pajisjet elektronike janë vendosur në një kuti druri. Kam prerë lëndë drusore 1x3 për anët e kutisë dhe kam prerë një hapje të madhe në njërën anë në mënyrë që telat në një panel kontrolli të kalojnë. Anët ishin të lidhura duke përdorur blloqe të vogla druri, zam druri dhe vida. Pasi zamja është tharë, kam lëmuar anët e kutisë për të barazuar të gjitha papërsosmëritë në kuti. Pastaj kam prerë dru të hollë për pjesën e përparme, të pasme dhe të poshtme të kutisë. Pjesa e poshtme ishte gozhduar në anët, dhe pjesa e përparme dhe e pasme ishin ngjitur në kuti. Më në fund, mata dhe prerë vrimat dimensionet e përbërësve në panelin e përparmë të kutisë: priza e kabllit të energjisë, foleja USB, foleja MIDI dhe potenciometri.

Hapi 9: Instalimi i pajisjeve elektronike në kuti

Unë e bashkangjitja furnizimin me energji elektrike në kuti duke përdorur vida, Arduino duke përdorur një montim të krijuar me porosi dhe bordin e qarkut të krijuar në Hapin 7. Potenciometri dhe foleja MIDI u lidhën së pari me tabelën e qarkut duke përdorur tela mbështjellës tela, dhe pastaj ngjitur në Paneli perballe. Foleja AC ishte e lidhur me furnizimin me energji elektrike, dhe dalja DC e furnizimit me energji elektrike ishte e lidhur me hyrjet e konvertuesve dhe kabllove Buck që lidhen me motorin pa furça. Motorët, servo dhe telat lazer kalojnë pastaj përmes një vrime në kompensatë deri në kutinë elektronike. Para se të merresha me sensorët tejzanor, unë testova komponentët individualisht për t'u siguruar që gjithçka ishte e lidhur siç duhet.

Fillimisht bleva një prizë AC, por lexova disa rishikime mjaft të këqija për shkrirjen e saj, kështu që kisha vrima me madhësi të gabuar në panelin e përparmë. Prandaj, unë projektova dhe printova 3d disa adaptorë fole që të përputheshin me madhësinë e vrimave që kam prerë.

Hapi 10: Montimi dhe instalimi i sensorëve tejzanor

Në këtë pikë, lazerët, servos, motori pa furça dhe foleja MIDI janë të gjitha të lidhura dhe mund të kontrollohen nga Arduino. Hapi i fundit harduerik është lidhja e sensorëve tejzanor. Kam projektuar dhe printuar 3D një sensor tejzanor. Më pas i bashkova dhe i bashkova montimet e sensorëve tejzanor në fletën e sipërme të kompensatës së gjeneratorit të fletës së dritës. Teli i mbështjellë me tela u hodh poshtë në kutinë elektronike duke shpuar vrima në fletën e kompensatës. Unë e lidhja mbështjellësin e telit me kunjat e duhura në Arduino.

Isha pak i zhgënjyer me performancën e sensorit tejzanor. Ata punuan mjaft mirë për distancat midis 1cm - 30cm, por matja e distancës është shumë e zhurmshme jashtë këtij diapazoni. Për të përmirësuar raportin e sinjalit ndaj zhurmës, u përpoqa të merrja mesataren ose mesataren e disa matjeve. Sidoqoftë, sinjali nuk ishte ende mjaft i besueshëm, kështu që përfundova duke vendosur kufirin për të luajtur një shënim ose për të ndryshuar fletën e lazerit në 25 cm.

Hapi 11: Programimi i Vorbullës Dinamike të Laserit

Pasi të keni përfunduar të gjitha instalimet elektrike dhe montimi, është koha për të programuar pajisjen me fletë të lehta! Ka shumë mundësi, por ideja e përgjithshme është marrja e hyrjeve të sensorëve tejzanor dhe dërgimi i sinjaleve për MIDI dhe kontrolli i lazerëve dhe servove. Në të gjitha programet, rrotullimi i dërrasës kontrollohet duke rrotulluar çelësin e potenciometrit.

Ju do të keni nevojë për dy biblioteka: NewPing dhe MIDI

Bashkangjitur është kodi i plotë Arduino.

Çmimi i dytë në Sfidën e Shpikjes 2017