Srdce stroje (laserový mikroprojektor): 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento Instructable je duchovním nástupcem dřívějšího experimentu, kde jsem sestrojil sestavu dvouosého zrcadlového laserového řízení z 3D tištěných dílů a solenoidů.

Tentokrát jsem chtěl jít maličký a měl jsem to štěstí, že jsem našel nějaké komerčně vyráběné moduly laserového řízení z online přebytku vědecké přebytky. Můj návrh začal připomínat Daleka, a tak jsem se s touto myšlenkou rozběhl a vytvořil dva palce vysokého bota inspirovaného Dalekem, který na vás střílí lasery.

Ale nesnaží se vás vyhladit-jen vám posílá trochu lásky ze svého elektromechanického srdce!

Pokud se vám tento projekt líbí, hlasujte pro něj v Optické soutěži!:)

Krok 1: Něco malého ze státu Texas

Srdcem stroje je modul TALP1000B od společnosti Texas Instruments, který je popisován jako „dvouosé analogové polohovací zrcadlo MEMS“. To je docela sousto, pojďme to tedy rozebrat:

• Dvouosé: To znamená, že se zařízení může naklánět v horizontální i vertikální ose.
• Analogový: Náklon podél osy je řízen analogovým napětím v rozmezí od -5 do 5 voltů.
• PAMĚTI: To je zkratka pro Micro Electrical Mechanical System a znamená to, že je velmi malý!
• Polohovací zrcátko: Ve středu zařízení je zrcadlo na kardanech; zrcadlo lze namířit o několik stupňů v každém směru, což mu umožňuje směrovat laser kamkoli do kuželu několika stupňů.

Rychlé procházení datového listu ukazuje, že se jedná o propracovanou část. Kromě čtyř cívek řízení je zde světelný vysílač, čtyři snímače polohy a teplotní senzor. Ačkoli nebudeme používat senzory, později se podělím o nádherné fotografie poškozeného TALP1000B zblízka.

TALP1000B je ukončen, ale nemůžete ho najít, můžete si sami postavit mnohem větší zrcadlo pro laserové ukazování podle plánů, které jsem stanovil ve svém dřívějším Instructable: principy jsou úplně stejné, ale budete si muset vybudovat život -velikost Dalek to ubytovat!

Krok 2: Kusovník

Následuje kusovník tohoto projektu:

• One Texas Instruments TALP1000B (zrušen)
• Jedno Arduino Nano
• Jeden ovladač motoru SparkFun - duální TB6612FNG (se záhlavími)
• Jedno prkénko
• Jeden trimpot (1 kOhms)
• Čtyři propojovací vodiče 2,54 mm až 2 mm
• Záhlaví 0,1 "(2,54 mm)
• 3D tiskárna a filament
• Červené laserové ukazovátko

Nejtěžší je najít modul TALPB. Měl jsem štěstí a několik jsem jich vybral ve vědeckém přebytku.

Stále můžete najít TALPB online za přemrštěné ceny, ale nedoporučuji za ně utrácet mnoho peněz z následujících důvodů:

• Jsou směšně křehké, možná jich budete potřebovat několik v případě, že některé rozbijete.
• Mají nízkou rezonanční frekvenci 100 Hz, což znamená, že je nemůžete řídit dostatečně rychle pro laserové show bez blikání.
• Mají pozlacený povrch, což znamená, že odráží pouze červené lasery. To vylučuje použití super-jasně zelených laserů nebo fialových laserů se zářivými obrazovkami pro trvalost.
• Zatímco tyto části mají snímače polohy, nemyslím si, že by Arduino bylo dostatečně rychlé, aby je pohánělo jakousi polohovou zpětnou vazbou.

Můj názor je, že ačkoli jsou tyto části neuvěřitelně malé a přesné, nezdají se být dostatečně praktické pro hobby projekty. Rád bych viděl, jak komunita přichází s lepšími designy pro kutily!

Krok 3: Tvorba těla

Tělo jsem vymodeloval v OpenSCADu a 3D vytiskl. Jedná se o komolý kužel s otvorem nahoře, otvorem na zadní straně pro vložení modulu TALB1000P a velkou zející světelnou dírou vpředu.

Svítíte laserem shora a odráží se vpředu. Toto 3D vytištěné tělo nejen skvěle vypadá, ale je také funkční. Udržuje vše zarovnané a obsahuje směšně křehký modul TALB1000P. Poté, co jsem upustil raný prototyp a zničil modul TALB1000P, jsem přidal hřebeny a hrboly, aby bylo snazší uchopení.

Krok 4: Mnoho způsobů, jak zlomit srdce

TALP1000B je extrémně křehká součást. Krátký pád nebo neopatrný dotek část zničí (omylem se dotknu toho, jak jsem zničil svůj druhý modul). Je to tak křehké, že mám podezření, že i silný pohled by to mohl zabít!

Pokud fyzická nebezpečí nestačila, datový list vysvětluje další nebezpečí:

Při spouštění nebo zastavování napětí sinusového pohonu dbejte na to, abyste se vyhnuli přechodovým jevům start stop. Pokud nastaví výkon pohonu 50 Hz na napětí, které vytváří velkou rotaci zrcadla 50 Hz (mechanický pohyb 4 až 5 stupňů), pak bude zrcátko fungovat mnoho tisíc hodin bez problémů. Pokud však někdo vypne napájení napájecího zdroje sinusového pohonu nebo až v době, kdy je napěťový výstup významný, pak dojde k napěťovému kroku, který rozruší rezonanci zrcadla a může mít za následek poměrně velké úhly natočení (dost na to, aby zrcadlo narazilo na desku s keramickými obvody, která slouží jako zastavení otáčení). Existují dva způsoby, jak tomu zabránit: a) napájení nahoru nebo dolů pouze tehdy, je -li napětí měniče téměř nulové (znázorněno na obrázku níže), b) před zapnutím nebo vypnutím snižte amplitudu sinusového pohonu.

Takže v zásadě i vypnutí té zatracené energie to může zničit. Ach jo!

Krok 5: Obvod kardiostimulátoru

Obvod ovladače, který jsem pro něj vytvořil, se skládá z Arduino Nano a dvoukanálového ovladače motoru.

Přestože jsou ovladače motorů pro motory vyrobeny, mohou stejně snadno pohánět magnetické cívky. Po připojení k magnetické cívce způsobí funkce dopředného a zpětného chodu budiče napájení cívky buď ve směru vpřed, nebo vzad.

Cívky na TALP1000B vyžadují k provozu až 60 mA. To přesahuje maximum 40 mA, které může Arduino poskytnout, takže použití ovladače je zásadní.

Také jsem do svého návrhu přidal trimovací hrnec a to mi umožňuje ovládat amplitudu výstupního signálu. To mi umožňuje vypnout napětí měniče na nulu před vypnutím obvodu, abych se vyhnul rezonancím, na které mě varoval datový list.

Krok 6: Ovladač, který nebude fungovat … a který bude fungovat

Abych ověřil, že můj obvod produkuje hladký průběh, napsal jsem testovací program pro výstup sinusové vlny na ose X a kosinu na ose Y. Každý výstup svého hnacího obvodu jsem připojil k bipolárním LED diodám v sérii s odporem 220 ohmů. Bipolární LED je speciální druh dvoukoncových LED diod, které svítí jednou barvou, když proud teče jedním směrem, a jinou barvou, když proud teče opačným směrem.

Toto testovací zařízení mi umožnilo pozorovat změny barev a zajistit, aby nedocházelo k rychlým změnám barvy. Hned po netopýru jsem pozoroval jasné záblesky, jak jedna barva vybledla a než se druhá barva chystala vyblednout.

Problém byl v tom, že jsem jako ovladač motoru používal čip L9110. Tento ovladač má kolík rychlosti PWM a směrový kolík, ale pracovní cyklus signálu řízení rychlosti PWM v dopředném směru je inverzní k pracovnímu cyklu v opačném směru.

K výstupu nuly, když je směrový bit vpřed, potřebujete pracovní cyklus 0% PWM; ale když je směrový bit obrácený, potřebujete pro nulový výstup pracovní cyklus PWM 100%. To znamená, že aby výstup zůstal při změně směru nulový, musíte změnit směr i hodnotu PWM najednou-to se nemůže stát současně, takže bez ohledu na to, v jakém pořadí to děláte, dostanete napěťové špičky při přechodu z negativního na pozitivní přes nulu.

To odpovídalo zábleskům, které jsem viděl, a testovací obvod mě pravděpodobně zachránil před zničením dalšího modulu TALB1000B!

Řidič motoru SparkFun zachrání den

Když jsem zjistil, že L9110 není problém, rozhodl jsem se vyhodnotit SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (který jsem vyhrál v dřívějším Instructable! Woot!).

Na tomto čipu PWM na kolíku řízení rychlosti 0% znamená, že výstupy jsou poháněny 0%, bez ohledu na směr. TB6612FNG má dva kolíky pro ovládání směru, které je třeba překlopit, aby se obrátil směr, ale s kolíkem PWM při nulovém pracovním cyklu to lze bezpečně provést v přechodném stavu, ve kterém jsou In1 i In2 VYSOKÉ-to dává řidič přejde do přechodného režimu „krátké brzdy“, který jakkoli napájí cívky.

S TB6612FNG jsem byl schopen dosáhnout plynulého přechodu polarity za nulu bez záblesků. Úspěch!

Krok 7: Spuštění skici Arduino a testování výkonu

Druhé místo v soutěži Optics