Hjärtat i en maskin (en lasermikroprojektor): 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

This Instructable är den andliga efterföljaren till ett tidigare experiment där jag byggde en dubbelaxlad spegellaserstyrning av 3D-tryckta delar och solenoider.

Den här gången ville jag bli liten och jag hade turen att hitta kommersiellt tillverkade laserstyrningsmoduler från ett vetenskapligt överskott på nätet. Min design började likna en Dalek, så jag sprang med idén och gjorde en två tum hög Dalek-inspirerad bot som skjuter lasrar på dig.

Men det försöker inte utrota dig-det är bara att skicka lite kärlek från sitt elektromekaniska hjärta!

Om du gillar det här projektet kan du rösta på det i optiktävlingen!:)

Steg 1: Något litet från delstaten Texas

Hjärtat i maskinen är en TALP1000B-modul från Texas Instruments, som beskrivs som en "dubbelaxlig analog MEMS-spegel." Det här är ganska tungt, så låt oss bryta ner det:

• Dubbelaxel: Detta innebär att enheten kan luta i den horisontella och vertikala axeln.
• Analog: Lutningen längs en axel styrs av en analog spänning som varierar från -5 till 5 volt.
• MEMS: Detta står för Micro Electrical Mechanical System och det betyder att det är väldigt litet!
• Pekspegel: I mitten av enheten finns en spegel på gimbal; spegeln kan spetsas några grader i varje riktning, så att den kan rikta laser var som helst inom en kon på några grader.

En snabbbläddring genom databladet visar att detta är en sofistikerad del. Förutom fyra styrspolar finns det en ljussändare, fyra lägesgivare och en temperatursensor. Även om vi inte kommer att använda sensorerna, kommer jag senare att dela några underbara bilder på en skadad TALP1000B på nära håll.

TALP1000B har avbrutits, men du kan inte hitta den, du kan bygga en mycket större laserspegel själv med hjälp av de planer som jag lade fram i min tidigare instruerbara: principerna är exakt desamma, men du måste bygga ett liv -storlek Dalek att hysa den!

Steg 2: Materialförteckning

Följande är materialförslaget för detta projekt:

• Ett Texas Instruments TALP1000B (utgått)
• En Arduino Nano
• One SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (med rubriker)
• En brödbräda
• En trimpot (1kOhms)
• Fyra bygeltrådar på 2,54 mm till 2 mm
• 0,1 "(2,54 mm) rubriker
• 3D -skrivare och filament
• Röd laserpekare

TALPB -modulen är den svåraste att hitta. Jag hade tur och hämtade några vid ett vetenskapligt överskott.

Du kan fortfarande hitta en TALPB online till orimliga priser, men jag rekommenderar inte att spendera mycket pengar på dem av följande skäl:

• De är löjligt sköra, du kan behöva flera om du bryter några.
• De har en låg resonansfrekvens på 100Hz, vilket innebär att du inte kan köra dem tillräckligt snabbt för flimmerfria lasershower.
• De har en guldpläterad yta, vilket betyder att den bara speglar röda lasrar. Detta utesluter att använda superklara gröna lasrar eller violetta lasrar med glöd-i-mörker-skärmar för uthållighet.
• Även om dessa delar har positionssensorer, tror jag inte att en Arduino är tillräckligt snabb för att driva dem med slags lägesåterkoppling.

Min uppfattning är att även om dessa delar är otroligt små och exakta, verkar de inte vara praktiska nog för hobbyprojekt. Jag skulle föredra att se samhället komma med bättre DIY -design!

Steg 3: Kroppens skapande

Jag modellerade kroppen i OpenSCAD och 3D -utskrift. Det är en stympad kon med en öppning på ovansidan, en slits på baksidan för att sätta in TALB1000P-modulen och ett stort gapande ljushål framtill.

Du lyser in en laser uppifrån och det reflekteras utifrån. Den här 3D -tryckta kroppen ser inte bara cool ut, den är också funktionell. Det håller allt i linje och rymmer den löjligt sköra TALB1000P -modulen. Jag lade till åsarna och stötarna för att göra det lättare att greppa efter att jag tappade en tidig prototyp och förstörde en TALB1000P -modul.

Steg 4: De många sätten att bryta ett hjärta

TALP1000B är en extremt ömtålig del. Ett kort fall eller en slarvig beröring kommer att förstöra delen (av misstag att röra den är hur jag förstörde min andra modul). Den är så ömtålig att jag misstänker att även en stark blick kan döda den!

Om fysiska faror inte var tillräckliga ger databladet ytterligare en fara:

Var försiktig så att du undviker startstopptransienter när du startar eller stoppar sinusformad drivspänning. Om du ställer in 50Hz -drivkraften till en spänning som ger en stor spegelrotation på 50 Hz (4 till 5 grader mekanisk rörelse), kommer spegeln att fungera i många tusen timmar utan problem. upp vid en tidpunkt då spänningsutgången är signifikant, inträffar ett spänningssteg som exciterar spegelns resonans och kan resultera i ganska stora rotationsvinklar (tillräckligt för att få spegeln att träffa det keramiska kretskortet som fungerar som ett rotationsstopp). Det finns två sätt att undvika detta: a) Slå bara på eller av när drivspänningen är nära noll (visas i ritningen nedan), b) minska sinusamplituden innan du slår på eller ner.

Så i princip kan till och med att stänga av jävla kraft förstöra den. Åh va!

Steg 5: Pacemakerkretsen

Drivkretsen jag skapade för den består av en Arduino Nano och tvåkanals motorförare.

Även om motorförare är gjorda för motorer, kan de köra magnetspolar lika enkelt. När den är ansluten till en magnetisk spole, orsakar förarens framåt- och bakåtfunktioner att spolen aktiveras i antingen framåt eller bakåt.

Spolarna på TALP1000B kräver upp till 60mA för att fungera. Detta är bortom den maximala 40mA som Arduino kan ge, så det är viktigt att använda en drivrutin.

Jag lade också till en trimpott i min design och det här låter mig styra amplituden för utsignalen. Detta gör att jag kan sänka drivspänningarna till noll innan jag stänger av kretsen, för att undvika de resonanser som databladet varnade mig för.

Steg 6: En förare som inte fungerar … och en som gör det

För att verifiera att min krets matade ut en jämn vågform skrev jag ett testprogram för att mata ut en sinusvåg på X -axeln och en cosinus på Y -axeln. Jag kopplade upp varje utgång från min drivkrets till tvåpolära lysdioder i serie med ett 220 ohm motstånd. En bipolär lysdiod är en speciell typ av två-terminal LED som lyser en färg när strömmen flyter i en riktning och en annan färg när strömmen flyter i motsatt riktning.

Denna testrigg tillät mig att observera färgförändringarna och se till att det inte skedde några snabba färgförändringar. Strax från fladdermusen såg jag ljusa blixtar när den ena färgen bleknade och innan den andra färgen var på väg att blekna.

Problemet var att jag hade använt ett L9110 -chip som motorförare. Denna förare har en PWM-hastighetsstift och en riktningsstift, men PWM-hastighetskontrollsignalens drifttid i framåtriktningen är inversen av arbetscykeln i omvänd riktning.

För att mata ut noll när riktningsbiten är framåt behöver du en 0% PWM-arbetscykel; men när riktningsbiten är omvänd behöver du en PWM-arbetscykel på 100% för en utgång på noll. Detta betyder att för att utgången ska förbli noll under en riktningsändring måste du ändra både riktning och PWM-värde på en gång-detta kan inte hända samtidigt, så oavsett vilken ordning du gör det får du spänningspikar när du övergår från negativ till positivt genom noll.

Detta svarade för de blixtar jag hade sett och testkretsen förmodligen räddade mig från att ha förstört en annan TALB1000B -modul!

En SparkFun -motorförare räddar dagen

När jag upptäckte att L9110 var en no go, bestämde jag mig för att utvärdera SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (som jag hade vunnit i en tidigare instruerbar! Woot!).

På det chipet betyder en PWM på hastighetskontrollnålen 0% att utgångarna drivs med 0%, oavsett riktning. TB6612FNG har två riktningskontrollstift som måste vändas för att vända riktningen, men med PWM-stiftet vid en arbetscykel på noll är det säkert att göra det via ett mellanläge där både In1 och In2 är HÖG-detta sätter föraren till ett mellanliggande "kort broms" -läge som gör att spolarna aktiveras på något sätt.

Med TB6612FNG kunde jag få en smidig polaritetsövergång förbi noll utan några blixtar. Framgång!

Steg 7: Kör Arduino Sketch and Performance Testing

Tvåa i optiktävlingen