Srdce stroja (laserový mikroprojektor): 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento návod je duchovným nástupcom predchádzajúceho experimentu, kde som zostavu dvojosového zrkadlového laserového riadenia zostrojil z 3D tlačených dielov a solenoidov.

Tentokrát som chcel ísť na drobno a mal som to šťastie, že som našiel nejaké komerčne vyrábané moduly laserového riadenia z online prebytku vedy. Môj návrh začal pripomínať Daleka, a tak som sa s touto myšlienkou rozbehol a vyrobil som dva palce vysokého robota inšpirovaného Dalekom, ktorý na vás strieľa laserom.

Ale nesnaží sa vás vyhladiť-iba vám posiela lásku z elektromechanického srdca!

Ak sa vám tento projekt páči, hlasujte zaň v súťaži o optiku!:)

Krok 1: Niečo malé zo štátu Texas

Srdcom stroja je modul TALP1000B od spoločnosti Texas Instruments, ktorý je opísaný ako „dvojosové analógové polohovacie zrkadlo MEMS“. To je celkom sústo, takže to rozoberieme:

• Dvojosá: To znamená, že sa zariadenie môže nakláňať v horizontálnej aj vertikálnej osi.
• Analógový: Naklonenie pozdĺž osi je riadené analógovým napätím, ktoré sa pohybuje od -5 do 5 voltov.
• MEMS: To znamená mikroelektrický mechanický systém a znamená to, že je veľmi malý!
• Ukazovacie zrkadlo: V strede zariadenia je zrkadlo na kardanoch; zrkadlo je možné nasmerovať o niekoľko stupňov v každom smere, čo mu umožňuje nasmerovať laser kdekoľvek do kužeľa niekoľkých stupňov.

Rýchle prechádzanie údajovým listom ukazuje, že ide o prepracovanú časť. Okrem štyroch cievok riadenia je tu aj svetelný vysielač, štyri snímače polohy a snímač teploty. Aj keď nebudeme používať snímače, neskôr sa s vami podelím o nádherné fotografie poškodeného TALP1000B.

Zariadenie TALP1000B je prerušené, ale nemôžete ho nájsť, oveľa väčšie zrkadlo s laserovým ukazovaním by ste mohli postaviť sami pomocou plánov, ktoré som uviedol v mojom predchádzajúcom pokyne: princípy sú úplne rovnaké, ale potrebujete život. -veľká veľkosť, Dalek, aby to ubytoval!

Krok 2: Kusovník

Nasleduje zoznam materiálov tohto projektu:

• One Texas Instruments TALP1000B (zrušené)
• Jedno Arduino Nano
• Jeden ovládač motora SparkFun - duálny TB6612FNG (s hlavičkami)
• Jedna doska na chlieb
• Jeden trimpot (1 kOhms)
• Štyri prepojovacie vodiče 2,54 mm až 2 mm
• Záhlavia 0,1 "(2,54 mm)
• 3D tlačiareň a filament
• Červené laserové ukazovátko

Najťažšie je nájsť modul TALPB. Mal som šťastie a niekoľko som vybral vo vedeckom prebytku.

Stále môžete nájsť TALPB online za premrštené ceny, ale neodporúčam naň míňať veľa peňazí z nasledujúcich dôvodov:

• Sú smiešne krehké, možno ich budete potrebovať niekoľko v prípade, že niektoré pokazíte.
• Majú nízku rezonančnú frekvenciu 100 Hz, čo znamená, že ich nemôžete voziť dostatočne rýchlo na to, aby ste mohli bez blikania laserových šou.
• Majú pozlátený povrch, čo znamená, že odráža iba červené lasery. To vylučuje používanie super žiarivých zelených laserov alebo fialových laserov so žiarivými obrazovkami na zaistenie stálosti.
• Aj keď tieto časti majú snímače polohy, nemyslím si, že by Arduino bolo dostatočne rýchle na to, aby ich poháňalo akousi polohovou spätnou väzbou.

Môj názor je, že aj keď sú tieto časti neskutočne malé a presné, nezdajú sa byť dostatočne praktické pre hobby projekty. Bol by som radšej, keby komunita prišla s lepšími návrhmi pre domácich majstrov!

Krok 3: Výroba tela

Telo som vymodeloval v OpenSCAD a 3D vytlačil. Je to skrátený kužeľ s otvorom na vrchu, otvorom na zadnej strane na vloženie modulu TALB1000P a veľkým otvorom vpredu.

Zhora zasvietite laserom a odrazí sa to spredu. Toto 3D vytlačené telo nielenže vyzerá skvele, ale je aj funkčné. Udržuje všetko vyrovnané a je v ňom umiestnený smiešne krehký modul TALB1000P. Pridal som hrebene a hrbole, aby som sa lepšie držal, keď som odhodil prvý prototyp a zničil modul TALB1000P.

Krok 4: Mnoho spôsobov, ako zlomiť srdce

TALP1000B je mimoriadne krehká časť. Krátky pád alebo neopatrný dotyk poškodí súčiastku (náhodným dotykom spôsobím zničenie druhého modulu). Je taký krehký, že mám podozrenie, že ho zabije aj silný pohľad!

Ak fyzické nebezpečenstvo nestačí, v technickom liste sa uvádza ďalšie nebezpečenstvo:

Dávajte pozor, aby ste predišli prechodovým javom štart - stop pri štarte alebo zastavovaní sínusového napätia pohonu. Ak nastaví 50Hz pohonný výkon na napätie, ktoré produkuje veľké 50 Hz otáčanie zrkadla (mechanický pohyb 4 až 5 stupňov), potom bude zrkadlo fungovať mnoho tisíc hodín bez problémov. Ak však niekto vypne napájanie sínusového pohonu alebo v čase, keď je výstup napätia značný, potom nastane napäťový krok, ktorý nabudí rezonanciu zrkadla a môže mať za následok pomerne veľké uhly natočenia (dostatočné na to, aby zrkadlo narazilo na dosku s keramickými obvodmi, ktorá slúži ako zastávka otáčania). Existujú dva spôsoby, ako sa tomu vyhnúť: a) napájanie nahor alebo nadol iba vtedy, ak je napätie meniča blízko nuly (znázornené na obrázku nižšie), b) pred zapnutím alebo vypnutím znížte amplitúdu sínusového pohonu.

Takže v zásade dokonca aj vypnutie tej zatracenej energie to môže zničiť. Ó, hej!

Krok 5: Obvod kardiostimulátora

Obvod ovládača, ktorý som pre neho vytvoril, pozostáva z Arduino Nano a dvojkanálového ovládača motora.

Aj keď sú ovládače motorov vyrobené pre motory, môžu rovnako ľahko poháňať magnetické cievky. Po pripojení k magnetickej cievke funkcie dopredu a dozadu vodiča spôsobia, že cievka bude napájaná buď vpred, alebo vzad.

Cievky na TALP1000B vyžadujú na svoju funkciu až 60 mA. To presahuje maximum 40 mA, ktoré môže Arduino poskytnúť, takže použitie ovládača je nevyhnutné.

Tiež som do svojho návrhu pridal trimovací hrniec a to mi umožňuje ovládať amplitúdu výstupného signálu. To mi umožňuje vypnúť napájacie napätie na nulu pred vypnutím napájania obvodu, aby som sa vyhol rezonanciám, na ktoré ma upozornil údajový list.

Krok 6: Ovládač, ktorý nebude fungovať … a ktorý bude fungovať

Aby som si overil, že môj obvod generuje hladký priebeh, napísal som testovací program na výstup sínusovej vlny na osi X a kosínusu na os Y. Pripojil som každý výstup svojho pohonného obvodu k bipolárnym LED diódam v sérii s odporom 220 ohmov. Bipolárna LED dióda je špeciálny druh dvojsvorkových diód LED, ktoré svietia jednou farbou, keď prúd prúdi v jednom smere, a inou farbou, keď prúd prúdi v opačnom smere.

Toto testovacie zariadenie mi umožnilo pozorovať zmeny farby a zaistiť, aby nedochádzalo k rýchlym zmenám farby. Hneď po netopieri som pozoroval jasné záblesky, keď jedna farba vybledla a predtým, ako sa druhá farba mala stratiť.

Problém bol v tom, že som ako ovládač motora používal čip L9110. Tento ovládač má kolík rýchlosti PWM a smerový kolík, ale pracovný cyklus signálu riadenia rýchlosti PWM v smere dopredu je inverzný k pracovnému cyklu v opačnom smere.

Na výstup nuly, keď je smerový bit vpred, potrebujete 0% pracovný cyklus PWM; ale keď je smerový bit opačný, potrebujete na výstup 0 nulový pracovný cyklus PWM 100%. To znamená, že aby výstup zostal pri zmene smeru nulový, musíte zmeniť smer aj hodnotu PWM naraz-to sa nemôže stať súčasne, takže bez ohľadu na to, v akom poradí to robíte, pri prechode z negatívneho na pozitívne cez nulu.

To zodpovedalo za záblesky, ktoré som videl, a testovací obvod ma pravdepodobne zachránil pred zničením ďalšieho modulu TALB1000B!

Vodič motora SparkFun zachráni deň

Zistil som, že L9110 nie je ničím, rozhodol som sa vyhodnotiť motorový ovládač SparkFun - Dual TB6612FNG (ktorý som vyhral v predchádzajúcom Instructable! Woot!).

PWM na tomto čipe 0% znamená, že výstupy sú poháňané 0% bez ohľadu na smer. TB6612FNG má dva kolíky na ovládanie smeru, ktoré je potrebné otočiť, aby sa zmenil smer, ale s kolíkom PWM v pracovnom cykle nula je bezpečné to urobiť v prechodnom stave, v ktorom sú In1 aj In2 VYSOKÉ-to dáva vodiča do prechodného režimu „krátkej brzdy“, ktorý akýmkoľvek spôsobom napája cievky.

S TB6612FNG som dokázal dosiahnuť plynulý prechod polarity za nulu bez zábleskov. Úspech!

Krok 7: Spustenie náčrtu Arduino a testovanie výkonu

2. miesto v súťaži o optiku