مولد ورق ليزر تفاعلي مع Arduino: 11 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

يمكن استخدام الليزر لإنشاء تأثيرات بصرية مذهلة. في هذا المشروع ، صممت نوعًا جديدًا من شاشات العرض بالليزر التفاعلية وتشغيل الموسيقى. يقوم الجهاز بتدوير نوعين من الليزر لتشكيل لوحين من الضوء على شكل دوامة. لقد قمت بتضمين مستشعرات المسافة في الجهاز بحيث يمكن التلاعب بأوراق الليزر عن طريق تحريك يدك نحوها. عندما يتفاعل الشخص مع المستشعرات ، يقوم الجهاز أيضًا بتشغيل الموسيقى من خلال إخراج MIDI. إنه يشتمل على أفكار من قيثارات الليزر ودوامات الليزر وشاشات العرض بوف.

يتم التحكم في الأداة باستخدام Arduino Mega الذي يأخذ مدخلات أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ويخرج نوع ورقة الليزر المتكونة والموسيقى المولدة. نظرًا لدرجات الحرية العديدة لليزر الغزل ، هناك الكثير من أنماط صفائح الليزر المختلفة التي يمكن إنشاؤها.

لقد أجريت عصفًا ذهنيًا أوليًا للمشروع مع مجموعة فنية / تقنية جديدة في سانت لويس تسمى Dodo Flock. أجرى Emre Sarbek أيضًا بعض الاختبارات الأولية على المستشعرات المستخدمة للكشف عن الحركة بالقرب من الجهاز.

إذا قمت بإنشاء جهاز ورقة ليزر ، يرجى تذكر أن تكون أجهزة الليزر وأقراص الغزل آمنة التشغيل.

تحديث 2020: أدركت أن السطح الذي تم إنشاؤه باستخدام الليزر هو شكل زائد.

الخطوة 1: قائمة التوريد

المواد

الليزر -

محرك بدون فرش -

متحكم السرعة الإلكتروني -

محركات مؤازرة -

الترانزستورات

الخشب الرقائقي

شبكي

مجسات بالموجات فوق الصوتية

Slipring -

المصابيح البيضاء -

محولات باك

سلك لف الأسلاك

موصل MIDI

مقياس الجهد والمقابض -

الأجهزة - 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 / المرجع = o …

المقاومات

كبلات موصل JST -

مفتاح طاقة التيار المتردد

مزود طاقة 12 فولت -

غراء الخشب

صمغ ممتاز

مسامير خشبية

كابل تمديد USB -

أدوات:

لحام حديد

قواطع للاسلاك

رأى الرقصة

منشار دائري

ميكرومتر

حافر كهربائي

الخطوة 2: نظرة عامة وتخطيطي

يُنشئ شعاع الليزر شعاعًا متوازيًا جيدًا (أي ضيق) من الضوء ، لذا تتمثل إحدى طرق إنتاج ورقة ضوئية في تحريك الشعاع بسرعة في نمط ما. على سبيل المثال ، لإنشاء ورقة ضوئية أسطوانية ، يمكنك تدوير الليزر حول محور موازٍ للاتجاه الذي يشير إليه. لتحريك الليزر بسرعة ، يمكنك إرفاق ليزر بلوح خشبي متصل بمحرك DC بدون فرش. باستخدام هذا وحده ، يمكنك إنشاء دوامات ليزر أسطوانية رائعة!

تحقق مشاريع دوامة الليزر الأخرى ذلك عن طريق تركيب مرآة مائلة على محور الدوران باستخدام ليزر ثابت موجه إلى المرآة. هذا يخلق ورقة ليزر مخروط. ومع ذلك ، مع هذا التصميم ، ستظهر جميع أوراق الليزر وكأنها نشأت من أصل واحد. إذا تم وضع الليزر خارج المحور كما هو الحال مع التصميم الذي قمت بإنشائه ، فيمكنك إنشاء أوراق ليزر متقاربة ، مثل شكل الساعة الرملية الموضح في الفيديو.

ولكن ماذا لو أردت أن تكون الألواح الضوئية ديناميكية وتفاعلية؟ لتحقيق ذلك ، قمت بتوصيل جهازي ليزر على الماكينات ثم قمت بتوصيل الماكينات باللوح الخشبي. الآن تستطيع الماكينات ضبط زاوية الليزر فيما يتعلق بمحور دوران المحرك. من خلال وجود جهازي ليزر على اثنين من الماكينات المختلفة ، يمكنك إنشاء ورقتين ضوئيتين مختلفتين مع الجهاز.

من أجل التحكم في سرعة محرك التيار المستمر ، قمت بتوصيل مقياس الجهد بـ Arduino الذي يأخذ مدخلات مقياس الجهد ويخرج إشارة إلى وحدة التحكم في السرعة الكهربائية (ESC). ثم يتحكم ESC في سرعة المحرك (اسم مناسب إلى حد ما ، نعم) ، اعتمادًا على مقاومة مقياس الجهد.

يتم التحكم في حالة تشغيل / إيقاف الليزر عن طريق توصيلها بباعث ترانزستور يعمل في تشبع (أي يعمل كمفتاح كهربائي). يتم إرسال إشارة تحكم إلى قاعدة الترانزستور التي تتحكم في التيار عبر الليزر. إليك مصدر للتحكم في الحمل باستخدام ترانزستور باستخدام اردوينو:

يتم التحكم أيضًا في موضع الماكينات باستخدام Arduino. أثناء دوران اللوح الخشبي ، يمكن معالجة لوح الضوء عن طريق تغيير موضع المؤازرة. بدون أي إدخال للمستخدم ، يمكن لهذا وحده إنشاء أوراق ضوئية ديناميكية ساحرة. توجد أيضًا أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية موضوعة حول حافة الجهاز ، والتي تُستخدم لتحديد ما إذا كان الشخص يضع يده بالقرب من الألواح الضوئية. ثم يتم استخدام هذا الإدخال إما لتحريك الليزر لإنشاء أوراق ضوئية جديدة أو إنشاء إشارة MIDI. تم توصيل مقبس MIDI لنقل إشارة MIDI إلى جهاز تشغيل MIDI.

الخطوة 3: التحكم في المحرك بدون فرش باستخدام Arduino

من أجل إنشاء ألواح ضوئية تشبه الدوامة ، تحتاج إلى تدوير شعاع الليزر. لتحقيق ذلك ، قررت أن أحاول استخدام محرك DC بدون فرش. تعلمت أن هذه الأنواع من المحركات تحظى بشعبية كبيرة مع نماذج الطائرات والطائرات بدون طيار ، لذلك اعتقدت أنها ستكون سهلة الاستخدام. واجهت بعض العقبات على طول الطريق ، لكن بشكل عام أنا سعيد بكيفية عمل المحرك للمشروع.

أولاً ، يجب تركيب المحرك. لقد صممت جزءًا مخصصًا لحمل المحرك وإرفاقه بلوحة تحمل الجهاز. بعد أن كان المحرك آمنًا ، قمت بتوصيل المحرك بـ ESC. مما قرأته ، يبدو من الصعب حقًا استخدام محرك بدون فرش. لجعل المحرك يدور ، استخدمت Arduino Mega. في البداية ، لم أتمكن من تشغيل المحرك لأنني كنت أقوم فقط بتوصيل إشارة التحكم بـ 5 فولت أو الأرض ، دون تعيين قيمة أساسية بشكل صحيح أو معايرة ESC. ثم اتبعت برنامجًا تعليميًا من Arduino باستخدام مقياس جهد ومحرك مؤازر ، مما أدى إلى دوران المحرك! هنا رابط للدرس التعليمي:

يمكن توصيل أسلاك ESC بأي شكل من الأشكال بمحرك بدون فرش. سوف تحتاج إلى بعض موصلات قابس الموز الأنثوية. يتم توصيل الكابلات السميكة باللونين الأحمر والأسود على ESC بمصدر طاقة تيار مستمر عند 12 فولت ، ويتم توصيل الكابلات السوداء والبيضاء الموجودة في موصل التحكم في ESC بالأرضي ودبوس التحكم في Arduino ، على التوالي. تحقق من هذا الفيديو لمعرفة كيفية معايرة ESC:

الخطوة 4: إنشاء هيكل صفائح الليزر

بعد الحصول على دوران المحرك ، حان الوقت لبناء هيكل من الألواح الخفيفة. لقد قطعت قطعة من الخشب الرقائقي باستخدام ماكينة CNC ، ولكن يمكنك أيضًا استخدام منشار رقصة. يحمل الخشب الرقائقي أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية وبداخله ثقب ليناسب قطعة من زجاج شبكي. يجب تثبيت زجاج شبكي بالخشب باستخدام الايبوكسي. يتم حفر ثقوب للحلقة المنزلقة لتناسبها.

ثم يتم قطع ورقة دائرية أخرى من الخشب الرقائقي لتثبيت المحرك بدون فرش. في هذه الصفيحة من الخشب ، يتم حفر ثقوب بحيث يمكن أن تمر الأسلاك في وقت لاحق من البناء. بعد إرفاق حامل المحرك وفتحات الحفر ، يتم إرفاق صفحتين من الخشب الرقائقي بألواح 1x3 مقطوعة بطول 15 سم تقريبًا وأقواس معدنية. في الصورة ، يمكنك أن ترى كيف يكون زجاج شبكي فوق المحرك والليزر.

الخطوة 5: تجميع الليزر والمحرك المؤازر

يتم إنشاء أوراق الضوء المتغيرة عن طريق تحريك الليزر فيما يتعلق بمحور الدوران. لقد قمت بتصميم وطباعة ثلاثية الأبعاد حاملًا يربط ليزرًا بمؤازرة وحامل يربط المؤازرة بلوح الغزل. قم أولاً بتوصيل المؤازرة بحامل المؤازرة باستخدام اثنين من البراغي M2. بعد ذلك ، حرك الجوز M2 في حامل الليزر ، وشد برغي التثبيت لإبقاء الليزر في مكانه. قبل توصيل الليزر بالمؤازرة ، يجب عليك التأكد من تدوير المؤازرة إلى موضع التشغيل المركزي. باستخدام البرنامج التعليمي المؤازر ، قم بتوجيه المؤازرة إلى 90 درجة. ثم قم بتركيب الليزر كما هو موضح في الصورة باستخدام المسمار. اضطررت أيضًا إلى إضافة القليل من الغراء للتأكد من أن الليزر لم يتحول عن غير قصد.

لقد استخدمت أداة القطع بالليزر لإنشاء اللوح الخشبي ، الذي تبلغ أبعاده حوالي 3 سم × 20 سم. يعتمد الحجم الأقصى للوح الخفيف على حجم اللوح الخشبي. ثم تم حفر ثقب في وسط اللوح الخشبي بحيث يلائم عمود المحرك بدون فرش.

بعد ذلك ، قمت بلصق مجموعة أجهزة الليزر على اللوح بحيث تمركز الليزر. تأكد من أن جميع المكونات الموجودة على اللوح الخشبي متوازنة فيما يتعلق بمحور دوران اللوح الخشبي. موصلات Solder JST بأشعة الليزر وكابلات المؤازرة بحيث يمكن توصيلها بالحلقة المنزلقة في الخطوة التالية.

أخيرًا ، قم بتوصيل اللوح مع تجميعات الليزر المؤازرة المرفقة على المحرك بدون فرش بغسالة وصمولة. في هذه المرحلة ، اختبر المحرك عديم الفرش للتأكد من أن اللوح يمكن أن يدور. احرص على عدم قيادة المحرك بسرعة كبيرة أو وضع يدك في مسار دوران اللوح الخشبي.

الخطوة 6: تثبيت Slipring

كيف تمنع تشابك الأسلاك أثناء دوران الإلكترونيات؟ تتمثل إحدى الطرق في استخدام بطارية لمصدر طاقة وتوصيله بمجموعة الغزل ، كما هو الحال في POV القابل للتوجيه. طريقة أخرى لاستخدام الانزلاق! إذا لم تسمع بحلقة حبال أو استخدمتها من قبل ، فاطلع على هذا الفيديو الرائع الذي يوضح كيفية عملها.

أولاً ، قم بتوصيل الأطراف الأخرى من موصلات JST بالحلقة المنزلقة. أنت لا تريد أن تكون الأسلاك طويلة جدًا نظرًا لوجود احتمال أن تعلق في شيء ما عند تدوير اللوح. لقد أرفقت الانزلاق على زجاج شبكي فوق المحرك الذي لا يحتوي على فرش ليكون حفرًا في ثقوب للبراغي. احرص على عدم كسر زجاج شبكي عند الحفر. يمكنك أيضًا استخدام أداة القطع بالليزر للحصول على ثقوب أكثر دقة. بمجرد توصيل الحلقة المنزلقة ، قم بتوصيل الموصلات.

في هذه المرحلة ، يمكنك توصيل الأسلاك المنزلقة بدبابيس Arduino لإجراء بعض الاختبارات الأولية باستخدام مولد صفائح الليزر.

الخطوة 7: لحام الإلكترونيات

لقد قطعت لوحة نموذجية لتوصيل جميع الأجهزة الإلكترونية. نظرًا لأنني استخدمت مصدر طاقة بجهد 12 فولت ، فأنا بحاجة إلى استخدام محولين للتيار المستمر للتيار المستمر: 5 فولت لأجهزة الليزر ، وأجهزة التشغيل ، ومقياس الجهد ، ومقبس MIDI ، و 9 فولت لـ Arduino. تم توصيل كل شيء كما هو موضح في الرسم التخطيطي إما عن طريق اللحام أو لف الأسلاك. تم توصيل اللوحة بعد ذلك بجزء مطبوع ثلاثي الأبعاد باستخدام مواجهات PCD.

الخطوة الثامنة: إنشاء صندوق الإلكترونيات

جميع الأجهزة الإلكترونية موجودة في صندوق خشبي. لقد قطعت خشبًا بحجم 1 × 3 لجوانب الصندوق ، وقطعت فتحة كبيرة في جانب واحد بحيث يمكن أن تمر الأسلاك الموجودة على لوحة التحكم. تم ربط الجوانب باستخدام كتل صغيرة من الخشب وغراء الخشب والبراغي. بعد أن يجف الغراء ، قمت برمل جوانب الصندوق لإزالة جميع العيوب الموجودة في الصندوق. ثم قمت بقطع الخشب الرقيق للجزء الأمامي والخلفي وأسفل الصندوق. تم تثبيت الجزء السفلي على الجانبين ، وتم لصق الجزء الأمامي والخلفي على الصندوق. أخيرًا ، قمت بقياس وتقطيع أبعاد المكونات الموجودة على اللوحة الأمامية للصندوق: مقبس كابل الطاقة ، ومقبس USB ، ومقبس MIDI ، ومقياس الجهد.

الخطوة 9: تثبيت الإلكترونيات في الصندوق

لقد قمت بتوصيل مصدر الطاقة بالصندوق باستخدام البراغي ، و Arduino باستخدام حامل مصمم خصيصًا ، ولوحة الدائرة التي تم إنشاؤها في الخطوة 7. تم توصيل مقياس الجهد ومقبس MIDI أولاً بلوحة الدائرة باستخدام سلك لف الأسلاك ، ثم تم لصقها على اللوحة الامامية. تم توصيل مقبس التيار المتردد بمصدر الطاقة ، وتم توصيل خرج التيار المستمر لمصدر الطاقة بمدخلات محولات باك والكابلات التي تتصل بالمحرك بدون فرش. يتم بعد ذلك تشغيل أسلاك المحرك والمؤازرة والليزر من خلال ثقب في الخشب الرقائقي وصولاً إلى صندوق الإلكترونيات. قبل التعامل مع أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ، قمت باختبار المكونات بشكل فردي للتأكد من توصيل كل شيء بشكل صحيح.

اشتريت في البداية مقبس طاقة تيار متردد ، لكني قرأت بعض المراجعات السيئة جدًا عن ذوبانه ، لذا كان لدي ثقوب بحجم غير صحيح على اللوحة الأمامية. لذلك ، قمت بتصميم وطباعة ثلاثية الأبعاد لبعض محولات المقبس لتتناسب مع حجم الثقوب التي قمت بقطعها.

الخطوة 10: تركيب وتوصيل أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

في هذه المرحلة ، يتم توصيل كل من أجهزة الليزر وأجهزة الماكينة والمحرك بدون فرش ومقبس MIDI ويمكن التحكم فيها بواسطة Arduino. آخر خطوة للأجهزة هي توصيل أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية. لقد قمت بتصميم وطباعة جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية. ثم قمت بعد ذلك بتوصيل مجموعات المستشعر بالموجات فوق الصوتية وتثبيتها بالتساوي على لوح الخشب الرقائقي العلوي لمولد الألواح الضوئية. تم تشغيل سلك لف الأسلاك إلى صندوق الإلكترونيات عن طريق حفر ثقوب في لوح الخشب الرقائقي. لقد قمت بتوصيل غلاف السلك بالدبابيس المناسبة على Arduino.

لقد أصبت بخيبة أمل قليلاً من أداء مستشعر الموجات فوق الصوتية. لقد عملوا جيدًا للمسافات بين 1 سم - 30 سم ، لكن قياس المسافة صاخب جدًا خارج هذا النطاق. لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، حاولت أخذ متوسط أو متوسط عدة قياسات. ومع ذلك ، كانت الإشارة لا تزال غير موثوقة بدرجة كافية ، لذلك انتهى بي الأمر بإعداد القطع لتشغيل ملاحظة أو تغيير ورقة الليزر عند 25 سم.

الخطوة 11: برمجة دوامة الليزر الديناميكية

بعد اكتمال جميع الأسلاك والتجميع ، حان الوقت لبرمجة جهاز الصفيحة الضوئية! هناك العديد من الاحتمالات ، ولكن الفكرة العامة هي أخذ مدخلات أجهزة الاستشعار فوق الصوتية وإرسال إشارات إلى MIDI والتحكم في الليزر وأجهزة الماكينة. في جميع البرامج ، يتم التحكم في دوران اللوح الخشبي عن طريق تدوير مقبض مقياس الجهد.

ستحتاج إلى مكتبتين: NewPing و MIDI

مرفق به كود اردوينو الكامل.

الجائزة الثانية في تحدي الاختراع 2017