قلب الآلة (جهاز عرض ليزر دقيق): 8 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

هذا Instructable هو الخليفة الروحي لتجربة سابقة حيث قمت ببناء مجموعة توجيه ليزر ثنائية المحور من الأجزاء والملفات اللولبية المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

هذه المرة أردت أن أكون صغيرًا وكنت محظوظًا بما يكفي للعثور على بعض وحدات توجيه الليزر المصنوعة تجاريًا من منفذ فائض علمي عبر الإنترنت. بدأ تصميمي يشبه Dalek ، لذلك ركضت مع الفكرة وصنعت روبوتًا بارتفاع 2 بوصة مستوحى من Dalek يطلق أشعة الليزر عليك.

لكنها لا تحاول إبادتك - إنها ترسل لك بعض الحب من قلبها الكهروميكانيكي!

إذا أعجبك هذا المشروع ، يرجى التصويت له في مسابقة البصريات!:)

الخطوة 1: شيء صغير من ولاية تكساس

قلب الجهاز هو وحدة TALP1000B من Texas Instruments ، والتي توصف بأنها "مرآة تأشير MEMS تناظرية ثنائية المحور." هذه جرعة كبيرة ، لذا دعونا نقسمها:

• المحور المزدوج: هذا يعني أنه يمكن للجهاز إمالة المحور الأفقي والرأسي.
• تناظري: يتم التحكم في الميل على طول المحور بواسطة جهد تناظري ، يتراوح من -5 إلى 5 فولت.
• MEMS: هذا يعني النظام الميكانيكي الكهربائي الصغير وهذا يعني أنه صغير جدًا!
• مرآة تشير: في وسط الجهاز توجد مرآة على محاور ؛ يمكن توجيه المرآة بضع درجات في كل اتجاه ، مما يسمح لها بتوجيه الليزر في أي مكان داخل مخروط بضع درجات.

يظهر الاستعراض السريع عبر ورقة البيانات أن هذا جزء معقد. بالإضافة إلى أربعة ملفات توجيه ، يوجد باعث ضوئي وأربعة مستشعرات موضع ومستشعر درجة حرارة. على الرغم من أننا لن نستخدم المستشعرات ، إلا أنني سأشارك لاحقًا بعض الصور الرائعة لجهاز TALP1000B التالف عن قرب.

تم إيقاف TALP1000B ، لكن لا يمكنك العثور عليه ، يمكنك بناء مرآة توجيه ليزر أكبر بكثير بنفسك باستخدام الخطط التي وضعتها في Instructable سابقًا: المبادئ هي نفسها تمامًا ، لكنك تحتاج إلى بناء حياة -حجم دالك لإيوائه!

الخطوة 2: فاتورة المواد

فيما يلي قائمة المواد لهذا المشروع:

• One Texas Instruments TALP1000B (متوقف)
• نانو اردوينو واحد
• برنامج تشغيل محرك SparkFun واحد - مزدوج TB6612FNG (مع رؤوس)
• لوح واحد
• لوح تقليم واحد (1 كيلو أوم)
• أربعة أسلاك توصيل من 2.54 مم إلى 2 مم
• رؤوس 0.1 بوصة (2.54 مم)
• طابعة ثلاثية الأبعاد وخيوط
• مؤشر ليزر أحمر

وحدة TALPB هي الأصعب في العثور عليها. لقد حالفني الحظ واكتسبت القليل في منفذ فائض علمي.

لا يزال بإمكانك العثور على TALPB عبر الإنترنت بأسعار باهظة ، لكنني لا أوصي بإنفاق الكثير من المال عليها للأسباب التالية:

• إنها هشة بشكل يبعث على السخرية ، قد تحتاج إلى العديد منها في حالة كسر بعضها.
• لديهم تردد رنين منخفض يبلغ 100 هرتز ، مما يعني أنه لا يمكنك قيادتهم بسرعة كافية لعرض الليزر الخالي من الوميض.
• لها سطح مطلي بالذهب ، مما يعني أنها تعكس أشعة الليزر الحمراء فقط. يستبعد هذا استخدام الليزر الأخضر فائق السطوع أو الليزر البنفسجي مع الشاشات المتوهجة في الظلام من أجل المثابرة.
• بينما تحتوي هذه الأجزاء على مستشعرات موضع ، لا أعتقد أن Arduino سريع بما يكفي لدفعها بنوع من ردود الفعل الموضعية.

رأيي هو أنه على الرغم من أن هذه الأجزاء صغيرة ودقيقة بشكل لا يصدق ، إلا أنها لا تبدو عملية بما يكفي لمشاريع الهوايات. أفضل أن أرى المجتمع يتوصل إلى تصميمات DIY أفضل!

الخطوة الثالثة: صنع الجسد

لقد صممت الجسم في OpenSCAD وطبعته ثلاثي الأبعاد. إنه مخروط مقطوع بفتحة في الأعلى ، وفتحة في الخلف لإدخال وحدة TALB1000P وثقب ضوء كبير في المقدمة.

تشع ليزرًا من الأعلى وينعكس من الأمام. لا يبدو هذا الجسم المطبوع ثلاثي الأبعاد رائعًا فحسب ، بل إنه عملي أيضًا. إنه يحافظ على محاذاة كل شيء ويضم وحدة TALB1000P الهشة بشكل يبعث على السخرية. لقد أضفت النتوءات والنتوءات لتسهيل الإمساك بها بعد أن أسقطت نموذجًا أوليًا مبكرًا ودمرت وحدة TALB1000P.

الخطوة 4: الطرق العديدة لكسر القلب

TALP1000B جزء هش للغاية. سقوط قصير أو لمسة غير مبالية ستدمر الجزء (لمسه عن طريق الخطأ هو كيف دمرت الوحدة النمطية الثانية). إنه هش للغاية لدرجة أنني أظن أنه حتى نظرة قوية قد تقتله!

إذا لم تكن الأخطار الجسدية كافية ، فإن ورقة البيانات توضح خطرًا إضافيًا:

كن حذرًا لتجنب بدء توقف التشغيل العابر عند بدء أو إيقاف جهد المحرك الجيبي. إذا ضبطت قدرة محرك 50 هرتز على جهد ينتج عنه دوران كبير للمرآة 50 هرتز (من 4 إلى 5 درجات حركة ميكانيكية) ، فستعمل المرآة لعدة آلاف من الساعات دون مشكلة. في الوقت الذي يكون فيه خرج الجهد كبيرًا ، عندئذٍ تحدث خطوة الجهد التي ستثير صدى المرآة ويمكن أن تؤدي إلى زوايا دوران كبيرة جدًا (بما يكفي لإصابة المرآة بلوحة الدائرة الخزفية التي تعمل بمثابة نقطة توقف للدوران). هناك طريقتان لتجنب ذلك: أ) الطاقة لأعلى أو لأسفل فقط عندما يكون جهد المحرك قريبًا من الصفر (كما هو موضح في الرسم أدناه) ، ب) تقليل سعة محرك الجيب قبل التشغيل لأعلى أو لأسفل.

لذلك ، في الأساس ، حتى إيقاف تشغيل قوة الرتق يمكن أن يدمرها. أوه جيد!

الخطوة 5: دائرة منظم ضربات القلب

تتكون دائرة السائق التي صنعتها من أجلها من Arduino Nano وسائق محرك ثنائي القناة.

على الرغم من أن محركات المحركات مصنوعة من أجل المحركات ، إلا أنها تستطيع قيادة الملفات المغناطيسية بنفس السهولة. عند توصيله بملف مغناطيسي ، تتسبب الوظائف الأمامية والخلفية للسائق في تنشيط الملف في الاتجاهين الأمامي أو الخلفي.

تتطلب الملفات الموجودة على جهاز TALP1000B ما يصل إلى 60 مللي أمبير لتعمل. هذا يتجاوز الحد الأقصى 40 مللي أمبير الذي يمكن أن يوفره Arduino ، لذا فإن استخدام برنامج تشغيل ضروري.

أضفت أيضًا وعاءًا تقليمًا إلى تصميمي وهذا يسمح لي بالتحكم في سعة إشارة الخرج. هذا يسمح لي بالاتصال بجهد محرك الأقراص إلى الصفر قبل إيقاف تشغيل الدائرة ، لتجنب الصدى الذي حذرتني ورقة البيانات بشأنه.

الخطوة السادسة: سائق لن يعمل … وسائق يعمل

للتحقق من أن دائري كان يخرج شكل موجة سلس ، كتبت برنامج اختبار لإخراج موجة جيبية على المحور X وجيب التمام على المحور Y. لقد قمت بتوصيل كل مخرج من دارة القيادة الخاصة بي بمصابيح LED ثنائية القطب في سلسلة بمقاوم 220 أوم. LED ثنائي القطب هو نوع خاص من مصابيح LED ثنائية الأطراف التي تضيء لونًا واحدًا عندما يتدفق التيار في اتجاه واحد ولون آخر عندما يتدفق التيار في الاتجاه المعاكس.

سمحت لي منصة الاختبار هذه بمراقبة تغيرات اللون والتأكد من عدم وجود تغييرات سريعة في اللون. فورًا ، لاحظت ومضات ساطعة مع تلاشي أحد الألوان وقبل أن يتلاشى اللون الآخر.

كانت المشكلة أنني كنت أستخدم شريحة L9110 كسائق للمحرك. يحتوي برنامج التشغيل هذا على دبوس سرعة PWM ودبوس اتجاه ، لكن دورة العمل لإشارة التحكم في سرعة PWM في الاتجاه الأمامي هي معكوس دورة العمل في الاتجاه العكسي.

لإخراج الصفر عندما تكون بت الاتجاه للأمام ، فإنك تحتاج إلى دورة عمل بنسبة 0٪ PWM ؛ ولكن عندما تكون بت الاتجاه معكوسة ، فأنت بحاجة إلى دورة عمل PWM بنسبة 100٪ لإخراج صفر. هذا يعني أنه لكي يظل الناتج صفرًا أثناء تغيير الاتجاه ، يجب عليك تغيير كل من الاتجاه وقيمة PWM في وقت واحد - لا يمكن أن يحدث هذا في وقت واحد ، لذلك بغض النظر عن الترتيب الذي تقوم به ، ستحصل على ارتفاعات في الجهد أثناء الانتقال من سالب إلى موجب من خلال الصفر.

كان هذا في الحسبان للومضات التي رأيتها وربما أنقذتني دائرة الاختبار من تدمير وحدة TALB1000B أخرى!

سائق محرك SparkFun ينقذ اليوم

بعد أن اكتشفت أن L9110 كان محظورًا ، قررت تقييم SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (الذي فزت به في Instructable! Woot!).

على تلك الشريحة ، يعني PWM الموجود على دبوس التحكم في السرعة بنسبة 0٪ أن المخرجات مدفوعة بنسبة 0٪ ، بغض النظر عن الاتجاه. يحتوي TB6612FNG على دبابتين للتحكم في الاتجاه يجب قلبهما لعكس الاتجاه ، ولكن مع وجود دبوس PWM في دورة تشغيل صفر ، فمن الآمن القيام بذلك عبر حالة وسيطة يكون فيها كل من In1 و In2 مرتفعًا - وهذا يضع السائق في وضع "الفرامل القصيرة" المتوسط الذي ينشط الملفات بأي شكل من الأشكال.

باستخدام TB6612FNG ، تمكنت من الحصول على انتقال قطبي سلس إلى ما بعد الصفر دون أي ومضات. النجاح!

الخطوة 7: تشغيل Arduino Sketch واختبار الأداء

الوصيف في مسابقة البصريات