Interaktivni laserski generator ploča s Arduinom: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Laseri se mogu koristiti za stvaranje nevjerojatnih vizualnih efekata. U ovom projektu konstruirao sam novu vrstu laserskog zaslona koji je interaktivan i reproducira glazbu. Uređaj rotira dva lasera tako da tvore dvije ploče svjetla slične vrtlogu. U uređaj sam uključio senzore udaljenosti kako bi se laserskim listovima moglo manipulirati pomicanjem ruke prema njima. Dok osoba komunicira sa senzorima, uređaj također reproducira glazbu putem MIDI izlaza. Uključuje ideje iz laserskih harfova, laserskih vrtloga i POV zaslona.

Instrumentom se upravlja pomoću Arduino Mega uređaja koji prima ulaze ultrazvučnih senzora i odašilje vrstu laserskog lima i generiranu glazbu. Zbog mnogih stupnjeva slobode lasera koji se okreću, postoji mnoštvo različitih laserskih uzoraka koji se mogu stvoriti.

Prethodno sam razmišljao o projektu s novom umjetničkom/tehnološkom grupom u St. Louisu pod nazivom Dodo Flock. Emre Sarbek također je proveo neke početne testove na senzorima koji se koriste za otkrivanje pokreta u blizini uređaja.

Ako izrađujete laserski uređaj, imajte na umu da morate sigurno raditi s laserima i diskovima koji se okreću.

Ažuriranje za 2020.: Shvatio sam da je površina stvorena laserima hiperboloid.

Korak 1: Popis zaliha

Materijali

Laseri -

Motor bez četkica -

Elektronički regulator brzine -

Servo motori -

Tranzistori

Šperploča

Pleksiglas

Ultrazvučni senzori

Slipring -

Bijele LED diode -

Pretvarači dolara

Žica za omotavanje žice

MIDI priključak

Potenciometar i gumbi -

Hardver - 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/ref = o…

Otpornici

Priključni kabeli JST -

Prekidač za izmjenično napajanje

Napajanje 12V -

Ljepilo za drvo

super ljepilo

Vijci za drvo

USB produžni kabel -

Alati:

Lemilica

Rezači žice

Jig je vidio

Cirkular

Mikrometar

Bušilica

Korak 2: Pregled i shema

Laserska zraka stvara dobro kolimiranu (tj. Usku) zraku svjetlosti, pa je jedan od načina za stvaranje svjetlosnog sloja brzo pomicanje snopa u određenom uzorku. Na primjer, da biste stvorili cilindrični svjetlosni list, okrenuli biste laser oko osi paralelne sa smjerom u kojem je usmjeren. Za brzo pomicanje lasera možete pričvrstiti laser na drvenu dasku pričvršćenu na istosmjerni motor bez četkica. Samo tako možete stvoriti hladne cilindrične laserske vrtloge!

Drugi projekti laserskog vrtloga to postižu postavljanjem nagnutog zrcala na osi rotacije s nepomičnim laserom usmjerenim prema ogledalu. Time se stvara konus laserskog lima. Međutim, s ovim dizajnom, čini se da svi laserski listovi potječu iz jednog podrijetla. Ako su laseri postavljeni izvan osi, poput dizajna koji sam izgradio, moći ćete stvoriti konvergentne laserske ploče, poput oblika pješčanog sata prikazanog u videu.

Ali što ako želite da svjetlosne ploče budu dinamične i interaktivne? Da bih to postigao, pričvrstio sam dva lasera na servo pogone, a zatim ih pričvrstio na drvenu dasku. Sada servomotori mogu prilagoditi kut lasera u odnosu na os rotacije motora. Imajući dva lasera na dva različita servo uređaja, s uređajem možete stvoriti dva različita svjetlosna lista.

Kako bih kontrolirao brzinu istosmjernog motora, spojio sam potenciometar na Arduino koji uzima ulaz potenciometra i šalje signal u električni regulator brzine (ESC). ESC tada kontrolira brzinu motora (prilično prikladan naziv, da), ovisno o otporu potenciometra.

Uključeno/isključeno stanje lasera kontrolira se povezivanjem s odašiljačem tranzistora koji radi u zasićenju (tj. Radi kao električni prekidač). Upravljački signal šalje se na bazu tranzistora koji kontrolira struju kroz laser. Evo izvora za upravljanje opterećenjem tranzistora s arduinom:

Položaj servo motora također se kontrolira pomoću Arduina. Kako se daska rotira, svjetlosnim listom se može manipulirati promjenom položaja serva. Bez unosa korisnika, samo ovo može stvoriti dinamičke svjetlosne listove koji su očaravajući. Tu su i ultrazvučni senzori postavljeni oko ruba uređaja, koji se koriste za određivanje stavlja li osoba ruku blizu svjetlosnih plahti. Ovaj ulaz se zatim koristi za pomicanje lasera za stvaranje novih svjetlosnih ploča ILI za generiranje MIDI signala. MIDI priključak je spojen za prijenos MIDI signala na MIDI uređaj za reprodukciju.

Korak 3: Upravljanje motorom bez četkica s Arduinom

Da biste stvorili svjetlosne ploče nalik vrtlogu, morate okretati laserski snop. Da bih to postigao, odlučio sam pokušati upotrijebiti istosmjerni motor bez četkica. Naučio sam da su ove vrste motora jako popularne kod modela aviona i bespilotnih letjelica, pa sam zaključio da bi ih bilo prilično jednostavno koristiti. Usput sam naišao na nekoliko poteškoća, ali općenito sam zadovoljan kako motor radi za projekt.

Prvo je potrebno montirati motor. Prilagođen sam dio koji drži motor i pričvršćuje ga na ploču koja drži uređaj. Nakon što je motor bio siguran, spojio sam motor na ESC. Koliko sam pročitao, zvuči jako teško koristiti motor bez četkica bez njega. Za pokretanje motora koristio sam Arduino Mega. U početku nisam mogao pokrenuti motor jer sam samo spajao upravljački signal na 5V ili masu, a da nisam ispravno postavio osnovnu vrijednost ili kalibrirao ESC. Zatim sam slijedio Arduino vodič s potenciometrom i servo motorom i motor se okrenuo! Evo veze na vodič:

ESC žice se zapravo mogu na bilo koji način spojiti na motor bez četkica. Trebat će vam ženski utikači za banane. Deblji crveni i crni kabeli na ESC -u spojeni su na istosmjerno napajanje na 12V, a crni i bijeli kabeli na upravljačkom priključku ESC -a spojeni su na masu, odnosno upravljački pin na Arduinu. Pogledajte ovaj video da biste saznali kako kalibrirati ESC:

Korak 4: Konstrukcija kućišta laserskog lima

Nakon što se motor okreće, vrijeme je za izradu šasije od laganih ploča. Komad šperploče izrezao sam CNC strojem, ali možete koristiti i ubodnu pilu. Šperploča drži ultrazvučne senzore i ima rupu u koju stane komad pleksiglasa. Pleksiglas treba pričvrstiti na drvo epoksidom. Izbušene su rupe za provlačenje kliznog prstena.

Zatim se izrezuje još jedan kružni list šperploče koji drži motor bez četkica. U ovom drvenom listu izbušene su rupe kako bi žice mogle proći kasnije u izgradnji. Nakon pričvršćivanja nosača motora i bušenja rupa, dva lista šperploče pričvršćuju se pomoću 1x3 dasaka izrezanih oko 15 cm i metalnih nosača. Na fotografiji možete vidjeti kako je pleksiglas iznad motora i lasera.

Korak 5: Sklop laserskog i servo motora

Varijabilni svjetlosni listovi stvaraju se pokretnim laserom u odnosu na os rotacije. Dizajnirao sam i 3D ispisao nosač koji pričvršćuje laser na servo i nosač koji povezuje servo s prednjom daskom. Prvo pričvrstite servo na servo nosač pomoću dva vijka M2. Zatim gurnite maticu M2 u nosač lasera i zategnite pričvrsni vijak kako bi laser ostao na mjestu. Prije spajanja lasera na servo, morate se uvjeriti da je servo okrenut u svoj centrirani radni položaj. Koristeći servo vodič, usmjerite servo na 90 stupnjeva. Zatim pomoću vijka montirajte laser kao što je prikazano na slici. Morao sam dodati i mrvicu ljepila kako se laser ne bi nenamjerno pomaknuo.

Koristio sam laserski rezač za izradu daske dimenzija oko 3 x 20 cm. Maksimalna veličina svjetlosnog lima ovisit će o veličini drvene daske. Zatim je u sredini daske izbušena rupa tako da stane na osovinu motora bez četkica.

Zatim sam zalijepio laserski servo sklop na dasku tako da su laseri centrirani. Uvjerite se da su sve komponente na dasci uravnotežene u odnosu na os rotacije daske. Lemite JST konektore na lasere i servo kabele tako da se u sljedećem koraku mogu spojiti na klizni spoj.

Na kraju pričvrstite dasku s pričvršćenim laserskim servo sklopovima na motor bez četkica s podloškom i maticom. U ovom trenutku testirajte motor bez četkica kako biste bili sigurni da se daska može vrtjeti. Pazite da ne vozite motor prebrzo ili da stavite ruku na put okretanja daske.

Korak 6: Instaliranje opruge

Kako spriječiti zapetljavanje žica tijekom vrtnje elektronike? Jedan je način koristiti bateriju za napajanje i spojiti je na vrtljivi sklop, kao u ovom POV uputstvu. Drugi način je korištenje klizanja! Ako dosad niste čuli za praćku ili je koristili, pogledajte ovaj sjajni video koji pokazuje kako to funkcionira.

Najprije pričvrstite druge krajeve JST konektora na klizni spoj. Ne želite da žice budu preduge jer postoji mogućnost da se zakače za nešto kad se daska okreće. Spojnicu sam pričvrstio na pleksiglas iznad motora bez četkica i bušio rupe za vijke. Pazite da ne puknete pleksiglas pri bušenju. Također možete koristiti laserski rezač za dobivanje preciznijih rupa. Nakon što je spojnica pričvršćena, spojite konektore.

U ovom trenutku možete spojiti klizne žice na pinove Arduina kako biste obavili neka preliminarna ispitivanja s laserskim generatorom ploča.

Korak 7: Lemljenje elektronike

Izrezao sam prototipnu ploču za povezivanje sve elektronike. Budući da sam koristio napajanje od 12V, moram koristiti dva DC-DC pretvarača: 5V za lasere, servosisteme, potenciometar i MIDI priključak te 9V za Arduino. Sve je bilo spojeno kako je prikazano na dijagramu lemljenjem ili omatanjem žice. Ploča je zatim spojena na 3D ispisani dio pomoću PCD -ova.

Korak 8: Konstrukcija elektroničke kutije

Sva elektronika smještena je u drvenu kutiju. Izrezao sam 1x3 drva za stranice kutije i izrezao veliki otvor s jedne strane kako bi žice na upravljačkoj ploči mogle proći. Stranice su spojene malim drvenim blokovima, ljepilom za drvo i vijcima. Nakon što se ljepilo osušilo, obrusio sam stranice kutije kako bih izravnao sve nedostatke u kutiji. Zatim sam izrezao tanko drvo za prednju, stražnju i donju stranu kutije. Dno je prikovano sa strane, a prednji i stražnji dio zalijepljeni su na kutiju. Na kraju sam izmjerio i izrezao rupe dimenzija komponenti na prednjoj ploči kutije: utičnica za kabel za napajanje, usb priključnica, MIDI utičnica i potenciometar.

Korak 9: Instaliranje elektronike u kutiju

Priključio sam napajanje na kutiju pomoću vijaka, Arduino pomoću prilagođenog nosača i pločicu napravljenu u koraku 7. Potenciometar i MIDI utičnica prvo su spojeni na ploču pomoću žice za omatanje, a zatim su zalijepljeni na Prednja ploča. AC utičnica je spojena na napajanje, a istosmjerni izlaz napajanja spojen je na ulaze Buck pretvarača i kabele koji se spajaju na motor bez četkica. Žice motora, servo i lasera zatim se provlače kroz rupu u šperploči do kutije s elektronikom. Prije nego što sam se pozabavio ultrazvučnim senzorima, pojedinačno sam testirao komponente kako bih se uvjerio da je sve ispravno ožičeno.

U početku sam kupio utičnicu za napajanje izmjeničnom strujom, ali sam pročitao neke prilično loše recenzije o tome kako se topi pa sam imao rupe pogrešne veličine na prednjoj ploči. Stoga sam dizajnirao i 3D ispisao neke adaptere za utičnice koji odgovaraju veličini rupa koje sam izrezao.

Korak 10: Montaža i ožičenje ultrazvučnih senzora

U ovom trenutku, laseri, servo motori, motor bez četkica i MIDI utičnica povezani su i mogu se kontrolirati pomoću Arduina. Posljednji hardverski korak je povezivanje ultrazvučnih senzora. Dizajnirao sam i 3D ispisao ultrazvučni senzor. Zatim sam ožičio i ravnomjerno pričvrstio sklopove ultrazvučnih senzora na gornji list šperploče generatora svjetlosnih ploča. Žica za omotavanje žice spuštena je do elektroničke kutije bušenjem rupa u listu šperploče. Spojio sam žičani omot na odgovarajuće pinove na Arduinu.

Bio sam pomalo razočaran performansama ultrazvučnog senzora. Radili su prilično dobro na udaljenostima između 1 cm - 30 cm, ali mjerenje udaljenosti je vrlo bučno izvan tog raspona. Kako bih poboljšao omjer signala i šuma, pokušao sam uzeti srednju vrijednost ili prosjek nekoliko mjerenja. Međutim, signal još uvijek nije bio dovoljno pouzdan, pa sam na kraju postavio granični iznos za sviranje note ili promjenu laserskog lista na 25 cm.

Korak 11: Programiranje dinamičkog laserskog vrtloga

Nakon što su ožičenje i montaža dovršeni, vrijeme je za programiranje uređaja za svjetlosnu ploču! Postoji mnogo mogućnosti, ali opća je ideja uzeti ulaze ultrazvučnih senzora i poslati signale za MIDI i upravljati laserima i servo -ovima. U svim programima rotacija daske kontrolira se okretanjem dugmeta potenciometra.

Trebat će vam dvije knjižnice: NewPing i MIDI

U privitku je cijeli Arduino kod.

Druga nagrada u Invention Challengeu 2017