Serce maszyny (mikroprojektor laserowy): 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Ten Instructable jest duchowym następcą wcześniejszego eksperymentu, w którym zbudowałem dwuosiowy lustrzany zespół sterowania laserowego z części drukowanych w 3D i solenoidów.

Tym razem chciałem zrobić mały i miałem szczęście znaleźć kilka komercyjnych modułów sterowania laserowego w internetowym sklepie z nadwyżkami naukowymi. Mój projekt zaczął przypominać Daleka, więc wpadłem na pomysł i stworzyłem dwucalowego bota inspirowanego Dalekami, który strzela w ciebie laserami.

Ale nie próbuje cię eksterminować – po prostu wysyła ci trochę miłości ze swojego elektromechanicznego serca!

Jeśli podoba Ci się ten projekt, zagłosuj na niego w Konkursie Optyki!:)

Krok 1: Coś małego ze stanu Teksas

Sercem maszyny jest moduł TALP1000B firmy Texas Instruments, opisany jako „dwuosiowe analogowe lustro wskazujące MEMS”. To całkiem niezły kęs, więc podzielmy to:

• Dwuosiowa: Oznacza to, że urządzenie może przechylać się w osi poziomej i pionowej.
• Analogowe: Nachylenie wzdłuż osi jest sterowane napięciem analogowym w zakresie od -5 do 5 woltów.
• MEMS: To oznacza Micro Electrical Mechanical System, a to oznacza, że jest bardzo mały!
• Lustro wskazujące: W centrum urządzenia znajduje się lustro na gimbali; lustro może być skierowane o kilka stopni w każdym kierunku, co pozwala na skierowanie lasera w dowolne miejsce w stożku kilku stopni.

Szybkie przeglądanie arkusza danych pokazuje, że jest to zaawansowana część. Dodatkowo cztery cewki sterujące, jest emiter światła, cztery czujniki położenia i czujnik temperatury. Chociaż nie będziemy używać czujników, później udostępnię z bliska kilka wspaniałych zdjęć uszkodzonego TALP1000B.

TALP1000B jest wycofany z produkcji, ale nie możesz go znaleźć, możesz sam zbudować znacznie większe lustro wskazujące laserem, korzystając z planów, które przedstawiłem w moim wcześniejszym Instructable: zasady są dokładnie takie same, ale musisz zbudować życie Dalek wielkości, aby go pomieścić!

Krok 2: Zestawienie materiałów

Poniżej znajduje się zestawienie materiałów dla tego projektu:

• Jeden Texas Instruments TALP1000B (wycofany)
• Jeden Arduino Nano
• Jeden sterownik silnika SparkFun - podwójny TB6612FNG (ze złączami)
• Jedna płytka do krojenia chleba
• Jeden potencjometr (1kOhm)
• Cztery przewody połączeniowe 2,54 mm do 2 mm
• Nagłówki 0,1" (2,54 mm)
• Drukarka 3D i filament
• Czerwony wskaźnik laserowy

Najtrudniej znaleźć moduł TALPB. Miałem szczęście i kupiłem kilka w sklepie z nadwyżkami naukowymi.

Nadal możesz znaleźć TALPB w Internecie po wygórowanych cenach, ale nie polecam wydawać na nie dużych pieniędzy z następujących powodów:

• Są śmiesznie kruche, możesz potrzebować kilku na wypadek, gdybyś je złamał.
• Mają niską częstotliwość rezonansową 100 Hz, co oznacza, że nie można nimi sterować wystarczająco szybko, aby wyświetlać pokazy laserowe bez migotania.
• Mają pozłacaną powierzchnię, co oznacza, że odbijają tylko czerwone lasery. To wyklucza użycie super jasnych zielonych laserów lub fioletowych laserów ze świecącymi w ciemności ekranami dla trwałości.
• Chociaż te części mają czujniki położenia, nie sądzę, aby Arduino było wystarczająco szybkie, aby sterować nimi z pewnego rodzaju sprzężeniem zwrotnym pozycyjnym.

Moim zdaniem, chociaż te części są niewiarygodnie małe i dokładne, nie wydają się być wystarczająco praktyczne do projektów hobbystycznych. Wolałbym, aby społeczność wymyślała lepsze projekty DIY!

Krok 3: Tworzenie ciała

Wymodelowałem ciało w OpenSCAD i wydrukowałem je w 3D. Jest to ścięty stożek z otworem na górze, otworem z tyłu do włożenia modułu TALB1000P i dużym otworem świetlnym z przodu.

Świecisz laserem z góry, który odbija się z przodu. Ten wydrukowany w 3D korpus nie tylko wygląda fajnie, ale jest również funkcjonalny. Utrzymuje wszystko w jednej linii i mieści śmiesznie delikatny moduł TALB1000P. Dodałem grzbiety i wybrzuszenia, aby ułatwić chwytanie po upuszczeniu wczesnego prototypu i zniszczeniu modułu TALB1000P.

Krok 4: Wiele sposobów na złamanie serca

TALP1000B to niezwykle delikatna część. Krótki upadek lub nieostrożne dotknięcie zniszczy część (przypadkowe dotknięcie powoduje zniszczenie drugiego modułu). Jest tak krucha, że podejrzewam, że nawet mocne spojrzenie może ją zabić!

Jeśli zagrożenia fizyczne nie były wystarczające, arkusz danych określa dodatkowe niebezpieczeństwo:

Należy uważać, aby uniknąć stanów przejściowych start-stop podczas uruchamiania lub zatrzymywania sinusoidalnego napięcia napędu. Jeśli ustawi się moc napędu 50 Hz na napięcie, które powoduje duży obrót lustra o częstotliwości 50 Hz (ruch mechaniczny o 4 do 5 stopni), wówczas lustro będzie działać bez problemu przez wiele tysięcy godzin. Jednakże, jeśli wyłączy się zasilanie napędu sinusoidalnego lub w górę w momencie, gdy napięcie wyjściowe jest znaczne, następuje skok napięcia, który wzbudzi rezonans lustra i może skutkować dość dużymi kątami obrotu (wystarczającymi, aby lustro uderzyło w ceramiczną płytkę drukowaną, która służy jako ogranicznik obrotu). Istnieją dwa sposoby, aby tego uniknąć: a) włączanie lub wyłączanie tylko wtedy, gdy napięcie napędu jest bliskie zeru (pokazane na poniższym rysunku), b) zmniejszenie amplitudy napędu sinus przed włączeniem lub wyłączeniem.

Tak więc, w zasadzie, nawet wyłączenie cholernej mocy może to zniszczyć. Och!

Krok 5: Obwód stymulatora

Obwód sterownika, który dla niego wykonałem, składa się z Arduino Nano i dwukanałowego sterownika silnika.

Chociaż sterowniki silników są przeznaczone do silników, mogą równie łatwo napędzać cewki magnetyczne. Po podłączeniu do cewki magnetycznej, funkcje do przodu i do tyłu sterownika powodują, że cewka jest zasilana w kierunku do przodu lub do tyłu.

Cewki w TALP1000B wymagają do działania do 60mA. To jest poza maksymalnym 40mA, które może zapewnić Arduino, więc użycie sterownika jest niezbędne.

Do mojego projektu dodałem również potencjometr, który pozwala mi kontrolować amplitudę sygnału wyjściowego. To pozwala mi zmniejszyć napięcie napędu do zera przed wyłączeniem zasilania obwodu, aby uniknąć rezonansów, o których ostrzegał mnie arkusz danych.

Krok 6: Sterownik, który nie działa… i taki, który działa

Aby sprawdzić, czy mój obwód generuje gładki przebieg, napisałem program testowy, który wyprowadza falę sinusoidalną na osi X i cosinus na osi Y. Podłączyłem każde wyjście mojego obwodu napędowego do dwubiegunowych diod LED połączonych szeregowo z rezystorem 220 omów. Dwubiegunowa dioda LED to specjalny rodzaj dwuzaciskowej diody LED, która świeci jednym kolorem, gdy prąd płynie w jednym kierunku, a innym kolorem, gdy prąd płynie w przeciwnym kierunku.

To stanowisko testowe pozwoliło mi zaobserwować zmiany koloru i upewnić się, że nie nastąpiły gwałtowne zmiany koloru. Od razu zaobserwowałem jasne błyski, gdy jeden kolor zanikał i zanim drugi kolor miał zanikać.

Problem polegał na tym, że jako sterownika silnika używałem układu L9110. Ten sterownik ma pin prędkości PWM i pin kierunkowy, ale cykl pracy sygnału sterującego prędkością PWM w kierunku do przodu jest odwrotnością cyklu pracy w kierunku odwrotnym.

Aby wyprowadzić zero, gdy bit kierunku jest do przodu, potrzebujesz cyklu pracy 0% PWM; ale gdy bit kierunku jest odwrócony, potrzebujesz cyklu pracy PWM o wartości 100% dla wyjścia zerowego. Oznacza to, że aby wyjście pozostało zero podczas zmiany kierunku, musisz jednocześnie zmienić kierunek i wartość PWM - nie może to nastąpić jednocześnie, więc bez względu na to, w jakiej kolejności to zrobisz, otrzymasz skoki napięcia przy przejściu z ujemnego na dodatnia do zera.

To wyjaśniało błyski, które widziałem, a obwód testowy prawdopodobnie uchronił mnie przed zniszczeniem kolejnego modułu TALB1000B!

Sterownik silnika SparkFun ratuje dzień

Uznając, że L9110 nie ma sensu, postanowiłem ocenić sterownik silnika SparkFun - Dual TB6612FNG (który wygrałem we wcześniejszym Instructable! Woot!).

Na tym chipie PWM na pinie kontroli prędkości 0% oznacza, że wyjścia są sterowane z 0%, niezależnie od kierunku. TB6612FNG ma dwa kołki sterujące kierunkiem, które należy odwrócić, aby odwrócić kierunek, ale z kołkiem PWM w cyklu roboczym równym zero można to zrobić bezpiecznie w stanie pośrednim, w którym zarówno In1 i In2 są WYSOKIE - to ustawienie sterownik w pośredni tryb „krótkiego hamulca”, który w jakikolwiek sposób zasila cewki.

Dzięki TB6612FNG udało mi się uzyskać płynne przejście polaryzacji poza zero bez żadnych błysków. Powodzenie!

Krok 7: Uruchamianie szkicu Arduino i testowanie wydajności

Drugie miejsce w konkursie optyki