ژنراتور ورق لیزری تعاملی با آردوینو: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

از لیزر می توان برای ایجاد جلوه های بصری باورنکردنی استفاده کرد. در این پروژه ، من نوع جدیدی از نمایشگر لیزری را ایجاد کردم که تعاملی بوده و موسیقی پخش می کند. این دستگاه دو لیزر را می چرخاند تا دو صفحه نور مانند گرداب ایجاد کند. سنسورهای فاصله را در دستگاه قرار دادم تا بتوانید با حرکت دست خود به سمت ورق های لیزر دستکاری کنید. با تعامل فرد با سنسورها ، دستگاه همچنین از طریق خروجی MIDI موسیقی پخش می کند. این شامل ایده هایی از چنگ های لیزری ، گرداب های لیزری و نمایشگرهای POV است.

این ابزار با آردوینو مگا کنترل می شود که ورودی های سنسورهای اولتراسونیک را گرفته و نوع ورق لیزری تشکیل شده و موسیقی تولید شده را خروجی می دهد. با توجه به آزادی های زیاد لیزرهای در حال چرخش ، تعداد زیادی الگوی ورق لیزری مختلف وجود دارد که می توان ایجاد کرد.

من طوفان فکری اولیه را روی پروژه با یک گروه هنری و فناوری جدید در سنت لوئیس به نام دودو گله انجام دادم. امره ساربک آزمایشهای اولیه ای را روی سنسورهای مورد استفاده برای تشخیص حرکت در نزدیکی دستگاه انجام داد.

اگر دستگاه ورق لیزری می سازید ، لطفاً به یاد داشته باشید که از لیزر و دیسک های چرخان ایمن استفاده کنید.

به روز رسانی 2020: متوجه شدم که سطح ایجاد شده با لیزرها یک هایپربلوئید است.

مرحله 1: فهرست عرضه

مواد

لیزر -

موتور بدون برس -

کنترل کننده الکترونیکی سرعت -

سرو موتورها -

ترانزیستورها

تخته سه لا

پلکسی گلاس

سنسورهای اولتراسونیک

Slipring -

LED های سفید -

مبدل های باک

سیم بسته بندی سیم

اتصال MIDI

پتانسیومتر و دستگیره ها -

سخت افزار - 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…

مقاومت ها

کابل های اتصال JST -

کلید تغذیه AC

منبع تغذیه 12 ولت -

چسب چوب

چسب فوق العاده

پیچ های چوبی

کابل فرمت USB -

ابزارها:

آهن لحیم کاری

سیم بر، دم باریک

جیگ دید

اره گرد

میکرومتر

مته قدرت

مرحله 2: نمای کلی و شماتیک

پرتو لیزر یک پرتو به خوبی متصل (به عنوان مثال باریک) ایجاد می کند ، بنابراین یکی از راه های تولید ورق نور حرکت سریع پرتو در برخی الگوها است. به عنوان مثال ، برای ایجاد یک صفحه نور استوانه ای ، شما باید یک لیزر را حول محور موازی با جهت آن بچرخانید. برای حرکت سریع لیزر ، می توانید لیزر را به تخته چوبی متصل به موتور DC بدون برس وصل کنید. تنها با این کار می توانید گرداب های لیزری استوانه ای خنک ایجاد کنید!

سایر پروژه های گرداب لیزری این کار را با نصب یک آینه کج در محور چرخش با لیزر ثابت به سمت آینه انجام می دهند. این باعث ایجاد مخروط ورق لیزری می شود. با این حال ، با این طرح ، به نظر می رسد که تمام ورق های لیزر از یک منشاء واحد سرچشمه می گیرند. اگر لیزرها مانند طرحی که من ساختم خارج از محور قرار بگیرند ، می توانید ورق های لیزری همگرا ایجاد کنید ، مانند شکل ساعت شنی که در فیلم نشان داده شده است.

اما اگر می خواهید صفحات روشن پویا و تعاملی باشند چه؟ برای انجام این کار ، دو لیزر را روی سروو وصل کردم و سپس سروها را روی تخته چوبی وصل کردم. اکنون سرووها می توانند زاویه لیزر را با توجه به محور چرخش موتور تنظیم کنند. با داشتن دو لیزر در دو سروو مختلف ، می توانید دو ورق نور متفاوت با دستگاه ایجاد کنید.

به منظور کنترل سرعت موتور DC ، یک پتانسیومتر را به آردوینو وصل کردم که ورودی پتانومتر را گرفته و سیگنالی را به کنترل کننده سرعت الکتریکی (ESC) خروجی می دهد. سپس ESC بسته به مقاومت پتانسیومتر ، سرعت موتور را کنترل می کند (بله ، نامی مناسب).

حالت روشن/خاموش شدن لیزر با اتصال آنها به خروجی ترانزیستور در حالت اشباع (یعنی به عنوان سوئیچ الکتریکی) کنترل می شود. یک سیگنال کنترلی به پایه ترانزیستور ارسال می شود که جریان را از طریق لیزر کنترل می کند. در اینجا یک منبع برای کنترل بار با ترانزیستور با آردوینو آمده است:

موقعیت سروها نیز با آردوینو کنترل می شود. با چرخاندن تخته ، می توان با تغییر موقعیت سروو ، ورق روشن را تغییر داد. بدون هیچ گونه ورودی کاربر ، این به تنهایی می تواند صفحات روشن پویا ایجاد کند که مسحور کننده هستند. همچنین سنسورهای اولتراسونیک در اطراف لبه دستگاه قرار دارند که برای تعیین اینکه آیا فرد دست خود را به ورق های روشن نزدیک می کند یا خیر استفاده می شود. این ورودی سپس برای جابجایی لیزرها برای ایجاد صفحات نور جدید یا تولید یک سیگنال MIDI استفاده می شود. یک جک MIDI متصل است تا سیگنال MIDI را به یک دستگاه پخش MIDI منتقل کند.

مرحله 3: کنترل موتور بدون برس با آردوینو

به منظور ایجاد ورقه های روشن مانند گرداب ، باید پرتو لیزر را بچرخانید. برای انجام این کار ، تصمیم گرفتم از موتور DC بدون برس استفاده کنم. من فهمیدم که این نوع موتورها در هواپیماها و هواپیماهای بدون سرنشین بسیار محبوب هستند ، بنابراین فکر کردم که استفاده از آنها بسیار آسان خواهد بود. در طول راه به چند مشکل برخورد کردم ، اما در کل از نحوه عملکرد موتور در پروژه راضی هستم.

اول ، موتور باید نصب شود. من به طور سفارشی قسمتی را برای نگه داشتن موتور طراحی کردم و آن را به تخته ای که دستگاه را نگه می داشت وصل کردم. بعد از ایمن شدن موتور ، موتور را به ESC وصل کردم. با توجه به آنچه من خواندم ، استفاده از موتور بدون برس بدون موتور بسیار سخت به نظر می رسد. برای چرخاندن موتور ، از آردوینو مگا استفاده کردم. در ابتدا ، من نمی توانستم موتور را بچرخانم زیرا فقط سیگنال کنترل را به 5 ولت یا زمین وصل می کردم ، بدون اینکه مقدار پایه را به درستی تنظیم کرده یا ESC را کالیبره کنم. سپس آموزش آردوینو را با پتانسیومتر و سرو موتور دنبال کردم و این باعث چرخش موتور شد! در اینجا پیوندی به آموزش آمده است:

سیم های ESC را می توان به هر نحوی به موتور بدون برس وصل کرد. شما به برخی از اتصالات پلاگین موز زن نیاز دارید. کابلهای قرمز و سیاه ضخیم تر در ESC به منبع تغذیه DC با ولتاژ 12 ولت و کابلهای سیاه و سفید روی کانکتور کنترل ESC به ترتیب به زمین و یک پین کنترل بر روی آردوینو متصل شده اند. برای یادگیری نحوه کالیبراسیون ESC این ویدئو را مشاهده کنید:

مرحله 4: ساخت شاسی ورق لیزری

پس از چرخش موتور ، نوبت به ساخت شاسی ورق سبک می رسد. من یک تکه تخته سه لا را با استفاده از دستگاه CNC برش دادم ، اما شما همچنین می توانید از اره مویی استفاده کنید. تخته سه لا سنسورهای اولتراسونیک را نگه می دارد و سوراخی در آن وجود دارد که بر روی یک تکه پلکسی قرار می گیرد. پلکسی باید با استفاده از اپوکسی به چوب متصل شود. سوراخ هایی ایجاد می شود تا حلقه لغزش از بین برود.

سپس یک صفحه دایره ای دیگر از تخته سه لا بریده می شود تا موتور بدون برس را نگه دارد. در این ورق چوب ، سوراخ هایی ایجاد می شود تا سیم ها بعداً در ساختمان عبور کنند. پس از اتصال پایه موتور و سوراخ های حفاری ، دو ورق تخته سه لا توسط تخته های 1x3 به طول 15 سانتیمتر و براکت های فلزی وصل می شوند. در عکس نحوه پلکسی گلاس بالای موتور و لیزرها را مشاهده می کنید.

مرحله 5: مونتاژ لیزر و سروو موتور

صفحات نور متغیر با حرکت لیزرها نسبت به محور چرخش ایجاد می شوند. طراحی و چاپ سه بعدی را انجام دادم که لیزر را به سروو متصل می کند و مانتی که سروو را به تخته چرخان متصل می کند. ابتدا سروو را با استفاده از دو پیچ M2 به پایه سروو متصل کنید. سپس ، یک مهره M2 را داخل پایه لیزر بکشید و یک پیچ پیچ را محکم کنید تا لیزر در جای خود باقی بماند. قبل از اتصال لیزر به سروو ، باید اطمینان حاصل کنید که سروو به موقعیت عملکرد در مرکز خود چرخانده شده است. با استفاده از آموزش سروو ، سروو را به 90 درجه هدایت کنید. سپس لیزر را مطابق تصویر با استفاده از پیچ نصب کنید. من همچنین مجبور شدم یک چسب چسب به آن اضافه کنم تا مطمئن شوم که لیزر ناخواسته جابجا نمی شود.

من از یک برش لیزری برای ایجاد تخته استفاده کردم ، ابعادی در حدود 3cm x 20cm. حداکثر اندازه ورق سبک به اندازه تخته چوبی بستگی دارد. سپس سوراخی در مرکز تخته ایجاد شد تا بر روی محور موتور بدون برس قرار گیرد.

سپس مجموعه لیزر سروو را روی تخته چسباندم تا لیزرها در مرکز قرار گیرند. اطمینان حاصل کنید که همه اجزای تخته از نظر محور چرخش تخته متعادل هستند. اتصالات JST را به لیزرها و کابل های سروو لحیم کنید تا در مرحله بعدی بتوان آنها را به لغزش متصل کرد.

سرانجام با یک واشر و مهره ، تخته را با مجموعه های لیزری-سرو متصل به موتور بدون برس وصل کنید. در این مرحله ، موتور بدون برس را آزمایش کنید تا مطمئن شوید که تخته می تواند بچرخد. مراقب باشید که موتور را زیاد تند نبرید یا دست خود را در مسیر چرخش تخته قرار ندهید.

مرحله 6: نصب Slipring

چگونه می توانید از پیچ خوردن سیم ها در حین چرخش قطعات الکترونیکی جلوگیری کنید؟ یکی از راهها استفاده از باتری برای منبع تغذیه و اتصال آن به مجموعه چرخان است ، مانند این دستورالعمل POV. راه دیگر استفاده از لغزش است! اگر قبلاً در مورد تیرکمان چیزی نشنیده اید یا از آن استفاده کرده اید ، این ویدیوی عالی را ببینید که نحوه عملکرد آن را نشان می دهد.

ابتدا انتهای دیگر اتصالات JST را به لغزشی وصل کنید. شما نمی خواهید سیم ها خیلی طولانی باشند زیرا این احتمال وجود دارد که هنگام چرخاندن تخته در چیزی گیر کنند. من لغزش را به پلکسی بالای موتور بدون برس که در سوراخ های پیچ سوراخ می شود ، وصل کردم. هنگام حفاری مواظب باشید پلکسی شکسته نشود. همچنین می توانید از برش لیزری برای ایجاد سوراخ های دقیق تر استفاده کنید. پس از اتصال لغزش ، اتصالات را وصل کنید.

در این مرحله ، می توانید سیم های لغزش را به پین های آردوینو وصل کنید تا برخی آزمایش های اولیه را با ژنراتور ورق لیزری انجام دهید.

مرحله 7: لحیم کردن قطعات الکترونیکی

من یک تخته نمونه اولیه را بریدم تا همه وسایل برقی را به هم وصل کنم. از آنجا که من از منبع تغذیه 12 ولت استفاده کردم ، باید از دو مبدل dc-dc استفاده کنم: 5 ولت برای لیزر ، سرو ، پتانسیومتر و جک MIDI و 9 ولت برای آردوینو. همه چیز همانطور که در نمودار نشان داده شده است به وسیله لحیم کاری یا پیچاندن سیم متصل شده است. سپس این برد با استفاده از حالت های PCD به قسمت چاپ سه بعدی متصل شد.

مرحله 8: ساخت جعبه الکترونیک

تمام قطعات الکترونیکی در یک جعبه چوبی قرار دارد. من چوب 1x3 را برای کناره های جعبه برش دادم ، و یک سوراخ بزرگ را در یک طرف بریدم تا سیمهای یک صفحه کنترل از طریق آن عبور کنند. کناره ها با استفاده از بلوک های کوچک چوب ، چسب چوب و پیچ به هم متصل شدند. بعد از خشک شدن چسب ، کناره های جعبه را سنباده زدم تا همه عیوب داخل جعبه یکدست شود. سپس چوب نازک را برای قسمت جلو ، عقب و پایین جعبه برش دادم. قسمت پایین آن به دو طرف میخ و قسمت جلویی و پشتی آن به جعبه چسبانده شده بود. در نهایت ، ابعاد اجزای روی پنل جلویی جعبه را اندازه گیری و برش دادم: جک کابل برق ، جک usb ، جک MIDI و پتانسیومتر.

مرحله 9: نصب وسایل الکترونیکی در جعبه

منبع تغذیه را با استفاده از پیچ ، Arduino را با استفاده از یک پایه مخصوص سفارشی و برد مدار ایجاد شده در مرحله 7 متصل کردم. پتانسیومتر و جک MIDI ابتدا با استفاده از سیم سیم پیچ به برد مدار متصل شدند و سپس به پنل جلویی جک AC به منبع تغذیه و خروجی DC منبع تغذیه به ورودی های مبدل های Buck و کابل هایی که به موتور بدون برس متصل می شوند متصل شد. موتور ، سروو و سیمهای لیزری از طریق سوراخی در تخته سه لا تا جعبه لوازم الکترونیکی عبور می کنند. قبل از برخورد با سنسورهای اولتراسونیک ، قطعات را به صورت جداگانه آزمایش کردم تا مطمئن شوم که همه چیز به درستی وصل شده است.

من در ابتدا یک جک برق AC خریدم ، اما برخی از نقدهای بسیار بد در مورد ذوب شدن آن را خواندم ، بنابراین سوراخ هایی با اندازه اشتباه در صفحه جلویی ایجاد کردم. بنابراین ، من تعدادی آداپتور جک را طراحی و چاپ کردم تا با اندازه سوراخ هایی که بریده ام مطابقت داشته باشد.

مرحله 10: نصب و سیم کشی سنسورهای اولتراسونیک

در این مرحله ، لیزرها ، سرووها ، موتور براشلس و جک MIDI همه به آردوینو متصل شده و قابل کنترل هستند. آخرین مرحله سخت افزاری اتصال سنسورهای اولتراسونیک است. سنسور اولتراسونیک را طراحی و چاپ سه بعدی کردم. سپس مجموعه های حسگر اولتراسونیک را به صورت ورودی و به طور مساوی به ورق تخته سه لا بالای ژنراتور ورق سبک وصل کردم. سیم سیم پیچ با استفاده از سوراخ در ورق تخته سه لا به جعبه لوازم الکترونیکی کشیده شد. سیم پیچ را به پین های مناسب در آردوینو وصل کردم.

از عملکرد سنسور اولتراسونیک کمی ناامید شدم. آنها برای فاصله های بین 1 تا 30 سانتی متر بسیار خوب عمل کردند ، اما اندازه گیری فاصله در خارج از این محدوده بسیار پر سر و صدا است. برای بهبود نسبت سیگنال به نویز ، میانه یا متوسط چندین اندازه گیری را انجام دادم. با این حال ، سیگنال هنوز به اندازه کافی قابل اعتماد نبود ، بنابراین من در نهایت برش را برای نوت یا تغییر ورق لیزر در 25 سانتی متر تنظیم کردم.

مرحله 11: برنامه ریزی گرداب لیزری پویا

پس از اتمام تمام سیم کشی و مونتاژ ، زمان برنامه ریزی دستگاه ورق نور است. احتمالات زیادی وجود دارد ، اما ایده کلی این است که ورودی سنسورهای اولتراسونیک را گرفته و سیگنال هایی برای MIDI و کنترل لیزرها و سرویس ها ارسال شود. در همه برنامه ها ، چرخش تخته با چرخاندن دکمه پتانسیومتر کنترل می شود.

شما به دو کتابخانه نیاز دارید: NewPing و MIDI

پیوست کد کامل آردوینو است.

جایزه دوم در چالش اختراع 2017