Generator Lembar Laser Interaktif Dengan Arduino: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Laser dapat digunakan untuk membuat efek visual yang luar biasa. Dalam proyek ini, saya membuat jenis layar laser baru yang interaktif dan memutar musik. Perangkat memutar dua laser untuk membentuk dua lembar cahaya seperti pusaran. Saya menyertakan sensor jarak di perangkat sehingga lembaran laser dapat dimanipulasi dengan menggerakkan tangan Anda ke arahnya. Saat orang tersebut berinteraksi dengan sensor, perangkat juga memutar musik melalui output MIDI. Ini menggabungkan ide-ide dari kecapi laser, pusaran laser, dan tampilan POV.

Instrumen dikendalikan dengan Arduino Mega yang mengambil input dari sensor ultrasonik dan mengeluarkan jenis lembaran laser yang terbentuk dan musik yang dihasilkan. Karena banyaknya derajat kebebasan dari laser pemintalan, ada banyak sekali pola lembaran laser yang berbeda yang dapat dibuat.

Saya melakukan brainstorming awal pada proyek dengan kelompok seni/teknologi baru di St. Louis bernama Dodo Flock. Emre Sarbek juga menjalankan beberapa tes awal pada sensor yang digunakan untuk mendeteksi gerakan di dekat perangkat.

Jika Anda membuat perangkat lembaran laser, harap ingat untuk mengoperasikan laser dan cakram pemintalan dengan aman.

Pembaruan 2020: Saya menyadari bahwa permukaan yang dibuat dengan laser adalah hiperboloid.

Langkah 1: Daftar Pasokan

Bahan:

Laser -

Motor tanpa sikat -

Pengontrol kecepatan elektronik -

Motor servo -

transistor

Kayu lapis

kaca plexiglass

Sensor ultrasonik

Tergelincir -

LED Putih -

Konverter uang

Kawat bungkus kawat

konektor MIDI

Potensiometer dan kenop -

Perangkat Keras - 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…

Resistor

Kabel konektor JST -

saklar daya AC

Catu daya 12V -

Lem kayu

lem super

Sekrup kayu

Kabel ekstensi USB -

Peralatan:

Besi solder

Pemotong kawat

gergaji ukir

Gergaji

Mikrometer

Bor motor

Langkah 2: Ikhtisar dan Skema

Sinar laser menciptakan sinar cahaya yang terkolimasi dengan baik (yaitu sempit), jadi salah satu cara untuk menghasilkan selembar cahaya adalah dengan cepat memindahkan sinar dalam beberapa pola. Misalnya, untuk membuat lembaran cahaya silinder, Anda akan memutar laser di sekitar sumbu yang sejajar dengan arah yang ditunjuknya. Untuk memindahkan laser dengan cepat, Anda dapat menempelkan laser ke papan kayu yang dipasang pada motor DC tanpa sikat. Dengan ini saja, Anda dapat membuat pusaran laser silinder yang keren!

Proyek pusaran laser lainnya mencapai ini dengan memasang cermin miring pada sumbu rotasi dengan laser stasioner yang diarahkan ke cermin. Ini menciptakan kerucut lembaran laser. Namun, dengan desain ini, semua lembaran laser akan tampak berasal dari satu sumber. Jika laser diposisikan di luar sumbu seperti dengan desain yang saya buat, Anda dapat membuat lembaran laser konvergen, seperti bentuk jam pasir yang ditunjukkan dalam video.

Tetapi bagaimana jika Anda ingin lembaran cahaya menjadi dinamis dan interaktif? Untuk mencapai ini, saya memasang dua laser ke servos dan kemudian memasang servos ke papan kayu. Sekarang servos dapat menyesuaikan sudut laser sehubungan dengan sumbu rotasi motor. Dengan memiliki dua laser pada dua servo yang berbeda, Anda dapat membuat dua lembar cahaya yang berbeda dengan perangkat.

Untuk mengontrol kecepatan motor DC, saya menghubungkan potensiometer ke Arduino yang mengambil input potensiometer dan mengeluarkan sinyal ke pengontrol kecepatan listrik (ESC). ESC kemudian mengontrol kecepatan motor (nama yang agak tepat, ya), tergantung pada resistansi potensiometer.

Status on/off laser dikontrol dengan menghubungkannya ke emitor transistor yang beroperasi dalam saturasi (yaitu, beroperasi sebagai sakelar listrik). Sinyal kontrol dikirim ke basis transistor yang mengontrol arus melalui laser. Berikut adalah sumber untuk mengontrol beban dengan transistor dengan arduino:

Posisi servo juga dikontrol dengan Arduino. Saat papan berputar, lembaran cahaya dapat dimanipulasi dengan mengubah posisi servo. Tanpa masukan pengguna, ini saja dapat membuat lembaran cahaya dinamis yang memesona. Ada juga sensor ultrasonik yang ditempatkan di sekitar tepi perangkat, yang digunakan untuk menentukan apakah seseorang meletakkan tangannya di dekat lembaran lampu. Masukan ini kemudian digunakan untuk menggerakkan laser untuk membuat lembaran cahaya baru ATAU menghasilkan sinyal MIDI. Jack MIDI terhubung untuk mengirimkan sinyal MIDI ke perangkat pemutar MIDI.

Langkah 3: Mengontrol Motor Brushless Dengan Arduino

Untuk membuat lembaran cahaya seperti pusaran, Anda perlu memutar sinar laser. Untuk mencapai ini, saya memutuskan untuk mencoba menggunakan motor DC brushless. Saya mengetahui bahwa jenis motor ini sangat populer dengan model pesawat terbang dan drone, jadi saya pikir itu akan sangat mudah digunakan. Saya mengalami beberapa hambatan di sepanjang jalan, tetapi secara keseluruhan saya senang dengan cara kerja motor untuk proyek tersebut.

Pertama, motor perlu dipasang. Saya merancang bagian khusus untuk menahan motor dan memasangnya ke papan yang menahan perangkat. Setelah motor aman, saya sambungkan motor ke ESC. Dari apa yang saya baca, kedengarannya sangat sulit untuk menggunakan motor tanpa sikat tanpa motor. Untuk membuat motor berputar, saya menggunakan Arduino Mega. Awalnya, saya tidak bisa memutar motor karena saya hanya menghubungkan sinyal kontrol ke 5V atau ground, tanpa menetapkan nilai dasar atau mengkalibrasi ESC dengan benar. Saya kemudian mengikuti tutorial Arduino dengan potensiometer dan motor servo, dan itu membuat motor berputar! Berikut ini tautan ke tutorialnya:

Kabel ESC sebenarnya dapat dihubungkan dengan cara apa pun ke motor tanpa sikat. Anda akan membutuhkan beberapa konektor steker pisang betina. Kabel merah dan hitam yang lebih tebal pada ESC terhubung ke catu daya DC pada 12V, dan kabel hitam dan putih pada konektor kontrol ESC masing-masing terhubung ke ground dan pin kontrol pada Arduino. Lihat video ini untuk mempelajari cara mengkalibrasi ESC:

Langkah 4: Membangun Sasis Lembar Laser

Setelah motor berputar, sekarang saatnya untuk membangun sasis lembaran ringan. Saya memotong sepotong kayu lapis menggunakan mesin CNC, tetapi Anda juga dapat menggunakan gergaji ukir. Kayu lapis memegang sensor ultrasonik dan memiliki lubang di dalamnya agar sesuai dengan sepotong plexiglas. Plexiglas harus direkatkan ke kayu menggunakan epoksi. Lubang dibor agar slip-ring bisa masuk.

Lembar kayu lapis melingkar lainnya kemudian dipotong untuk menahan motor tanpa sikat. Di lembaran kayu ini, lubang dibor sehingga kabel bisa masuk nanti dalam konstruksi. Setelah memasang dudukan motor dan lubang bor, kedua lembar kayu lapis itu diikat dengan papan berukuran 1x3 yang dipotong sekitar 15 cm dan braket logam. Dalam foto tersebut, Anda dapat melihat bagaimana kaca plexiglass berada di atas motor dan laser.

Langkah 5: Perakitan Motor Laser dan Servo

Lembaran cahaya variabel dibuat dengan menggerakkan laser sehubungan dengan sumbu rotasi. Saya merancang dan mencetak 3d dudukan yang menempelkan laser ke servo dan dudukan yang menghubungkan servo ke papan pemintalan. Pertama pasang servo ke dudukan servo menggunakan dua sekrup M2. Kemudian, geser mur M2 ke dalam dudukan laser, dan kencangkan satu set sekrup untuk menjaga laser tetap di tempatnya. Sebelum menghubungkan laser ke servo, Anda harus memastikan bahwa servo diputar ke posisi operasi tengahnya. Menggunakan tutorial servo, arahkan servo ke 90 derajat. Kemudian pasang laser seperti yang ditunjukkan pada gambar menggunakan sekrup. Saya juga harus menambahkan setetes lem untuk memastikan bahwa laser tidak bergeser secara tidak sengaja.

Saya menggunakan pemotong laser untuk membuat papan, yang memiliki dimensi sekitar 3cm x 20cm. Ukuran maksimum lembaran cahaya akan tergantung pada ukuran papan kayu. Sebuah lubang kemudian dibor di tengah papan sehingga pas dengan poros motor tanpa sikat.

Selanjutnya saya menempelkan rakitan servo laser ke papan sehingga laser berada di tengah. Pastikan semua komponen pada papan seimbang terhadap sumbu rotasi papan. Solder konektor JST ke laser dan kabel servo sehingga dapat dihubungkan ke slipring pada langkah berikutnya.

Terakhir, pasang papan dengan rakitan servo laser terpasang ke motor tanpa sikat dengan mesin cuci dan mur. Pada titik ini, uji motor brushless untuk memastikan bahwa papan dapat berputar. Berhati-hatilah untuk tidak mengendarai motor terlalu cepat atau meletakkan tangan Anda di jalur putaran papan.

Langkah 6: Memasang Slipring

Bagaimana Anda mencegah kabel kusut saat elektronik berputar? Salah satu caranya adalah dengan menggunakan baterai untuk catu daya dan menghubungkannya ke rakitan pemintalan, seperti dalam instruksi POV ini. Cara lain adalah dengan menggunakan slipring! Jika Anda belum pernah mendengar tentang slingring atau menggunakannya sebelumnya, lihat video hebat ini yang menunjukkan cara kerjanya.

Pertama, pasang ujung lain dari konektor JST ke slipring. Anda tidak ingin kabel terlalu panjang karena berpotensi tersangkut pada sesuatu saat papan berputar. Saya memasang slipring ke plexiglass di atas motor tanpa sikat yang akan dibor lubang untuk sekrup. Berhati-hatilah agar kaca plexiglass tidak retak saat mengebor. Anda juga dapat menggunakan pemotong laser untuk mendapatkan lubang yang lebih presisi. Setelah slipring terpasang, sambungkan konektor.

Pada titik ini, Anda dapat menghubungkan kabel slipring ke pin Arduino untuk melakukan beberapa tes pendahuluan dengan generator lembaran laser.

Langkah 7: Menyolder Elektronik

Saya memotong papan prototipe untuk menghubungkan semua elektronik. Karena saya menggunakan catu daya 12V, saya perlu menggunakan dua konverter dc-dc: 5V untuk laser, servos, potensiometer, dan jack MIDI, dan 9V untuk Arduino. Semuanya terhubung seperti yang ditunjukkan diagram dengan menyolder atau membungkus kawat. Papan tersebut kemudian dihubungkan ke bagian cetakan 3d menggunakan standoff PCD.

Langkah 8: Membangun Kotak Elektronik

Semua barang elektronik disimpan dalam kotak kayu. Saya memotong kayu 1x3 untuk sisi kotak, dan memotong lubang besar di satu sisi sehingga kabel pada panel kontrol bisa masuk. Sisi-sisinya dihubungkan menggunakan balok kayu kecil, lem kayu, dan sekrup. Setelah lem mengering, saya mengampelas sisi-sisi kotak untuk meratakan semua ketidaksempurnaan di dalam kotak. Kemudian saya memotong kayu tipis untuk bagian depan, belakang, dan bawah kotak. Bagian bawah dipaku ke samping, dan bagian depan dan belakang direkatkan ke kotak. Akhirnya, saya mengukur dan melubangi dimensi komponen pada panel depan kotak: colokan kabel daya, colokan usb, colokan MIDI, dan potensiometer.

Langkah 9: Memasang Elektronik di dalam Kotak

Saya memasang catu daya ke kotak menggunakan sekrup, Arduino menggunakan dudukan yang dirancang khusus, dan papan sirkuit dibuat pada Langkah 7. Potensiometer dan jack MIDI pertama-tama dihubungkan ke papan sirkuit menggunakan kawat pembungkus kawat, dan kemudian direkatkan ke panel depan. Jack AC terhubung ke catu daya, dan output DC dari catu daya terhubung ke input konverter Buck dan kabel yang terhubung ke motor brushless. Motor, servo, dan kabel laser kemudian dijalankan melalui lubang di kayu lapis ke kotak elektronik. Sebelum berurusan dengan sensor ultrasonik, saya menguji komponen satu per satu untuk memastikan semuanya terhubung dengan benar.

Saya awalnya membeli colokan listrik AC, tetapi membaca beberapa ulasan yang sangat buruk tentangnya yang meleleh jadi saya memiliki lubang yang salah ukuran di panel depan. Oleh karena itu, saya merancang dan mencetak 3d beberapa adaptor jack agar sesuai dengan ukuran lubang yang saya potong.

Langkah 10: Memasang dan Menghubungkan Sensor Ultrasonik

Pada titik ini, laser, servos, motor brushless, dan jack MIDI semuanya terhubung dan dapat dikontrol oleh Arduino. Langkah perangkat keras terakhir adalah menghubungkan sensor ultrasonik. Saya merancang dan mencetak 3d sensor ultrasonik. Saya kemudian memasang kabel dan memasang secara merata rakitan sensor ultrasonik ke lembaran kayu lapis atas generator lembaran cahaya. Kawat pembungkus kawat diturunkan ke kotak elektronik dengan mengebor lubang di lembaran kayu lapis. Saya menghubungkan bungkus kawat ke pin yang sesuai di Arduino.

Saya sedikit kecewa dengan kinerja sensor ultrasonik. Mereka bekerja cukup baik untuk jarak antara 1cm - 30cm, tetapi pengukuran jarak sangat bising di luar kisaran itu. Untuk meningkatkan rasio sinyal terhadap noise, saya mencoba mengambil median atau rata-rata dari beberapa pengukuran. Namun, sinyalnya masih belum cukup dapat diandalkan, jadi saya akhirnya menyetel cut-off untuk memainkan nada atau mengganti lembaran laser pada 25cm.

Langkah 11: Memprogram Dynamic Laser Vortex

Setelah semua pemasangan kabel dan perakitan selesai, sekarang saatnya untuk memprogram perangkat lembaran cahaya! Ada banyak kemungkinan, tetapi ide keseluruhannya adalah mengambil input dari sensor ultrasonik dan mengirimkan sinyal untuk MIDI dan mengendalikan laser dan servo. Di semua program, rotasi papan dikendalikan dengan memutar kenop potensiometer.

Anda akan membutuhkan dua perpustakaan: NewPing dan MIDI

Terlampir adalah kode Arduino lengkap.

Hadiah Kedua di Invention Challenge 2017