Jantung Mesin (Proyektor Mikro Laser): 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Instruksi ini adalah penerus spiritual dari eksperimen sebelumnya di mana saya membangun rakitan kemudi laser cermin sumbu ganda dari bagian cetakan 3D dan solenoida.

Kali ini saya ingin menjadi kecil dan saya cukup beruntung untuk menemukan beberapa modul kemudi laser yang dibuat secara komersial dari outlet surplus ilmiah online. Desain saya mulai menyerupai Dalek, jadi saya menjalankan ide tersebut dan membuat bot setinggi dua inci yang terinspirasi dari Dalek yang menembakkan laser ke arah Anda.

Tapi itu tidak mencoba untuk memusnahkan Anda-itu hanya mengirimi Anda cinta dari jantung elektro-mekanisnya!

Jika Anda menyukai proyek ini, silakan pilih dalam Kontes Optik!:)

Langkah 1: Sesuatu yang Kecil Dari Negara Bagian Texas

Inti dari mesin adalah modul TALP1000B dari Texas Instruments, yang digambarkan sebagai "cermin penunjuk MEMS analog sumbu ganda." Ini cukup seteguk, jadi mari kita uraikan:

• Sumbu ganda: Ini berarti perangkat dapat dimiringkan pada sumbu horizontal dan vertikal.
• Analog: Kemiringan sepanjang sumbu dikendalikan oleh tegangan analog, bervariasi dari -5 hingga 5 volt.
• MEMS: Ini singkatan dari Micro Electrical Mechanical System dan artinya sangat kecil!
• Cermin penunjuk: Di tengah perangkat terdapat cermin pada gimbal; cermin dapat diarahkan beberapa derajat di setiap arah, memungkinkannya mengarahkan laser ke mana saja dalam kerucut beberapa derajat.

Penelusuran cepat melalui lembar data menunjukkan bahwa ini adalah bagian yang canggih. Selain empat kumparan kemudi, ada pemancar cahaya, empat sensor posisi dan sensor suhu. Meskipun kami tidak akan menggunakan sensor, nanti saya akan membagikan beberapa foto cantik dari TALP1000B yang rusak dari dekat.

TALP1000B dihentikan, tetapi Anda tidak dapat menemukannya, Anda dapat membuat cermin penunjuk laser yang jauh lebih besar sendiri menggunakan rencana yang saya tetapkan dalam Instruksi saya sebelumnya: prinsipnya persis sama, tetapi Anda harus membangun kehidupan -ukuran Dalek untuk menampungnya!

Langkah 2: Daftar Bahan

Berikut ini adalah bill of material untuk proyek ini:

• One Texas Instruments TALP1000B (dihentikan)
• Satu Arduino Nano
• Satu Driver Motor SparkFun - Ganda TB6612FNG (dengan header)
• Satu papan tempat memotong roti
• Satu trimpot (1kOhm)
• Empat kabel jumper 2.54mm hingga 2mm
• 0.1" (2.54mm) header
• Printer 3D dan filamen
• Penunjuk laser merah

Modul TALPB adalah yang paling sulit ditemukan. Saya beruntung dan mengambil beberapa di outlet surplus ilmiah.

Anda mungkin masih menemukan TALPB online dengan harga selangit, tetapi saya tidak merekomendasikan menghabiskan banyak uang untuk itu karena alasan berikut:

• Mereka sangat rapuh, Anda mungkin perlu beberapa jika Anda memecahkannya.
• Mereka memiliki frekuensi resonansi rendah 100Hz, yang berarti Anda tidak dapat mengemudikannya cukup cepat untuk pertunjukan laser bebas kedip.
• Mereka memiliki permukaan berlapis emas, yang berarti hanya memantulkan laser merah. Ini mengesampingkan penggunaan laser hijau super terang atau laser ungu dengan layar glow-in-the-dark untuk kegigihan.
• Meskipun bagian-bagian ini memiliki sensor posisi, menurut saya Arduino tidak cukup cepat untuk menggerakkannya dengan semacam umpan balik posisi.

Pendapat saya adalah bahwa meskipun bagian-bagian ini sangat kecil dan akurat, mereka tampaknya tidak cukup praktis untuk proyek hobi. Saya lebih suka melihat komunitas membuat desain DIY yang lebih baik!

Langkah 3: Pembuatan Tubuh

Saya memodelkan bodinya di OpenSCAD dan mencetaknya secara 3D. Ini adalah kerucut terpotong dengan lubang di bagian atas, slot di bagian belakang untuk memasukkan modul TALB1000P dan lubang cahaya besar yang menganga di bagian depan.

Anda menyinari laser dari atas dan itu dipantulkan ke depan. Bodi cetak 3D ini tidak hanya terlihat keren, tetapi juga fungsional. Itu membuat semuanya selaras dan menampung modul TALB1000P yang sangat rapuh. Saya menambahkan tonjolan dan tonjolan agar lebih mudah digenggam setelah saya menjatuhkan prototipe awal dan menghancurkan modul TALB1000P.

Langkah 4: Banyak Cara untuk Mematahkan Hati

TALP1000B adalah bagian yang sangat rapuh. Jatuh pendek atau sentuhan ceroboh akan merusak bagian itu (menyentuhnya secara tidak sengaja adalah cara saya menghancurkan modul kedua saya). Itu sangat rapuh sehingga saya curiga bahkan pandangan yang kuat dapat membunuhnya!

Jika bahaya fisik tidak cukup, lembar data menjelaskan bahaya tambahan:

Berhati-hatilah untuk menghindari transien mulai berhenti saat memulai atau menghentikan tegangan penggerak sinusoidal. Jika seseorang menyetel daya penggerak 50Hz ke tegangan yang menghasilkan rotasi cermin besar 50 Hz (4 hingga 5 derajat gerakan mekanis) maka cermin akan beroperasi selama ribuan jam tanpa masalah. Namun, jika daya catu daya penggerak sinus turun atau naik pada saat tegangan keluaran signifikan, maka terjadi langkah tegangan yang akan menggairahkan resonansi cermin dan dapat menghasilkan sudut putar yang cukup besar (cukup menyebabkan cermin membentur papan sirkuit keramik yang berfungsi sebagai penghentian putaran). Ada dua cara untuk menghindari hal ini: a) power up atau down hanya ketika tegangan drive mendekati nol (ditunjukkan pada gambar di bawah), b) mengurangi amplitudo drive sinus sebelum powering naik atau turun.

Jadi, pada dasarnya, bahkan mematikan kekuatan sialan itu bisa merusaknya. Oh ya!

Langkah 5: Sirkuit Pacu Jantung

Rangkaian driver yang saya buat untuk itu terdiri dari Arduino Nano dan driver motor dual channel.

Meskipun driver motor dibuat untuk motor, mereka dapat menggerakkan kumparan magnet dengan mudah. Ketika dihubungkan ke kumparan magnet, fungsi maju dan mundur dari driver menyebabkan kumparan diberi energi baik dalam arah maju atau mundur.

Kumparan pada TALP1000B membutuhkan hingga 60mA untuk berfungsi. Ini melebihi 40mA maksimum yang dapat disediakan Arduino, jadi penggunaan driver sangat penting.

Saya juga menambahkan pot trim ke desain saya dan ini memungkinkan saya untuk mengontrol amplitudo sinyal output. Ini memungkinkan saya untuk menurunkan tegangan drive ke nol sebelum mematikan sirkuit, untuk menghindari resonansi yang diperingatkan oleh lembar data kepada saya.

Langkah 6: Pengemudi yang Tidak Berfungsi… dan Yang Berfungsi

Untuk memverifikasi bahwa rangkaian saya mengeluarkan bentuk gelombang halus, saya menulis program uji untuk mengeluarkan gelombang sinus pada sumbu X dan kosinus pada sumbu Y. Saya menghubungkan setiap output dari rangkaian drive saya ke LED bi-polar secara seri dengan resistor 220 ohm. LED bi-polar adalah jenis khusus dari LED dua terminal yang bersinar satu warna saat arus mengalir ke satu arah dan warna lain saat arus mengalir ke arah yang berlawanan.

Alat uji ini memungkinkan saya untuk mengamati perubahan warna dan memastikan tidak ada perubahan warna yang cepat. Langsung saja, saya mengamati kilatan terang saat satu warna memudar dan sebelum warna lain hampir memudar.

Masalahnya saya selama ini menggunakan chip L9110 sebagai driver motor. Driver ini memiliki pin kecepatan PWM dan pin arah, tetapi duty-cycle dari sinyal kontrol kecepatan PWM di arah maju adalah kebalikan dari duty-cycle di arah sebaliknya.

Untuk menghasilkan nol saat bit arah maju, Anda memerlukan siklus tugas PWM 0%; tetapi ketika bit arah terbalik, Anda memerlukan siklus tugas PWM 100% untuk output nol. Ini berarti bahwa agar output tetap nol selama perubahan arah, Anda harus mengubah arah dan nilai PWM sekaligus-ini tidak dapat terjadi secara bersamaan, jadi apa pun urutannya, Anda mendapatkan lonjakan tegangan saat transisi dari negatif ke positif melalui nol.

Ini menjelaskan kilatan yang saya lihat dan sirkuit uji mungkin menyelamatkan saya dari penghancuran modul TALB1000B lain!

Pengemudi motor SparkFun menyelamatkan hari

Menemukan bahwa L9110 tidak boleh digunakan, saya memutuskan untuk mengevaluasi Driver Motor SparkFun - Dual TB6612FNG (yang telah saya menangkan di Instructable! Woot!).

Pada chip itu, PWM pada pin kontrol kecepatan 0% berarti output digerakkan pada 0%, terlepas dari arahnya. TB6612FNG memiliki dua pin kontrol arah yang harus dibalik untuk membalikkan arah, tetapi dengan pin PWM pada siklus tugas nol, aman untuk melakukannya melalui keadaan perantara di mana In1 dan In2 TINGGI-ini menempatkan pengemudi ke mode "rem pendek" perantara yang memberi energi pada kumparan dengan cara apa pun.

Dengan TB6612FNG, saya bisa mendapatkan transisi polaritas yang mulus melewati nol tanpa berkedip. Kesuksesan!

Langkah 7: Menjalankan Sketsa Arduino dan Pengujian Kinerja

Runner Up dalam Kontes Optik