Interaktyvus lazerinis lakštų generatorius su „Arduino“: 11 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Lazeriais galima sukurti neįtikėtinus vaizdinius efektus. Šiame projekte aš sukūriau naujo tipo lazerinį ekraną, kuris yra interaktyvus ir leidžia muziką. Prietaisas pasuka du lazerius, kad susidarytų du į sūkurį panašūs šviesos lapai. Į prietaisą įtraukiau atstumo jutiklius, kad lazerio lakštais būtų galima manipuliuoti judinant ranką link jų. Kai asmuo sąveikauja su jutikliais, prietaisas taip pat leidžia muziką per MIDI išvestį. Jame yra idėjų iš lazerinių arfų, lazerinių sūkurių ir POV ekranų.

Prietaisas valdomas naudojant „Arduino Mega“, kuri įeina į ultragarso jutiklių įvestis ir išleidžia suformuotą lazerio lakštą ir sukurtą muziką. Dėl besisukančių lazerių daugybės laisvės laipsnių galima sukurti daugybę skirtingų lazerinių lakštų modelių.

Aš iš anksto sugalvojau apie projektą kartu su nauja meno/technologijų grupe Sent Luise, pavadinimu Dodo Flock. Emre Sarbekas taip pat atliko keletą pradinių jutiklių, naudojamų judėjimui aptikti šalia prietaiso, bandymų.

Jei konstruojate lazerinio lakšto įrenginį, nepamirškite saugiai valdyti lazerių ir besisukančių diskų.

2020 m. Atnaujinimas: supratau, kad lazeriais sukurtas paviršius yra hiperboloidas.

1 žingsnis: tiekimo sąrašas

Medžiagos

Lazeriai -

Variklis be šepetėlių -

Elektroninis greičio reguliatorius -

Servo varikliai -

Tranzistoriai

Fanera

Plexiglass

Ultragarsiniai jutikliai

„Slipring“-

Balti šviesos diodai -

Buck keitikliai

Vielos apvyniojimo viela

MIDI jungtis

Potenciometras ir rankenėlės -

Techninė įranga - 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…

Rezistoriai

JST jungčių kabeliai -

Kintamosios srovės maitinimo jungiklis

12 V maitinimo šaltinis -

Medienos klijai

Super klijai

Mediniai varžtai

USB prailginimo kabelis -

Įrankiai:

Lituoklis

Vielos pjaustytuvai

Džigas pamatė

Diskinis pjūklas

Mikrometras

Elektrinis grąžtas

2 žingsnis: apžvalga ir schema

Lazerio spindulys sukuria gerai kolimuotą (t. Y. Siaurą) šviesos spindulį, todėl vienas iš būdų sukurti šviesos lapą yra greitai perkelti spindulį pagal tam tikrą modelį. Pavyzdžiui, norėdami sukurti cilindrinį šviesos lapą, pasukate lazerį aplink ašį, lygiagrečią jos rodymo krypčiai. Norėdami greitai perkelti lazerį, galite pritvirtinti lazerį prie medinės lentos, pritvirtintos prie bešepetėlio nuolatinės srovės variklio. Vien tik tai galite sukurti šaunius cilindrinius lazerinius sūkurius!

Kiti lazerio sūkuriniai projektai tai pasiekia pritvirtindami pakreiptą veidrodį prie sukimosi ašies stacionariu lazeriu, nukreiptu į veidrodį. Taip sukuriamas lazerio lakšto kūgis. Tačiau naudojant šį dizainą visi lazeriniai lakštai bus kilę iš vienos kilmės. Jei lazeriai yra išdėstyti nuo ašies, kaip ir mano sukurta konstrukcija, galite sukurti susiliejančius lazerio lakštus, tokius kaip smėlio laikrodžio forma, parodyta vaizdo įraše.

O kas, jei norite, kad šviesos lakštai būtų dinamiški ir interaktyvūs? Norėdami tai padaryti, aš pritvirtinau du lazerius ant servo ir tada pritvirtinau servo ant medinės lentos. Dabar servos gali reguliuoti lazerio kampą variklio sukimosi ašies atžvilgiu. Turėdami du lazerius ant dviejų skirtingų servo, galite sukurti du skirtingus šviesos lapus.

Norėdami valdyti nuolatinės srovės variklio greitį, prijungiau potenciometrą prie „Arduino“, kuris paima potenometro įvestį ir perduoda signalą į elektrinį greičio reguliatorių (ESC). Tada ESC valdo variklio greitį (gana tinkamas pavadinimas, taip), priklausomai nuo potenciometro varžos.

Lazerio įjungimo/išjungimo būsena valdoma prijungus juos prie prisotinto veikiančio tranzistoriaus emiterio (t. Y. Veikiančio kaip elektros jungiklis). Į tranzistoriaus pagrindą siunčiamas valdymo signalas, kuris valdo srovę per lazerį. Čia yra šaltinis, skirtas valdyti apkrovą naudojant tranzistorių su arduino:

Servo padėtis taip pat valdoma naudojant „Arduino“. Kai lenta sukasi, šviesos lapą galima valdyti keičiant servo padėtį. Be jokio vartotojo įnašo, vien tai gali sukurti dinamiškus šviesos lapus, kurie užburia. Taip pat aplink prietaiso kraštą yra ultragarso jutikliai, kurie naudojami nustatyti, ar žmogus priglaudžia ranką prie šviesos lapų. Tada ši įvestis naudojama lazeriams perkelti, kad būtų sukurti nauji šviesos lapai, arba generuoti MIDI signalą. Prijungtas MIDI lizdas MIDI signalui perduoti į MIDI grojantį įrenginį.

3 žingsnis: valdykite bešepetį variklį naudodami „Arduino“

Norėdami sukurti į sūkurį panašius šviesos lapus, turite pasukti lazerio spindulį. Norėdami tai padaryti, nusprendžiau pabandyti naudoti bešepetį nuolatinės srovės variklį. Sužinojau, kad tokio tipo varikliai yra tikrai populiarūs tarp lėktuvų ir bepiločių orlaivių, todėl supratau, kad juo bus gana paprasta naudotis. Pakeliui susidūriau su keliomis kliūtimis, tačiau apskritai esu patenkintas, kaip variklis veikia projektui.

Pirmiausia reikia sumontuoti variklį. Aš specialiai suprojektavau dalį, skirtą varikliui laikyti ir pritvirtinti prie plokštės, laikančios prietaisą. Kai variklis buvo patikimas, prijungiau variklį prie ESC. Iš to, ką skaičiau, atrodo labai sunku naudoti variklį be šepetėlių be jo. Kad variklis suktųsi, naudojau „Arduino Mega“. Iš pradžių negalėjau priversti variklio suktis, nes tik prijungiau valdymo signalą prie 5 V ar įžeminimo, tinkamai nenustačius pradinės vertės arba nekalibravus ESC. Tada aš sekiau „Arduino“pamoką su potenciometru ir servo varikliu, ir tai sukėlė variklį! Čia yra nuoroda į pamoką:

ESC laidai iš tikrųjų gali būti bet kokiu būdu prijungti prie variklio be šepetėlių. Jums reikės kai kurių moteriškų bananų kištukinių jungčių. Storesni raudoni ir juodi ESC kabeliai yra prijungti prie nuolatinės srovės maitinimo šaltinio esant 12 V įtampai, o juodi ir balti kabeliai, esantys ESC valdymo jungtyje, yra atitinkamai prijungti prie įžeminimo ir valdymo kaiščio „Arduino“. Peržiūrėkite šį vaizdo įrašą, kad sužinotumėte, kaip kalibruoti ESC:

4 žingsnis: lazerinio lakšto korpuso konstravimas

Kai variklis sukasi, atėjo laikas sukurti lengvą lakštų važiuoklę. Aš supjaustiau faneros gabalą naudodami CNC staklę, tačiau taip pat galite naudoti pjūklelį. Fanera laiko ultragarso jutiklius ir turi skylę, kad tilptų organinio stiklo gabalėlį. Plexiglas turi būti pritvirtintas prie medžio naudojant epoksidą. Išgręžiamos skylės, kad slydimo žiedas tilptų.

Tada supjaustomas kitas apskritas faneros lapas, kad būtų laikomas variklis be šepetėlių. Šiame medžio lakšte išgręžiamos skylės, kad vėliau konstrukcijos metu galėtų praeiti laidai. Pritvirtinus variklio laikiklį ir išgręžus skyles, du faneros lakštai pritvirtinami 1x3 lentomis, supjaustytomis maždaug 15 cm ilgio, ir metaliniais laikikliais. Nuotraukoje galite pamatyti, kaip organinis stiklas yra virš variklio ir lazerių.

5 žingsnis: lazerio ir servo variklio surinkimas

Kintamos šviesos lakštai sukuriami judant lazeriams sukimosi ašies atžvilgiu. Aš suprojektavau ir 3D atspausdinau laikiklį, pritvirtinantį lazerį prie servo, ir laikiklį, jungiantį servo prie besisukančios lentos. Pirmiausia pritvirtinkite servo prie servo laikiklio dviem M2 varžtais. Tada įstumkite M2 veržlę į lazerio laikiklį ir priveržkite varžtą, kad lazeris liktų vietoje. Prieš prijungdami lazerį prie servo, turite įsitikinti, kad servo mechanizmas yra pasuktas į centrinę darbinę padėtį. Naudodamiesi servo pamoka, nukreipkite servo į 90 laipsnių. Tada varžtą pritvirtinkite lazeriu, kaip parodyta paveikslėlyje. Taip pat turėjau pridėti klijų, kad lazeris netyčia nepaslinktų.

Aš panaudojau lazerinį pjaustytuvą, kad sukurtų lentą, kurios matmenys yra apie 3 cm x 20 cm. Maksimalus šviesos lakšto dydis priklausys nuo medinės lentos dydžio. Tada lentos centre buvo išgręžta skylė, kad ji tilptų ant variklio veleno be šepetėlių.

Tada aš priklijavau lazerio servo mazgą ant lentos taip, kad lazeriai būtų centre. Įsitikinkite, kad visi lentos komponentai yra subalansuoti lentos sukimosi ašies atžvilgiu. Lituokite JST jungtis prie lazerių ir servo kabelių, kad juos būtų galima prijungti prie šlepetės kitame žingsnyje.

Galiausiai pritvirtinkite lentą su pritvirtintais lazerio servo mazgais ant variklio be šepetėlių su poveržle ir veržle. Šiuo metu patikrinkite variklį be šepetėlių ir įsitikinkite, kad lenta gali suktis. Būkite atsargūs, kad nevažiuotumėte varikliu per greitai ir neįkištumėte rankos į lentos sukimosi kelią.

6 žingsnis: slydimo žiedo montavimas

Kaip užkirsti kelią laidų susipainiojimui, kai sukasi elektronika? Vienas iš būdų yra naudoti akumuliatorių maitinimo šaltiniui ir prijungti prie besisukančio mazgo, kaip nurodyta šioje POV instrukcijoje. Kitas būdas yra naudoti šlepetę! Jei dar negirdėjote apie stropą ar jo naudojote, peržiūrėkite šį puikų vaizdo įrašą, kuriame parodyta, kaip jis veikia.

Pirmiausia pritvirtinkite kitus JST jungčių galus prie šlepetės. Nenorite, kad laidai būtų per ilgi, nes yra tikimybė, kad jie gali kažką užkabinti, kai lenta sukasi. Aš pritvirtinau slydimo žiedą prie organinio stiklo virš variklio be šepetėlių, gręždamas skyles varžtams. Būkite atsargūs, kad gręždami nesulaužytumėte organinio stiklo. Taip pat galite naudoti lazerinį pjaustytuvą, kad gautumėte tikslesnes skyles. Pritvirtinus slydimo žiedą, prijunkite jungtis.

Šiuo metu galite prijungti slydimo laidus prie „Arduino“kaiščių, kad atliktumėte preliminarius lazerio lakštų generatoriaus bandymus.

7 žingsnis: Elektronikos litavimas

Iškirpau prototipo plokštę, kad prijungčiau visą elektroniką. Kadangi naudojau 12 V maitinimo šaltinį, turiu naudoti du nuolatinės srovės keitiklius: 5 V lazeriams, servo, potenciometro ir MIDI lizdo, o 9 V-„Arduino“. Viskas buvo sujungta, kaip parodyta diagramoje, lituojant arba apvyniojant viela. Tada plokštė buvo prijungta prie 3D spausdintos dalies, naudojant PCD išjungimus.

8 žingsnis: Elektronikos dėžutės sukūrimas

Visa elektronika yra medinėje dėžutėje. Dėžutės šonams pjoviau 1x3 medieną, o vienoje pusėje išpjoviau didelę angą, kad valdymo skydelio laidai galėtų praeiti. Šonai buvo sujungti naudojant mažus medžio blokus, medžio klijus ir varžtus. Po to, kai klijai išdžiūvo, nušlifavau dėžutės šonus, kad išlyginti visus dėžutės trūkumus. Tada supjaustau ploną medieną dėžutės priekiui, nugarai ir apačiai. Dugnas buvo prikaltas prie šonų, o priekis ir galas buvo priklijuoti prie dėžutės. Galiausiai išmatavau ir išpjoviau skyles, esančias dėžutės priekinio skydelio komponentų matmenyse: maitinimo kabelio lizdas, USB lizdas, MIDI lizdas ir potenciometras.

9 žingsnis: Elektronikos montavimas dėžutėje

Maitinimo šaltinį prie dėžutės prijungiau varžtais, „Arduino“- pagal užsakymą suprojektuotą laikiklį ir plokštę, sukurtą 7 veiksme. Potenciometras ir MIDI lizdas pirmiausia buvo prijungti prie plokštės, naudojant vielos apvyniojimo laidą, o po to priklijuoti prie priekinė panelė. Kintamosios srovės lizdas buvo prijungtas prie maitinimo šaltinio, o maitinimo šaltinio nuolatinė išvestis buvo prijungta prie „Buck“keitiklių įvesties ir kabelių, jungiančių variklį be šepetėlių. Tada variklio, servo ir lazerio laidai praeina per faneros skylę iki elektronikos dėžutės. Prieš pradėdamas dirbti su ultragarso jutikliais, aš išbandžiau komponentus atskirai, kad įsitikinčiau, ar viskas tinkamai prijungta.

Iš pradžių nusipirkau kintamosios srovės maitinimo lizdą, bet perskaičiau gana blogų atsiliepimų apie jo tirpimą, todėl priekiniame skydelyje buvo netinkamo dydžio skylės. Todėl suprojektavau ir 3D atspausdinau kai kuriuos lizdų adapterius, kad jie atitiktų iškirptų skylių dydį.

10 veiksmas: ultragarso jutiklių montavimas ir prijungimas

Šiuo metu lazeriai, servos, variklis be šepetėlių ir MIDI lizdas yra prijungti prie „Arduino“ir gali juos valdyti. Paskutinis aparatūros žingsnis yra prijungti ultragarso jutiklius. Suprojektavau ir 3D atspausdinau ultragarso jutiklį. Tada aš prijungiau ir tolygiai pritvirtinau ultragarso jutiklių mazgus prie viršutinio šviesos lakštų generatoriaus faneros lakšto. Vielos apvyniojimo viela buvo nuleista iki elektronikos dėžutės, gręžiant skylutes faneros lakšte. Aš prijungiau vielinį įvyniojimą prie atitinkamų „Arduino“kaiščių.

Aš buvau šiek tiek nusivylęs ultragarso jutiklio veikimu. Jie puikiai veikė atstumu nuo 1 cm iki 30 cm, tačiau atstumo matavimas yra labai triukšmingas už šio diapazono ribų. Norėdami pagerinti signalo ir triukšmo santykį, bandžiau atlikti kelių matavimų vidurkį arba vidurkį. Tačiau signalas vis tiek nebuvo pakankamai patikimas, todėl galų gale nustatiau ribą groti natai arba pakeisti lazerio lakštą 25 cm.

11 veiksmas: dinaminio lazerinio sūkurio programavimas

Užbaigus visus laidus ir surinkimą, laikas užprogramuoti šviesos lakšto įtaisą! Yra daug galimybių, tačiau bendra idėja yra paimti ultragarso jutiklių įvestis ir išsiųsti signalus MIDI bei valdyti lazerius ir servo. Visose programose lentos sukimasis valdomas sukant potenciometro rankenėlę.

Jums reikės dviejų bibliotekų: „NewPing“ir „MIDI“

Pridedamas visas „Arduino“kodas.

Antrasis prizas išradimų iššūkyje 2017 m