Máy tạo tấm Laser tương tác với Arduino: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tia laser có thể được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng hình ảnh đáng kinh ngạc. Trong dự án này, tôi đã chế tạo một loại màn hình laser mới có thể tương tác và phát nhạc. Thiết bị quay hai tia laser để tạo thành hai tấm ánh sáng giống như xoáy. Tôi đã bao gồm cảm biến khoảng cách trong thiết bị để các tấm laser có thể được điều khiển bằng cách di chuyển bàn tay của bạn về phía chúng. Khi con người tương tác với các cảm biến, thiết bị cũng phát nhạc thông qua đầu ra MIDI. Nó kết hợp các ý tưởng từ đàn hạc laser, xoáy laser và màn hình POV.

Thiết bị được điều khiển bằng Arduino Mega lấy đầu vào của cảm biến siêu âm và xuất ra loại tấm laze được hình thành và âm nhạc được tạo ra. Do có nhiều bậc tự do của laser quay, có thể tạo ra rất nhiều mẫu tấm laser khác nhau.

Tôi đã động não sơ bộ về dự án với một nhóm nghệ thuật / công nghệ mới ở St. Louis có tên là Dodo Flock. Emre Sarbek cũng đã chạy một số thử nghiệm ban đầu trên các cảm biến được sử dụng để phát hiện chuyển động gần thiết bị.

Nếu bạn chế tạo thiết bị tấm la-de, hãy nhớ vận hành an toàn la-de và đĩa quay.

Cập nhật năm 2020: Tôi nhận ra bề mặt được tạo ra bằng tia laser là một hyperboloid.

Bước 1: Danh sách cung cấp

Vật liệu

Laser -

Động cơ không chổi than -

Bộ điều khiển tốc độ điện tử -

Động cơ servo -

Linh kiện bán dẫn

Ván ép

Plexiglass

Cảm biến siêu âm

Trượt -

Đèn LED trắng -

Bộ chuyển đổi Buck

Dây quấn

Kết nối MIDI

Chiết áp và núm vặn -

Phần cứng - 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…

Điện trở

Cáp kết nối JST -

Công tắc nguồn AC

Nguồn cung cấp 12V -

Keo dán gỗ

keo siêu dính

Vít gỗ

Cáp mở rộng USB -

Công cụ:

Hàn sắt

Máy cắt dây

Cưa gá

Cưa vòng

Panme

Máy khoan điện

Bước 2: Tổng quan và sơ đồ

Một chùm tia laze tạo ra một chùm ánh sáng chuẩn trực (nghĩa là hẹp), vì vậy một cách để tạo ra một tấm ánh sáng là di chuyển nhanh chùm tia theo một số kiểu. Ví dụ, để tạo một tấm ánh sáng hình trụ, bạn sẽ quay một tia laze quanh một trục song song với hướng nó đang trỏ. Để di chuyển tia laser một cách nhanh chóng, bạn có thể gắn tia laser vào một tấm ván gỗ gắn với động cơ DC không chổi than. Chỉ với điều này, bạn có thể tạo ra các vòng xoáy laser hình trụ mát mẻ!

Các dự án tạo xoáy laser khác thực hiện được điều này bằng cách gắn một gương nghiêng theo trục quay với tia laser tĩnh hướng vào gương. Điều này tạo ra một hình nón tấm laser. Tuy nhiên, với thiết kế này, tất cả các tấm laser sẽ xuất phát từ một nguồn gốc duy nhất. Nếu các tia laser được định vị lệch trục như với thiết kế mà tôi đã xây dựng, bạn có thể tạo ra các tấm laser hội tụ, giống như hình đồng hồ cát được hiển thị trong video.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn muốn các tấm ánh sáng trở nên năng động và tương tác? Để thực hiện điều này, tôi đã gắn hai tia laser vào các Servo và sau đó gắn các Servo lên tấm ván gỗ. Giờ đây, các servo có thể điều chỉnh góc của tia laser đối với trục quay của động cơ. Bằng cách có hai tia laser trên hai servo khác nhau, bạn có thể tạo ra hai tấm ánh sáng khác nhau với thiết bị.

Để điều khiển tốc độ của động cơ DC, tôi đã kết nối một chiết áp với Arduino để lấy đầu vào của áp kế và xuất tín hiệu tới bộ điều khiển tốc độ điện (ESC). Sau đó, ESC điều khiển tốc độ của động cơ (một cái tên khá phù hợp, có), tùy thuộc vào điện trở của chiết áp.

Trạng thái bật / tắt của laser được điều khiển bằng cách kết nối chúng với bộ phát của bóng bán dẫn hoạt động ở trạng thái bão hòa (tức là hoạt động như một công tắc điện). Một tín hiệu điều khiển được gửi đến đế của bóng bán dẫn điều khiển dòng điện thông qua tia laser. Đây là nguồn điều khiển tải bằng transistor với arduino:

Vị trí của servos cũng được điều khiển bằng Arduino. Khi tấm ván quay, tấm ánh sáng có thể được điều khiển bằng cách thay đổi vị trí của servo. Không cần bất kỳ thông tin đầu vào nào của người dùng, chỉ điều này có thể tạo ra các tấm ánh sáng động đầy mê hoặc. Ngoài ra còn có các cảm biến siêu âm được đặt xung quanh cạnh của thiết bị, được sử dụng để xác định xem một người có đang đặt tay của cô ấy gần các tấm ánh sáng hay không. Đầu vào này sau đó được sử dụng để di chuyển các tia laser để tạo ra các tấm ánh sáng mới HOẶC tạo ra tín hiệu MIDI. Giắc cắm MIDI được kết nối để truyền tín hiệu MIDI đến thiết bị phát MIDI.

Bước 3: Điều khiển động cơ không chổi than với Arduino

Để tạo ra các tấm ánh sáng giống như xoáy, bạn cần phải xoay chùm tia laze. Để thực hiện điều này, tôi quyết định thử sử dụng động cơ DC không chổi than. Tôi được biết rằng những loại động cơ này thực sự phổ biến với máy bay mô hình và máy bay không người lái, vì vậy tôi nghĩ rằng nó sẽ khá dễ sử dụng. Tôi đã gặp phải một số lỗi trên đường đi, nhưng nhìn chung tôi hài lòng với cách động cơ hoạt động cho dự án.

Đầu tiên, động cơ cần được gắn. Tôi đã thiết kế riêng một phần để giữ động cơ và gắn nó vào bảng giữ thiết bị. Sau khi động cơ đã được an toàn, tôi kết nối động cơ với ESC. Từ những gì tôi đọc được, có vẻ thực sự khó khăn khi sử dụng động cơ không chổi than mà không có động cơ. Để làm cho động cơ quay, tôi đã sử dụng Arduino Mega. Ban đầu, tôi không thể làm cho động cơ quay vì tôi chỉ kết nối tín hiệu điều khiển với 5V hoặc nối đất mà không đặt đúng giá trị cơ bản hoặc hiệu chỉnh ESC. Sau đó, tôi đã làm theo một hướng dẫn Arduino với một chiết áp và động cơ servo, và điều đó đã làm cho động cơ quay! Đây là một liên kết đến hướng dẫn:

Các dây ESC thực sự có thể được kết nối theo bất kỳ cách nào với động cơ không chổi than. Bạn sẽ cần một số đầu nối phích cắm chuối cái. Cáp màu đỏ và đen dày hơn trên ESC được kết nối với nguồn điện một chiều ở 12V, và cáp đen và trắng trên đầu nối điều khiển của ESC được kết nối với đất và chân điều khiển trên Arduino, tương ứng. Xem video này để tìm hiểu cách hiệu chỉnh ESC:

Bước 4: Xây dựng Khung tấm Laser

Sau khi động cơ quay, đã đến lúc chế tạo khung xe nhẹ. Tôi cắt một miếng ván ép bằng máy CNC, nhưng bạn cũng có thể sử dụng máy cưa. Ván ép giữ các cảm biến siêu âm và có một lỗ trên đó để lắp một miếng plexiglas. Plexiglas nên được gắn vào gỗ bằng cách sử dụng epoxy. Các lỗ được khoan để vòng trượt lọt qua.

Một tấm ván ép hình tròn khác sau đó được cắt để giữ động cơ không chổi than. Trong tấm gỗ này, người ta khoan các lỗ để sau này có thể luồn dây điện vào trong quá trình thi công. Sau khi gắn giá đỡ động cơ và khoan lỗ, hai tấm ván ép được gắn với nhau bằng những tấm ván 1x3 được cắt dài khoảng 15cm và các giá đỡ bằng kim loại. Trong ảnh, bạn có thể thấy plexiglas nằm phía trên động cơ và các tia laser như thế nào.

Bước 5: Lắp ráp động cơ Laser và Servo

Các tấm ánh sáng biến đổi được tạo ra bằng cách di chuyển các tia laze đối với trục quay. Tôi đã thiết kế và in 3d một ngàm gắn tia laser vào một servo và một ngàm kết nối servo với tấm ván quay. Đầu tiên, gắn servo vào ngàm servo bằng hai vít M2. Sau đó, trượt một đai ốc M2 vào giá treo laser và vặn chặt một vít định vị để giữ cho tia laser ở đúng vị trí. Trước khi kết nối laser với servo, bạn phải đảm bảo rằng servo được xoay đến vị trí vận hành chính giữa của nó. Sử dụng hướng dẫn servo, hướng servo đến 90 độ. Sau đó gắn tia laser vào như trong hình bằng vít. Tôi cũng phải thêm một chút keo để đảm bảo rằng tia laser không bị dịch chuyển ngoài ý muốn.

Tôi đã sử dụng một máy cắt laser để tạo ra tấm ván, có kích thước khoảng 3cm x 20cm. Kích thước tối đa của tấm xuyên sáng sẽ phụ thuộc vào kích thước của tấm ván gỗ. Sau đó, một lỗ được khoan ở giữa tấm ván để nó khớp với trục động cơ không chổi than.

Tiếp theo, tôi dán cụm laser-servo lên tấm ván sao cho các tia laser được căn giữa. Đảm bảo rằng tất cả các thành phần trên tấm ván được cân bằng so với trục quay của tấm ván. Hàn JST kết nối với laser và cáp servo để chúng có thể được kết nối với dây trượt trong bước tiếp theo.

Cuối cùng, gắn tấm ván với các cụm laser-servo đi kèm vào động cơ không chổi than bằng vòng đệm và đai ốc. Tại thời điểm này, hãy kiểm tra động cơ không chổi than để đảm bảo rằng tấm ván có thể quay. Cẩn thận không điều khiển động cơ quá nhanh hoặc đặt tay vào đường quay của tấm ván.

Bước 6: Cài đặt Slipring

Bạn làm cách nào để ngăn các dây điện không bị rối khi các thiết bị điện tử quay? Một cách là sử dụng pin để cung cấp điện và kết nối nó với cụm kéo sợi, giống như trong hướng dẫn POV này. Một cách khác là sử dụng một chiếc giày trượt! Nếu bạn chưa từng nghe nói về dây đeo hoặc sử dụng dây đeo trước đây, hãy xem video tuyệt vời này để minh họa cách hoạt động của nó.

Đầu tiên, gắn các đầu khác của các đầu nối JST vào rãnh trượt. Bạn không muốn dây quá dài vì có khả năng chúng mắc vào vật gì đó khi tấm ván quay. Tôi đã gắn dây trượt vào tấm kính phía trên động cơ không chổi than để khoan lỗ cho ốc vít. Hãy cẩn thận để không làm nứt tấm kính khi khoan. Bạn cũng có thể sử dụng máy cắt laser để có các lỗ chính xác hơn. Khi dây trượt được gắn vào, hãy kết nối các đầu nối.

Tại thời điểm này, bạn có thể kết nối dây trượt với các chân của Arduino để thực hiện một số thử nghiệm sơ bộ với bộ tạo tấm laser.

Bước 7: Hàn điện tử

Tôi đã cắt một bảng nguyên mẫu để kết nối tất cả các thiết bị điện tử. Vì tôi đã sử dụng nguồn điện 12V nên tôi cần sử dụng hai bộ chuyển đổi dc-dc: 5V cho laser, servo, chiết áp và giắc cắm MIDI và 9V cho Arduino. Tất cả mọi thứ được kết nối như thể hiện trong sơ đồ bằng cách hàn hoặc quấn dây. Sau đó, bảng được kết nối với một phần được in 3d bằng cách sử dụng PCD standoffs.

Bước 8: Cấu tạo Hộp điện tử

Tất cả các thiết bị điện tử được đặt trong một hộp gỗ. Tôi cắt gỗ 1x3 cho các mặt của hộp và cắt một lỗ lớn ở một mặt để các dây trên bảng điều khiển có thể đi qua. Các mặt được kết nối bằng cách sử dụng các khối gỗ nhỏ, keo dán gỗ và đinh vít. Sau khi keo khô, tôi chà nhám các cạnh của hộp để làm đều tất cả các khuyết điểm trong hộp. Sau đó, tôi cắt gỗ mỏng cho mặt trước, mặt sau và đáy của hộp. Phần đáy được đóng đinh sang hai bên, mặt trước và mặt sau được dán vào hộp. Cuối cùng, tôi đo và khoét lỗ kích thước của các thành phần trên mặt trước của hộp: giắc cắm cáp nguồn, giắc cắm usb, giắc cắm MIDI và chiết áp.

Bước 9: Cài đặt thiết bị điện tử trong hộp

Tôi đã gắn nguồn điện vào hộp bằng vít, Arduino sử dụng ngàm được thiết kế tùy chỉnh và bảng mạch được tạo ở Bước 7. Đầu tiên chiết áp và giắc cắm MIDI được kết nối với bảng mạch bằng dây quấn, sau đó được dán vào bảng điều khiển phía trước. Giắc cắm AC được kết nối với nguồn điện và đầu ra DC của nguồn điện được kết nối với đầu vào của bộ chuyển đổi Buck và cáp kết nối với động cơ không chổi than. Sau đó, động cơ, servo và dây laser được chạy qua một lỗ trên ván ép xuống hộp điện tử. Trước khi xử lý các cảm biến siêu âm, tôi đã kiểm tra các thành phần riêng lẻ để đảm bảo rằng mọi thứ đều được kết nối chính xác.

Ban đầu tôi đã mua một giắc cắm nguồn AC, nhưng đọc một số đánh giá khá tệ về việc nó bị tan chảy nên tôi đã có các lỗ có kích thước không chính xác trên bảng điều khiển phía trước. Vì vậy, tôi đã thiết kế và in 3d một số bộ điều hợp giắc cắm để phù hợp với kích thước của các lỗ tôi đã cắt.

Bước 10: Gắn và nối dây các cảm biến siêu âm

Tại thời điểm này, các tia laser, servo, động cơ không chổi than và giắc cắm MIDI đều được kết nối và có thể được điều khiển bởi Arduino. Bước phần cứng cuối cùng là kết nối các cảm biến siêu âm. Tôi đã thiết kế và in 3d một cảm biến siêu âm. Sau đó, tôi nối dây và gắn đều các cụm cảm biến siêu âm vào tấm ván ép trên cùng của bộ tạo tấm nhẹ. Dây quấn được luồn xuống hộp điện tử bằng cách khoan lỗ trên tấm ván ép. Tôi đã kết nối dây quấn với các chân thích hợp trên Arduino.

Tôi hơi thất vọng với hiệu suất của cảm biến siêu âm. Chúng hoạt động khá tốt trong khoảng cách từ 1cm - 30cm, nhưng phép đo khoảng cách rất ồn ngoài phạm vi đó. Để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, tôi đã thử lấy giá trị trung bình hoặc trung bình của một số phép đo. Tuy nhiên, tín hiệu vẫn không đủ đáng tin cậy, vì vậy tôi đã kết thúc việc thiết lập mức cắt để phát một nốt nhạc hoặc thay đổi tấm laser ở 25cm.

Bước 11: Lập trình xoáy Laser động

Sau khi tất cả các dây và lắp ráp hoàn thành, đã đến lúc lập trình thiết bị tấm ánh sáng! Có nhiều khả năng, nhưng ý tưởng tổng thể là sử dụng đầu vào của cảm biến siêu âm và gửi tín hiệu cho MIDI và điều khiển laser và servo. Trong tất cả các chương trình, vòng quay của tấm ván được điều khiển bằng cách xoay núm chiết áp.

Bạn sẽ cần hai thư viện: NewPing và MIDI

Kèm theo là mã Arduino đầy đủ.

Giải Nhì trong Thử thách Sáng chế 2017