Trái tim của một cỗ máy (Máy chiếu vi mô Laser): 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Có thể hướng dẫn này là sự kế thừa tinh thần cho một thử nghiệm trước đó, trong đó tôi đã chế tạo một cụm lái laze gương hai trục từ các bộ phận được in 3D và các solenoids.

Lần này tôi muốn đi thật nhỏ và tôi đã may mắn tìm thấy một số mô-đun lái laser được sản xuất thương mại từ một cửa hàng dư thừa khoa học trực tuyến. Thiết kế của tôi bắt đầu giống với một con Dalek, vì vậy tôi đã bắt đầu với ý tưởng và tạo ra một con bot lấy cảm hứng từ Dalek cao hai inch có thể bắn tia laze vào bạn.

Nhưng nó không cố gắng tiêu diệt bạn - nó chỉ gửi cho bạn một số tình yêu từ trái tim cơ điện của nó!

Nếu bạn thích dự án này, hãy bình chọn cho nó trong Cuộc thi Quang học!:)

Bước 1: Một cái gì đó nhỏ từ Tiểu bang Texas

Trái tim của máy là một mô-đun TALP1000B của Texas Instruments, được mô tả như một “gương chỉ MEMS tương tự trục kép”. Điều này khá thú vị, vì vậy chúng ta hãy phân tích nó:

• Trục kép: Điều này có nghĩa là thiết bị có thể nghiêng theo trục ngang và trục dọc.
• Tương tự: Độ nghiêng dọc theo trục được điều khiển bởi điện áp tương tự, thay đổi từ -5 đến 5 volt.
• MEMS: Đây là viết tắt của Micro Electrical Mechanical System và nó có nghĩa là nó rất nhỏ!
• Gương hướng: Ở trung tâm của thiết bị là một gương trên gimbals; gương có thể được hướng một vài độ theo mỗi hướng, cho phép nó chiếu tia laser đến bất kỳ đâu trong một hình nón một vài độ.

Duyệt nhanh qua biểu dữ liệu cho thấy đây là một phần phức tạp. Ngoài bốn cuộn dây lái, còn có một bộ phát sáng, bốn cảm biến vị trí và một cảm biến nhiệt độ. Mặc dù chúng tôi sẽ không sử dụng các cảm biến, nhưng sau đây tôi sẽ chia sẻ một số bức ảnh tuyệt đẹp về chiếc TALP1000B bị hư hỏng cận cảnh.

TALP1000B đã ngừng sản xuất, nhưng bạn không thể tìm thấy nó, bạn có thể tự chế tạo một gương chiếu tia laser lớn hơn nhiều bằng cách sử dụng các kế hoạch mà tôi đã đề ra trong Tài liệu hướng dẫn trước đó của mình: các nguyên tắc hoàn toàn giống nhau, nhưng bạn cần phải xây dựng một cuộc sống -size Dalek để chứa nó!

Bước 2: Hóa đơn nguyên vật liệu

Sau đây là hóa đơn vật tư cho dự án này:

• One Texas Instruments TALP1000B (đã ngừng sản xuất)
• Một Arduino Nano
• Một trình điều khiển động cơ SparkFun - TB6612FNG kép (có tiêu đề)
• Một breadboard
• Một trimpot (1kOhms)
• Bốn dây nhảy 2,54mm đến 2mm
• Tiêu đề 0,1 "(2,54mm)
• Máy in 3D và dây tóc
• Con trỏ laser màu đỏ

Mô-đun TALPB là khó tìm nhất. Tôi đã may mắn và nhặt được một ít tại một cửa hàng thừa khoa học.

Bạn vẫn có thể tìm thấy TALPB trực tuyến với giá cắt cổ, nhưng tôi không khuyên bạn nên chi nhiều tiền cho chúng vì những lý do sau:

• Chúng rất dễ vỡ, bạn có thể cần một vài chiếc trong trường hợp bạn làm vỡ một số.
• Chúng có tần số cộng hưởng ish thấp là 100Hz, có nghĩa là bạn không thể lái chúng đủ nhanh cho các buổi trình diễn laser không nhấp nháy.
• Chúng có bề mặt được mạ vàng, có nghĩa là nó chỉ phản chiếu tia laser màu đỏ. Điều này loại trừ việc sử dụng laser xanh lá cây siêu sáng hoặc laser tím với màn hình phát sáng trong bóng tối để có tính bền bỉ.
• Mặc dù các bộ phận này có cảm biến vị trí, nhưng tôi không nghĩ Arduino đủ nhanh để điều khiển chúng với loại phản hồi vị trí.

Ý kiến của tôi là trong khi những bộ phận này cực kỳ nhỏ và chính xác, chúng dường như không đủ thực tế cho các dự án sở thích. Tôi muốn thấy cộng đồng đưa ra những thiết kế DIY tốt hơn!

Bước 3: Tạo hình cơ thể

Tôi đã lập mô hình cơ thể trong OpenSCAD và in 3D nó. Nó là một hình nón cắt ngắn với một lỗ ở phía trên, một khe ở mặt sau để lắp mô-đun TALB1000P và một lỗ sáng lớn ở phía trước.

Bạn chiếu một tia laser từ trên cao vào và nó sẽ phản chiếu ra phía trước. Cơ thể được in 3D này không chỉ trông bắt mắt mà còn có chức năng. Nó giữ mọi thứ thẳng hàng và chứa mô-đun TALB1000P mỏng manh đến kỳ lạ. Tôi đã thêm các gờ và rãnh để dễ cầm hơn sau khi tôi làm rơi một mẫu thử nghiệm ban đầu và phá hủy một mô-đun TALB1000P.

Bước 4: Nhiều cách để làm tan vỡ một trái tim

TALP1000B là một bộ phận cực kỳ mỏng manh. Một cú rơi ngắn hoặc một cú chạm bất cẩn sẽ làm hỏng bộ phận (vô tình chạm vào nó là cách tôi phá hủy mô-đun thứ hai của mình). Nó mỏng manh đến nỗi tôi ngờ rằng ngay cả một cái nhìn mạnh cũng có thể giết chết nó!

Nếu các mối nguy hiểm về thể chất là không đủ, bảng dữ liệu sẽ giải thích thêm một mối nguy hiểm:

Hãy cẩn thận để tránh quá độ dừng khởi động khi khởi động hoặc dừng điện áp ổ đĩa hình sin. Nếu người ta đặt nguồn ổ đĩa 50Hz thành điện áp tạo ra vòng quay lớn 50 Hz của gương (chuyển động cơ học từ 4 đến 5 độ) thì gương sẽ hoạt động trong nhiều nghìn giờ mà không có vấn đề gì. lên vào thời điểm khi đầu ra điện áp là đáng kể, khi đó một bước điện áp xảy ra sẽ kích thích sự cộng hưởng của gương và có thể dẫn đến góc quay khá lớn (đủ để làm cho gương va vào bảng mạch gốm đóng vai trò dừng quay). Có hai cách để tránh điều này: a) chỉ tăng hoặc giảm nguồn khi điện áp của ổ đĩa gần bằng không (thể hiện trong hình vẽ bên dưới), b) giảm biên độ của ổ đĩa sin trước khi cấp nguồn lên hoặc xuống.

Vì vậy, về cơ bản, ngay cả khi tắt nguồn điện cũng có thể phá hủy nó. Oh vey!

Bước 5: Mạch tạo nhịp tim

Mạch trình điều khiển mà tôi đã tạo cho nó bao gồm một Arduino Nano và trình điều khiển động cơ kênh đôi.

Mặc dù trình điều khiển động cơ được tạo ra cho động cơ, chúng có thể điều khiển cuộn dây từ tính dễ dàng như vậy. Khi được nối với một cuộn dây từ tính, các chức năng thuận và nghịch của trình điều khiển làm cho cuộn dây được cung cấp năng lượng theo cả chiều thuận hoặc chiều ngược lại.

Các cuộn dây trên TALP1000B yêu cầu lên đến 60mA để hoạt động. Con số này vượt quá 40mA tối đa mà Arduino có thể cung cấp, vì vậy việc sử dụng trình điều khiển là điều cần thiết.

Tôi cũng đã thêm một chậu cắt vào thiết kế của mình và điều này cho phép tôi kiểm soát biên độ của tín hiệu đầu ra. Điều này cho phép tôi quay số điện áp ổ đĩa xuống 0 trước khi tắt nguồn mạch, để tránh cộng hưởng mà biểu dữ liệu đã cảnh báo cho tôi.

Bước 6: Một trình điều khiển sẽ không hoạt động… và một trình điều khiển đó

Để xác minh rằng mạch của tôi đang xuất ra một dạng sóng mịn, tôi đã viết một chương trình thử nghiệm để xuất ra một sóng sin trên trục X và một cosin trên trục Y. Tôi đã nối từng đầu ra của mạch ổ đĩa của mình với đèn LED hai cực mắc nối tiếp với điện trở 220 ohm. Đèn LED hai cực là một loại đèn LED hai cực đặc biệt phát sáng một màu khi dòng điện chạy theo một hướng và một màu khác khi dòng điện chạy theo hướng ngược lại.

Giàn thử nghiệm này cho phép tôi quan sát sự thay đổi màu sắc và đảm bảo không có sự thay đổi nhanh chóng về màu sắc. Ngay lập tức, tôi quan sát thấy những tia chớp sáng khi một màu nhạt dần và trước khi màu kia sắp mờ dần.

Vấn đề là tôi đã sử dụng chip L9110 làm trình điều khiển động cơ. Trình điều khiển này có một chốt tốc độ PWM và một chốt định hướng, nhưng chu kỳ làm việc của tín hiệu điều khiển tốc độ PWM theo hướng thuận là nghịch đảo của chu kỳ làm việc theo hướng ngược lại.

Để xuất giá trị 0 khi bit hướng chuyển tiếp, bạn cần chu kỳ nhiệm vụ PWM 0%; nhưng khi bit hướng ngược lại, bạn cần chu kỳ nhiệm vụ PWM là 100% cho đầu ra bằng không. Điều này có nghĩa là để đầu ra không thay đổi trong quá trình thay đổi hướng, bạn phải thay đổi cả hướng và giá trị PWM cùng một lúc - điều này không thể xảy ra đồng thời, vì vậy, bất kể bạn làm theo thứ tự nào, bạn sẽ nhận được điện áp tăng đột biến khi chuyển đổi từ âm sang dương đến không.

Điều này giải thích cho những lần nhấp nháy tôi đã thấy và mạch thử nghiệm có lẽ đã cứu tôi khỏi việc phá hủy một mô-đun TALB1000B khác!

Một trình điều khiển động cơ SparkFun tiết kiệm trong ngày

Nhận thấy rằng L9110 không phải là một lựa chọn phù hợp, tôi quyết định đánh giá Trình điều khiển động cơ SparkFun - Dual TB6612FNG (mà tôi đã giành được trong một phiên bản Có thể hướng dẫn trước đó! Woot!).

Trên chip đó, PWM trên chân điều khiển tốc độ là 0% có nghĩa là đầu ra được điều khiển ở mức 0%, bất kể hướng nào. TB6612FNG có hai chân điều khiển hướng phải được lật để đảo ngược hướng, nhưng với chân PWM ở chu kỳ làm việc bằng 0, có thể an toàn khi làm như vậy thông qua trạng thái trung gian trong đó cả In1 và In2 đều ở mức CAO - điều này đặt người lái xe chuyển sang chế độ "phanh ngắn" trung gian để cung cấp năng lượng cho các cuộn dây theo bất kỳ cách nào.

Với TB6612FNG, tôi có thể có được quá trình chuyển đổi phân cực mượt mà qua số 0 mà không có bất kỳ nhấp nháy nào. Sự thành công!

Bước 7: Chạy thử nghiệm hiệu suất và phác thảo Arduino

Về nhì trong cuộc thi Quang học