Penjana Lembaran Laser Interaktif Dengan Arduino: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Laser boleh digunakan untuk menghasilkan kesan visual yang luar biasa. Dalam projek ini, saya membina paparan laser jenis baru yang interaktif dan memainkan muzik. Peranti memutar dua laser untuk membentuk dua kepingan cahaya seperti pusaran. Saya memasukkan sensor jarak ke dalam peranti supaya kepingan laser dapat dimanipulasi dengan menggerakkan tangan anda ke arahnya. Semasa orang itu berinteraksi dengan sensor, peranti ini juga memainkan muzik melalui output MIDI. Ia menggabungkan idea dari kecapi laser, pusaran laser, dan paparan POV.

Instrumen ini dikendalikan dengan Arduino Mega yang mengambil input sensor ultrasonik dan mengeluarkan jenis lembaran laser yang terbentuk dan muzik yang dihasilkan. Kerana banyak darjah kebebasan laser berputar, terdapat banyak corak kepingan laser yang boleh dibuat.

Saya melakukan sumbang saran awal pada projek itu dengan kumpulan seni / teknologi baru di St. Louis yang dipanggil Dodo Flock. Emre Sarbek juga menjalankan beberapa ujian awal pada sensor yang digunakan untuk mengesan pergerakan di dekat peranti.

Sekiranya anda membina peranti kepingan laser, jangan lupa untuk menggunakan laser dan cakera berputar yang selamat.

Kemas kini 2020: Saya menyedari permukaan yang dibuat dengan laser adalah hiperboloid.

Langkah 1: Senarai Bekalan

Bahan

Laser -

Motor tanpa berus -

Pengawal kelajuan elektronik -

Motor servo -

Transistor

Papan lapis

Plexiglass

Sensor ultrasonik

Slipring -

LED Putih -

Penukar Buck

Kawat balut wayar

Penyambung MIDI

Potensiometer dan tombol -

Perkakasan - https://www.amazon.com/gp/product/B01J7IUBG8/ref=o…https://www.amazon.com/gp/product/B06WLMQZ5N/ref=o…https://www.amazon. com / gp / produk / B06XQMBDMX / ref = o…

Perintang

Kabel penyambung JST -

Suis kuasa AC

Bekalan kuasa 12V -

Gam kayu

Lem super

Skru kayu

Kabel sambungan USB -

Alat:

Besi pematerian

Pemotong wayar

Jig melihat

Gergaji bulat

Mikrometer

Latihan kuasa

Langkah 2: Gambaran Keseluruhan dan Skematik

Sinar laser menghasilkan pancaran cahaya yang disatukan dengan baik (jadi sempit), jadi salah satu cara untuk menghasilkan lembaran cahaya adalah dengan cepat memindahkan pancaran dalam beberapa corak. Sebagai contoh, untuk membuat kepingan cahaya silinder, anda akan memutar laser di sekitar paksi yang selari dengan arah yang ditunjuknya. Untuk menggerakkan laser dengan cepat, anda boleh memasang laser ke papan kayu yang dipasang pada motor DC tanpa berus. Dengan ini sahaja, anda boleh membuat pusaran laser silinder sejuk!

Projek pusaran laser lain menyelesaikannya dengan memasang cermin condong pada paksi putaran dengan laser pegun yang diarahkan ke cermin. Ini menghasilkan kon kepingan laser. Walau bagaimanapun, dengan reka bentuk ini, semua kepingan laser nampaknya berasal dari satu asal. Sekiranya laser diposisikan dari paksi seperti dengan reka bentuk yang saya buat, anda dapat membuat kepingan laser yang bersatu, seperti bentuk jam pasir yang ditunjukkan dalam video.

Tetapi bagaimana jika anda mahu helaian cahaya dinamik dan interaktif? Untuk mencapai ini, saya memasang dua laser ke servo dan kemudian memasang servo ke papan kayu. Kini servo dapat menyesuaikan sudut laser berkenaan dengan paksi putaran motor. Dengan menggunakan dua laser pada dua servo yang berbeza, anda boleh membuat dua helai cahaya yang berbeza dengan peranti.

Untuk mengawal kelajuan motor DC, saya menghubungkan potensiometer ke Arduino yang mengambil input potenometer dan mengeluarkan isyarat ke pengawal kelajuan elektrik (ESC). ESC kemudian mengawal kelajuan motor (nama yang agak sesuai, ya), bergantung pada ketahanan potensiometer.

Keadaan hidup / mati laser dikawal dengan menghubungkannya ke pemancar transistor yang beroperasi dalam tepu (iaitu beroperasi sebagai suis elektrik). Isyarat kawalan dihantar ke dasar transistor yang mengawal arus melalui laser. Berikut adalah sumber untuk mengawal beban dengan transistor dengan arduino:

Kedudukan servo juga dikawal dengan Arduino. Semasa papan berputar, lembaran cahaya dapat dimanipulasi dengan mengubah posisi servo. Tanpa input pengguna, ini sahaja dapat membuat helaian cahaya dinamik yang memukau. Terdapat juga sensor ultrasonik yang diposisikan di sekitar pinggir peranti, yang digunakan untuk menentukan apakah seseorang meletakkan tangannya dekat dengan cadar cahaya. Input ini kemudian digunakan untuk menggerakkan laser untuk membuat kepingan cahaya baru ATAU menghasilkan isyarat MIDI. Soket MIDI disambungkan untuk menghantar isyarat MIDI ke peranti bermain MIDI.

Langkah 3: Mengawal Motor Tanpa Berus Dengan Arduino

Untuk membuat kepingan cahaya seperti pusaran, anda perlu memutarkan sinar laser. Untuk mencapai ini, saya memutuskan untuk mencuba menggunakan motor DC tanpa berus. Saya belajar bahawa jenis motor ini sangat popular dengan pesawat dan drone model, jadi saya fikir ia akan mudah digunakan. Saya mengalami beberapa masalah di sepanjang jalan, tetapi secara keseluruhan saya gembira dengan cara motor berfungsi untuk projek ini.

Pertama, motor perlu dipasang. Saya secara khusus merancang bahagian untuk memegang motor dan memasangkannya ke papan yang memegang peranti. Setelah motor selamat, saya menyambungkan motor ke ESC. Dari apa yang saya baca, terdengar sangat sukar untuk menggunakan motor tanpa berus tanpa satu. Untuk membuat putaran motor, saya menggunakan Arduino Mega. Pada mulanya, saya tidak dapat memutar motor kerana saya hanya menyambungkan isyarat kawalan ke 5V atau tanah, tanpa menetapkan nilai garis dasar atau mengkalibrasi ESC dengan betul. Saya kemudian mengikuti tutorial Arduino dengan potensiometer dan motor servo, dan motor itu berputar! Berikut adalah pautan ke tutorial:

Wayar ESC sebenarnya boleh dihubungkan dengan motor tanpa berus dengan cara apa pun. Anda memerlukan beberapa penyambung palam pisang wanita. Kabel merah dan hitam yang lebih tebal pada ESC disambungkan ke bekalan kuasa DC pada 12V, dan kabel hitam dan putih pada penyambung kawalan ESC masing-masing disambungkan ke tanah dan pin kawalan pada Arduino. Lihat video ini untuk mengetahui cara mengkalibrasi ESC:

Langkah 4: Membina Casis Lembaran Laser

Setelah motor berputar, inilah masanya untuk membina casis lembaran cahaya. Saya memotong sekeping papan lapis menggunakan mesin CNC, tetapi anda juga boleh menggunakan jig saw. Papan lapis memegang sensor ultrasonik dan mempunyai lubang di dalamnya agar sesuai dengan sekeping plexiglas. Plexiglas harus dilekatkan pada kayu menggunakan epoksi. Lubang digerudi agar cincin gelincir masuk.

Satu lagi kepingan papan lapis bulat kemudian dipotong untuk menahan motor tanpa berus. Dalam kepingan kayu ini, lubang digerudi sehingga wayar dapat dilalui kemudian dalam pembinaan. Setelah memasang pelekap motor dan lubang penggerudian, dua kepingan papan lapis dilekatkan dengan papan 1x3 yang dipotong kira-kira 15cm panjang dan pendakap logam. Dalam foto, anda dapat melihat bagaimana plexiglas berada di atas motor dan laser.

Langkah 5: Pemasangan Laser dan Motor Servo

Lembaran cahaya berubah-ubah dibuat dengan laser bergerak sehubungan dengan paksi putaran. Saya merancang dan mencetak 3d pelekap yang memasang laser ke servo dan pemasangan yang menghubungkan servo ke papan pemintal. Pertama pasangkan servo ke servo mount menggunakan dua skru M2. Kemudian, masukkan mur M2 ke dalam pelekap laser, dan ketatkan sekrup set untuk memastikan laser tetap di tempatnya. Sebelum menyambungkan laser ke servo, anda mesti memastikan bahawa servo diputar ke kedudukan operasi yang berpusat. Dengan menggunakan tutorial servo, arahkan servo ke 90 darjah. Kemudian pasangkan laser seperti yang ditunjukkan dalam gambar menggunakan skru. Saya juga perlu menambahkan gam untuk memastikan laser tidak bergeser secara tidak sengaja.

Saya menggunakan pemotong laser untuk membuat papan, yang mempunyai dimensi sekitar 3cm x 20cm. Ukuran maksimum kepingan cahaya akan bergantung pada ukuran papan kayu. Lubang kemudian digerudi di tengah papan sehingga terpasang pada batang motor tanpa berus.

Seterusnya saya menempelkan pemasangan laser-servo ke papan sehingga laser berpusat. Pastikan semua komponen pada papan seimbang dengan paksi putaran papan. Penyambung JST solder ke laser dan kabel servo sehingga mereka dapat disambungkan ke gelincir pada langkah seterusnya.

Akhirnya pasangkan papan dengan pemasangan laser-servo ke motor tanpa berus dengan mesin basuh dan mur. Pada ketika ini, uji motor tanpa berus untuk memastikan bahawa papan boleh berputar. Berhati-hatilah untuk tidak menggerakkan motor terlalu cepat atau meletakkan tangan anda di jalan putaran papan.

Langkah 6: Memasang Slipring

Bagaimana anda mengelakkan wayar kusut ketika elektronik berputar? Salah satu caranya adalah dengan menggunakan bateri untuk bekalan kuasa dan menyambungkannya ke unit berputar, seperti dalam instruksi POV ini. Cara lain adalah dengan menggunakan slipring! Sekiranya anda belum pernah mendengar tentang slingring atau menggunakannya, lihat video hebat ini yang menunjukkan bagaimana ia berfungsi.

Pertama, pasangkan hujung penyambung JST yang lain ke gelincir. Anda tidak mahu wayar terlalu panjang kerana ada kemungkinan mereka terkena sesuatu semasa papan berputar. Saya melekatkan slipring ke plexiglass di atas motor tanpa berus yang sedang menggerudi lubang untuk skru. Berhati-hatilah untuk tidak memecahkan kaca plexiglass semasa menggerudi. Anda juga boleh menggunakan pemotong laser untuk mendapatkan lubang yang lebih tepat. Setelah gelincir dipasang, sambungkan penyambungnya.

Pada ketika ini, anda boleh menyambungkan wayar gelincir ke pin Arduino untuk melakukan beberapa ujian awal dengan penjana lembaran laser.

Langkah 7: Memateri Elektronik

Saya memotong papan prototaip untuk menyambungkan semua elektronik. Kerana saya menggunakan bekalan kuasa 12V, saya perlu menggunakan dua penukar dc-dc: 5V untuk laser, servos, potensiometer, dan jack MIDI, dan 9V untuk Arduino. Segala-galanya dihubungkan seperti gambar rajah dengan pematerian atau pembungkus wayar. Papan kemudian disambungkan ke bahagian bercetak 3d menggunakan PCD.

Langkah 8: Membina Kotak Elektronik

Semua elektronik diletakkan di dalam kotak kayu. Saya memotong kayu 1x3 untuk sisi kotak, dan memotong bukaan besar di satu sisi sehingga wayar pada panel kawalan dapat melalui. Sisi disambungkan menggunakan blok kayu kecil, gam kayu, dan skru. Setelah lem kering, saya mengemaskan bahagian tepi kotak untuk menyelesaikan semua ketidaksempurnaan di dalam kotak. Kemudian saya memotong kayu nipis untuk bahagian depan, belakang, dan bawah kotak. Bahagian bawah dipaku ke sisi, dan depan dan belakang terpaku pada kotak. Akhirnya, saya mengukur dan memotong lubang dimensi komponen pada panel depan kotak: soket kabel kuasa, bicu usb, bicu MIDI, dan potensiometer.

Langkah 9: Memasang Elektronik di Kotak

Saya melekatkan bekalan kuasa ke kotak menggunakan skru, Arduino menggunakan pemasangan yang direka khas, dan papan litar dibuat pada Langkah 7. Potensiometer dan bicu MIDI pertama kali disambungkan ke papan litar menggunakan wayar pembungkus wayar, dan kemudian terpaku pada panel hadapan. Soket AC disambungkan ke bekalan kuasa, dan output DC dari bekalan kuasa disambungkan ke input penukar Buck dan kabel yang menyambung ke motor tanpa berus. Kabel motor, servo, dan laser kemudian dijalankan melalui lubang di papan lapis hingga ke kotak elektronik. Sebelum berurusan dengan sensor ultrasonik, saya menguji komponen secara berasingan untuk memastikan bahawa semuanya disambung dengan betul.

Saya pada mulanya membeli soket kuasa AC, tetapi membaca beberapa ulasan yang sangat buruk mengenai pencairannya sehingga saya mempunyai lubang yang tidak betul pada panel depan. Oleh itu, saya merancang dan mencetak 3d beberapa penyesuai bicu agar sesuai dengan ukuran lubang yang saya potong.

Langkah 10: Pemasangan dan Pendawaian Sensor Ultrasonik

Pada ketika ini, laser, servos, motor tanpa berus, dan jack MIDI semuanya disambungkan ke dan dapat dikendalikan oleh Arduino. Langkah perkakasan terakhir adalah menyambungkan sensor ultrasonik. Saya merancang dan 3d mencetak sensor ultrasonik. Saya kemudian memasang kabel dan memasang sekatan sensor ultrasonik ke kepingan papan lapis atas penjana lembaran cahaya. Kawat bungkus wayar dibawa ke kotak elektronik dengan menggerudi lubang di kepingan papan lapis. Saya menyambungkan bungkus wayar ke pin yang sesuai di Arduino.

Saya sedikit kecewa dengan prestasi sensor ultrasonik. Mereka bekerja dengan baik untuk jarak antara 1cm - 30cm, tetapi pengukuran jarak sangat bising di luar jarak itu. Untuk meningkatkan nisbah isyarat ke bunyi, saya cuba mengambil ukuran atau purata beberapa ukuran. Walau bagaimanapun, isyaratnya masih tidak dapat diandalkan, jadi saya akhirnya menetapkan jalan keluar untuk memainkan nota atau menukar lembaran laser pada 25cm.

Langkah 11: Pengaturcaraan Dynamic Laser Vortex

Setelah semua pendawaian dan pemasangan selesai, sudah tiba masanya untuk memprogram peranti lembaran cahaya! Terdapat banyak kemungkinan, tetapi idea keseluruhan adalah dengan memasukkan input sensor ultrasonik dan menghantar isyarat untuk MIDI dan mengawal laser dan servo. Dalam semua program, putaran papan dikawal dengan memutar tombol potensiometer.

Anda memerlukan dua perpustakaan: NewPing dan MIDI

Terlampir adalah kod Arduino penuh.

Hadiah Kedua dalam Cabaran Penciptaan 2017