מחולל גיליונות לייזר אינטראקטיביים עם Arduino: 11 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

ניתן להשתמש בלייזרים ליצירת אפקטים ויזואליים מדהימים. בפרויקט זה בניתי סוג חדש של תצוגת לייזר שהיא אינטראקטיבית ומנגנת מוזיקה. המכשיר מסובב שני לייזרים ליצירת שני יריעות אור דמויי מערבולת. כללתי חיישני מרחק במכשיר כך שניתן יהיה לתפעל את יריעות הלייזר על ידי הזזת ידך אליהם. כאשר האדם מתקשר עם החיישנים, המכשיר גם משמיע מוזיקה באמצעות פלט MIDI. הוא משלב רעיונות מנמלי לייזר, מערבולות לייזר ותצוגות POV.

המכשיר נשלט באמצעות Arduino Mega המקליטה את כניסות החיישנים האולטראסוניים ומוציאה את סוג גיליון הלייזר שנוצר ומוסיקה המופקת. בשל דרגות החופש הרבות של הלייזרים המסתובבים, ישנם טונות של תבניות גיליון לייזר שונות שניתן ליצור.

עשיתי סיעור מוחות ראשוני על הפרויקט עם קבוצת אמנות/טכנולוגיה חדשה בסנט לואיס בשם דודו סטאוק. עמרה סרבק גם ניהל כמה בדיקות ראשוניות לחיישנים המשמשים לאיתור תנועה ליד המכשיר.

אם אתה בונה מכשיר גיליון לייזר, זכור שתהיה בטוח לייזרים ותקליטורים מסתובבים.

עדכון 2020: הבנתי שהשטח שנוצר עם הלייזר הוא היפרבולואיד.

שלב 1: רשימת אספקה

חומרים

לייזרים -

מנוע ללא מברשות -

בקר מהירות אלקטרוני -

מנועי סרוו -

טרנזיסטורים

דִיקְט

פרספקס

חיישנים אולטרא סאונד

החלקה -

נוריות לבנות -

ממירים באק

חוט עוטף חוטים

מחבר MIDI

פוטנציומטר וכפתורים -

חומרה - 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…

נגדים

כבלי מחבר JST -

מתג מתח AC

ספק כוח 12V -

דבק לעץ

דבק מגע

ברגים מעץ

כבל הארכה USB -

כלים:

מלחם

מספרי תיל

ג'יג ראה

מסור עגול

מִיקרוֹמֶטֶר

מקדחה

שלב 2: סקירה כללית וסכימטית

קרן לייזר יוצרת קרן אור מכווצת היטב (כלומר צרה), כך שאחת הדרכים לייצר יריעת אור היא להזיז במהירות את הקורה בתבנית כלשהי. לדוגמה, כדי ליצור יריעת אור גלילית, היית מסובב לייזר סביב ציר מקביל לכיוון שהוא מצביע עליו. כדי להעביר לייזר במהירות, ניתן לחבר לייזר ללוח עץ המחובר למנוע DC ללא מברשת. רק עם זה אתה יכול ליצור מערבולות לייזר גליליות מגניבות!

פרויקטים אחרים של מערבולת לייזר משיגים זאת על ידי הרכבת מראה מוטה בציר הסיבוב באמצעות לייזר נייח המכוון אל המראה. זה יוצר חרוט גיליון לייזר. עם זאת, בעיצוב זה נראה כי כל יריעות הלייזר מקורן במקור אחד. אם הלייזרים ממוקמים מהציר כמו בעיצוב שבניתי, תוכל ליצור יריעות לייזר מתכנסות, כמו צורת שעון החול המוצגת בסרטון.

אבל מה אם היית רוצה שגיליונות האור יהיו דינאמיים ואינטראקטיביים? לשם כך, הצמדתי שני לייזרים על סרוו ואז הצמדתי את הסרווס על קרש העץ. כעת הסרוווס יכולים להתאים את זווית הלייזר ביחס לציר הסיבוב של המנוע. על ידי שני לייזרים על שני סרוו שונים, אתה יכול ליצור שני גיליונות אור שונים עם המכשיר.

על מנת לשלוט במהירות המנוע DC, חיברתי פוטנציומטר לארדואינו שלוקח את כניסת הפוטנומטר ויוצא אות לבקר המהירות החשמלית (ESC). לאחר מכן ה- ESC שולט במהירות המנוע (שם די מתאים, כן), בהתאם להתנגדות הפוטנציומטר.

מצב ההפעלה/כיבוי של הלייזר נשלט על ידי חיבורם לפולט של טרנזיסטור הפועל ברוויה (כלומר פועל כמתג חשמלי). אות בקרה נשלח לבסיס הטרנזיסטור השולט בזרם דרך הלייזר. להלן מקור לשליטה בעומס באמצעות טרנזיסטור עם ארדואינו:

עמדת הסרוווס נשלטת גם באמצעות הארדואינו. כאשר הלוח מסתובב, ניתן לתמרן את יריעת האור על ידי שינוי מיקום הסרוו. ללא כל קלט משתמש, זה לבדו יכול ליצור גיליונות אור דינמיים המהפנטים. ישנם גם חיישנים אולטראסוניים הממוקמים מסביב לקצה המכשיר, המשמשים לקביעה אם אדם שם את ידה קרוב ליריעות האור. קלט זה משמש לאחר מכן להעביר את הלייזרים ליצירת יריעות אור חדשות או לייצר אות MIDI. שקע MIDI מחובר להעברת אות MIDI למכשיר הפעלה MIDI.

שלב 3: שליטה במנוע ללא מברשות עם Arduino

על מנת ליצור יריעות אור דמויי מערבולת, עליך לסובב את קרן הלייזר. כדי להשיג זאת, החלטתי לנסות להשתמש במנוע DC ללא מברשת. למדתי שמנועים מסוג זה ממש פופולריים בקרב מטוסים ומזל טים מדגמים, אז הבנתי שזה יהיה די קל לשימוש. נתקלתי בכמה נסיונות בדרך, אך בסך הכל אני מרוצה מאיך המנוע עובד לפרויקט.

ראשית, יש להתקין את המנוע. עיצבתי חלק בהתאמה אישית להחזיק את המנוע ולחבר אותו ללוח שמחזיק את המכשיר. לאחר שהמנוע היה מאובטח, חיברתי את המנוע ל- ESC. ממה שקראתי, נשמע ממש קשה להשתמש במנוע ללא מברשת ללא כזה. כדי לסובב את המנוע השתמשתי במגה Arduino. בתחילה, לא הצלחתי לגרום למנוע להסתובב מכיוון שחיברתי רק את אות הבקרה ל- 5V או לקרקע, מבלי להגדיר כראוי ערך בסיסי או לכייל את ה- ESC. לאחר מכן עקבתי אחר הדרכה של Arduino עם פוטנציומטר ומנוע סרוו, וזה גרם למנוע להסתובב! להלן קישור להדרכה:

ניתן למעשה לחבר את חוטי ה- ESC בכל דרך למנוע המנוע ללא מברשת. תזדקק לכמה מחברי תקע בננה. הכבלים האדומים והשחורים העבים יותר ב- ESC מחוברים לאספקת חשמל DC בעוצמה של 12V, והכבלים השחורים -לבנים במחבר הבקרה של ESC מחוברים לקרקע וסיכת בקרה על Arduino, בהתאמה. צפה בסרטון זה כדי ללמוד כיצד לכייל את ה- ESC:

שלב 4: בניית שלדת גיליון הלייזר

לאחר שהמנוע מסתובב, הגיע הזמן לבנות את שלדת הסדין הקל. חתכתי פיסת דיקט בעזרת מכונת CNC, אך ניתן להשתמש גם במסור ג'יג. הדיקט מחזיק את החיישנים האולטראסוניים ויש בו חור שיתאים לחתיכת פרספקס. יש לחבר את הפרספקס לעץ באמצעות אפוקסי. חורים נקדחים כדי שהטבעת תתאים.

לאחר מכן נחתך יריעה עגולה נוספת של דיקט כדי להחזיק את המנוע ללא מברשת. בגיליון עץ זה נקדחים חורים כך שחוטים יכולים לעבור מאוחר יותר בבנייה. לאחר חיבור הר המנוע וקידוח חורים, שני יריעות הדיקט מחוברות על ידי קרשים 1x3 חתוכים באורך של כ -15 ס מ ובסירי מתכת. בתמונה אתה יכול לראות כיצד הפרספקס נמצא מעל המנוע והלייזרים.

שלב 5: הרכבת מנועי לייזר וסרוו

יריעות האור המשתנות נוצרות על ידי הזזת לייזרים ביחס לציר הסיבוב. עיצבתי והדפסתי תלת מימד הר המחבר לייזר לסרוו ותושבת המחברת את הסרוו לקרש המסתובב. תחילה חבר את הסרוו לתושבת הסרוו באמצעות שני ברגי M2. לאחר מכן, החלק את אגוז M2 לתושבת הלייזר, והדק את בורג הסט כדי לשמור על הלייזר במקומו. לפני חיבור הלייזר לסרוו, עליך לוודא שהסרוו מסתובב למצב הפעולה המרוכז שלו. בעזרת הדרכת הסרוו יש לכוון את הסרוו ל- 90 מעלות. לאחר מכן הרכיב את הלייזר כפי שמוצג בתמונה באמצעות בורג. הייתי צריך להוסיף גם טיפת דבק כדי לוודא שהלייזר לא יזוז בלי כוונה.

השתמשתי בחותך לייזר ליצירת הקרש, בעל מידות של כ -3 ס"מ על 20 ס"מ. הגודל המרבי של הסדין הבהיר יהיה תלוי בגודל לוח העץ. לאחר מכן נקדח חור במרכז הלוח כך שיתאים לציר המנוע ללא מברשת.

לאחר מכן הדבקתי את מכלול הלייזר-סרוו על הקרש כך שהלייזרים היו מרוכזים. וודא שכל הרכיבים על הקרש מאוזנים ביחס לציר הסיבוב של הקרש. מחברי JST הלחמה ללייזרים ולכבלי סרוו כך שניתן לחבר אותם למעגל ההחלקה בשלב הבא.

לבסוף צרף את הקרש עם מכלולי לייזר-סרוו מחוברים על המנוע ללא מברשת בעזרת מכונת כביסה ואום. בשלב זה, בדוק את המנוע ללא מברשת כדי לוודא שהקרש יכול להסתובב. היזהר שלא להניע את המנוע מהר מדי או להכניס את ידך לסיבוב של הקרש.

שלב 6: התקנת ה- Slipring

איך מונעים מהחוטים להסתבך בזמן סיבוב האלקטרוניקה? אחת הדרכים היא להשתמש בסוללה לאספקת חשמל ולחבר אותה למכלול המסתובב, כמו בהנחיית POV זו. דרך נוספת היא להשתמש במגלשת! אם לא שמעת על קלע או השתמשת בעבר, בדוק את הסרטון הנהדר הזה שמדגים כיצד הוא פועל.

ראשית, צרף את הקצוות האחרים של מחברי ה- JST לחלק ההחלקה. אתה לא רוצה שהחוטים יהיו ארוכים מדי כי יש סיכוי שהם יתפסו על משהו כשהקרש מסתובב. חיברתי את ההחלקה לפרספקס שמעל המנוע ללא מברשת ונקדח בחורים לברגים. היזהר לא לפצח את הפרספקס בעת הקידוח. אתה יכול גם להשתמש בחותך לייזר כדי לקבל חורים מדויקים יותר. לאחר חיבור החלקה, חבר את המחברים.

בשלב זה, אתה יכול לחבר את חוטי ההחלקה לסיכות של Arduino כדי לבצע כמה בדיקות מקדימות עם מחולל גיליונות הלייזר.

שלב 7: הלחמת האלקטרוניקה

חתכתי לוח אב טיפוס לחיבור כל האלקטרוניקה. מכיוון שהשתמשתי באספקת חשמל של 12V, אני צריך להשתמש בשני ממירים של DC-DC: 5V עבור הלייזרים, סרוווס, פוטנציומטר ושקע MIDI ו- 9V עבור Arduino. הכל היה מחובר כפי שמוצג התרשים על ידי הלחמה או עטיפת חוט. הלוח חובר לאחר מכן לחלק מודפס בתלת -ממד באמצעות עמידות PCD.

שלב 8: בניית תיבת האלקטרוניקה

כל האלקטרוניקה נמצאת בקופסת עץ. חתכתי 1x3 עץ לצידי הקופסה וחתכתי פתח גדול בצד אחד כדי שהחוטים בלוח הבקרה יוכלו לעבור. הצדדים היו מחוברים באמצעות קוביות עץ קטנות, דבק עץ וברגים. לאחר שהדבק התייבש, שיפשפתי את דפנות הקופסה כדי לאזן את כל הפגמים שבקופסה. אחר כך חתכתי עץ דק לחלק הקדמי, האחורי ותחתית הארגז. החלק התחתון היה ממוסמר לצדדים, והחלק הקדמי והאחורי הודבקו על הקופסה. לבסוף, מדדתי וחתכתי חורים במידות הרכיבים בלוח הקדמי של התיבה: שקע כבל החשמל, שקע USB, שקע MIDI ופוטנציומטר.

שלב 9: התקנת מוצרי אלקטרוניקה בקופסה

חיברתי את אספקת החשמל לקופסה באמצעות ברגים, את הארדואינו באמצעות הר שתוכנן בהתאמה אישית ולוח המעגל שנוצר בשלב 7. הפוטנציומטר ושקע ה- MIDI חוברו תחילה ללוח המעגלים באמצעות חוט עוטף חוט, ולאחר מכן הודבקו על פאנל קדמי. שקע ה- AC היה מחובר לאספקת החשמל, ויציאת ה- DC של ספק הכוח חוברה לכניסות הממירים והכבלים של באק המתחברים אל המנוע ללא מברשות. מנוע, סרוו ולחוטי לייזר מועברים לאחר מכן דרך חור בדיקט עד לקופסת האלקטרוניקה. לפני שהתמודדתי עם החיישנים האולטראסוניים, בדקתי רכיבים בנפרד כדי לוודא שהכל מחובר כראוי.

בתחילה רכשתי שקע חשמל AC, אך קראתי כמה ביקורות גרועות למדי על כך שהוא נמס ולכן היו לי חורים בגודל לא נכון בלוח הקדמי. לכן עיצבתי והדפסתי כמה מתאמי ג'ק תלת מימדיים כך שיתאימו לגודל החורים שחתכתי.

שלב 10: הרכבה וחיווט של החיישנים האולטראסוניים

בשלב זה לייזרים, סרוו, מנוע ללא מברשת ושקע MIDI מחוברים כולם וניתן לשלוט בהם על ידי ה- Arduino. שלב החומרה האחרון הוא חיבור החיישנים האולטראסוניים. עיצבתי והדפסתי חיישן קולי בתלת מימד. לאחר מכן חיברתי והצמדתי באופן שווה את מכלולי החיישנים האולטראסוניים לדף הדיקט העליון של מחולל הדפים האור. חוט העוטף התיל הוזנק אל תיבת האלקטרוניקה על ידי קידוח חורים בגיליון הדיקט. חיברתי את מעטפת החוט לסיכות המתאימות על הארדואינו.

התאכזבתי מעט מביצועי החיישן הקולי. הם עבדו די טוב למרחקים בין 1 ס"מ - 30 ס"מ, אבל מדידת המרחק רועשת מאוד מחוץ לטווח הזה. כדי לשפר את יחס האות לרעש, ניסיתי לקחת את החציון או הממוצע של מספר מדידות. עם זאת, האות עדיין לא היה אמין מספיק, אז בסופו של דבר הגדרתי את החיתוך למשחק פתק או שינוי גיליון הלייזר בגובה 25 ס"מ.

שלב 11: תכנות מערבולת הלייזר הדינמית

לאחר השלמת כל החיווט וההרכבה, הגיע הזמן לתכנת את מכשיר הסדין הקל! יש הרבה אפשרויות, אבל הרעיון הכולל הוא להכניס את כניסות החיישנים האולטראסוניים ולשלוח אותות ל- MIDI ולשלוט בלייזר ובסרוווס. בכל התוכניות, סיבוב הלוח נשלט על ידי סיבוב כפתור הפוטנציומטר.

תזדקק לשתי ספריות: NewPing ו- MIDI

מצורף קוד הארדואינו המלא.

פרס שני באתגר ההמצאה 2017