Interaktiivne laserlehtede generaator Arduinoga: 11 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Laserite abil saab luua uskumatuid visuaalseid efekte. Selle projekti raames ehitasin uut tüüpi laserekraani, mis on interaktiivne ja mängib muusikat. Seade pöörleb kahte laserit, et moodustada kaks keerisesarnast valguslehte. Kaasasin seadmesse kaugusandurid, et laserlehtedega saaks kätt nende poole liigutades manipuleerida. Kui inimene suhtleb anduritega, mängib seade muusikat ka MIDI -väljundi kaudu. See sisaldab ideid laserharfidest, laserkeeristest ja POV -kuvaritest.

Instrumenti juhitakse Arduino Mega abil, mis võtab sisse ultraheli andurite sisendid ja väljastab moodustatud laserlehe tüübi ja loodud muusika. Tänu pöörlevate laserite paljudele vabadusastmetele on võimalik luua palju erinevaid laserlehtede mustreid.

Tegin projekti esialgseid ajurünnakuid koos uue kunsti-/tehnikarühmaga St. Louis'is nimega Dodo Flock. Emre Sarbek tegi ka mõned esialgsed testid andurite abil, mida kasutati seadme läheduses liikumise tuvastamiseks.

Kui konstrueerite laserlehe seadet, pidage meeles, et laserid ja ketruskettad peavad olema ohutud.

Aasta värskendus: mõistsin, et laseritega loodud pind on hüperboloid.

Samm: tarnekiri

Materjalid

Laserid -

Harjadeta mootor -

Elektrooniline kiiruse regulaator -

Servomootorid -

Transistorid

Vineer

Plexiglass

Ultraheli andurid

Libisemine -

Valged LED -id -

Bucki muundurid

Traati mähkiv traat

MIDI -pistik

Potentsiomeeter ja nupud -

Riistvara - 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…

Takistid

JST -pistiku kaablid -

Vahelduvvoolu toitelüliti

12V toide -

Puiduliim

Super liim

Puidukruvid

USB pikenduskaabel -

Tööriistad:

Jootekolb

Traadilõikurid

Jig nägi

Ketassaag

Mikromeeter

Jõutrell

2. samm: ülevaade ja skeem

Laserkiir loob hästi kollimeeritud (st kitsa) valgusvihu, seega on üks valguslehe loomise viis kiire kiire liigutamine mingis mustris. Näiteks silindrilise valguslehe loomiseks pöörleksite laserit ümber telje, mis on paralleelne selle suunaga. Laseri kiireks liigutamiseks võite laserit kinnitada harjadeta alalisvoolumootori külge kinnitatud puitplaadi külge. Ainuüksi selle abil saate luua lahedaid silindrilisi laserkeeriseid!

Teised laserkeerisprojektid saavutavad selle, paigaldades pöörlemisteljele kallutatud peegli peeglile suunatud statsionaarse laseriga. See loob laserlehe koonuse. Selle disainiga näivad aga kõik laserlehed pärinevat ühest päritolust. Kui laserid on paigutatud teljelt välja nagu minu ehitatud disain, saate luua lähenevaid laserlehti, nagu videos näidatud liivakella kuju.

Aga mis siis, kui soovite, et valguslehed oleksid dünaamilised ja interaktiivsed? Selle saavutamiseks kinnitasin servadele kaks laserit ja seejärel servod puidust plaadile. Nüüd saavad servod reguleerida laseri nurka mootori pöörlemistelje suhtes. Kui teil on kaks laserit kahel erineval servol, saate seadmega luua kaks erinevat valguslehte.

Alalisvoolumootori kiiruse juhtimiseks ühendasin potentsiomeetri Arduinoga, mis võtab potentsiomeetri sisendi ja väljastab signaali elektrilisele kiiruse regulaatorile (ESC). Seejärel juhib ESC mootori kiirust (üsna sobiv nimi, jah), sõltuvalt potentsiomeetri takistusest.

Laseri sisse- ja väljalülitatud olekut kontrollitakse, ühendades need küllastunud (st elektrilülitina töötava) transistori emitteriga. Transistori alusele saadetakse juhtsignaal, mis juhib voolu läbi laseri. Siin on allikas koormuse juhtimiseks arduinoga transistoriga:

Servode asendit juhitakse ka Arduino abil. Kui plaat pöörleb, saab valguslehte manipuleerida servoasendi muutmisega. Ilma kasutaja sisendita võib see üksi luua dünaamilisi valguslehti, mis on lummavad. Seadme serva ümber on ka ultraheliandurid, mille abil määratakse, kas inimene paneb käe valguslehtede lähedale. Seda sisendit kasutatakse seejärel laserite liigutamiseks uute valguslehtede loomiseks või MIDI -signaali genereerimiseks. MIDI -pesa on ühendatud MIDI -signaali edastamiseks MIDI -mängimisseadmesse.

Samm: harjadeta mootori juhtimine Arduino abil

Pöörisarnaste valguslehtede loomiseks peate laserkiire pöörama. Selle saavutamiseks otsustasin proovida kasutada harjadeta alalisvoolumootorit. Sain teada, et seda tüüpi mootorid on lennukimudelite ja droonide seas tõesti populaarsed, nii et arvasin, et seda on üsna lihtne kasutada. Teel tekkis mul mõningaid tõrkeid, kuid üldiselt olen rahul, kuidas mootor projekti jaoks töötab.

Esiteks tuleb mootor paigaldada. Ma kujundasin kohandatud osa, mis hoiab mootorit ja kinnitab selle seadme hoidva tahvli külge. Kui mootor oli turvaline, ühendasin mootori ESC -ga. Loetu põhjal tundub, et ilma harjata mootori kasutamine on tõesti raske. Mootori pöörlemiseks kasutasin Arduino Megat. Esialgu ei saanud ma mootorit pöörlema panna, kuna ühendasin lihtsalt juhtsignaali 5 V või maandusega, ilma baasväärtust korralikult seadistamata või ESC -d kalibreerimata. Seejärel järgisin Arduino õpetust potentsiomeetri ja servomootoriga ning see pani mootori pöörlema! Siin on link õpetusele:

ESC juhtmeid saab tegelikult harjadeta mootoriga mis tahes viisil ühendada. Teil on vaja naissoost banaanipistikuid. ESC paksemad punased ja mustad kaablid on ühendatud 12 V alalisvoolu toiteallikaga ning ESC juhtpistiku mustad ja valged kaablid on vastavalt ühendatud maandusega ja Arduino juhtnööriga. Vaadake seda videot, et teada saada, kuidas ESC -d kalibreerida:

4. samm: laserlehe šassii ehitamine

Pärast mootori pöörlemist on aeg kerge šassii üles ehitada. Lõikasin vineeritüki CNC -masina abil, kuid võib kasutada ka jigisaega. Vineer hoiab ultraheliandureid ja selles on auk, mis mahutab pleksiklaasi. Pleksiklaas tuleb puidu külge kinnitada epoksüvaiku abil. Libisemisrõnga läbimiseks puuritakse augud.

Seejärel lõigatakse harjadeta mootori hoidmiseks veel üks ümmargune vineerleht. Sellesse puitlehte puuritakse augud, et juhtmed saaksid ehituses hiljem läbi minna. Pärast mootorikinnituse ja aukude puurimist kinnitatakse kaks vineerilehte 1x3 umbes 15 cm pikkuste plaatide ja metallklambritega. Fotol näete, kuidas pleksiklaas asub mootori ja laserite kohal.

Samm: laser- ja servomootorite kokkupanek

Muutuvad valguslehed luuakse laserite pöörlemistelje suhtes liikudes. Kujundasin ja trükkisin 3D -kinnituse, mis kinnitab laseriga servo ja kinnituse, mis ühendab servo ketruslauaga. Esmalt kinnitage servo kahe kinnituskruvi abil M2. Seejärel libistage M2 mutter laserkinnitusse ja pingutage kinnituskruvi, et laser paigal hoida. Enne laseri ühendamist servoga peate veenduma, et servo on pööratud tsentreeritud tööasendisse. Kasutades servoõpetust, suunake servo 90 kraadini. Seejärel paigaldage laser kruvi abil, nagu pildil näidatud. Pidin lisama ka liimi, et laser ei tahtmatult nihkuks.

Plaadi loomiseks kasutasin laserlõikurit, mille mõõtmed on umbes 3 cm x 20 cm. Valguslehe maksimaalne suurus sõltub puidust plaadi suurusest. Seejärel puuriti plaadi keskele auk, nii et see sobiks harjadeta mootorivõllile.

Järgmisena liimisin laser-servosõlme plaadile nii, et laserid oleksid tsentreeritud. Veenduge, et kõik plaadi komponendid oleksid plaadi pöörlemistelje suhtes tasakaalus. Jootke JST -pistikud laserite ja servokaablite külge, et neid saaks järgmisel etapil libisemiskinnitusega ühendada.

Lõpuks kinnitage plaat koos lisatud laser-servosõlmedega seibi ja mutriga harjadeta mootorile. Sel hetkel katsetage harjadeta mootorit, et veenduda, et plaat saab keerutada. Olge ettevaatlik, et ärge liigutage mootorit liiga kiiresti ega pange oma käsi plaadi pöörlemisteele.

6. samm: libisemisrihma paigaldamine

Kuidas vältida juhtmete sassi ajamist elektroonika pöörlemise ajal? Üks võimalus on kasutada toiteallika jaoks akut ja ühendada see ketrusõlmega, nagu selles juhendis POV. Teine võimalus on libisemisrihma kasutamine! Kui te pole rihmast kuulnud ega seda varem kasutanud, vaadake seda suurepärast videot, mis näitab, kuidas see töötab.

Esiteks kinnitage JST -pistikute teised otsad libisemisrihma külge. Te ei soovi, et juhtmed oleksid liiga pikad, sest plaadi pöörlemisel võivad nad millegi külge jääda. Kinnitasin libisemisrihma harjadeta mootori kohale pleksiklaasi külge, puurides kruvide jaoks augud. Olge puurimisel pleksiklaasist pragunenud. Täpsemate aukude saamiseks võite kasutada ka laserlõikurit. Kui libisemisrihm on kinnitatud, ühendage pistikud.

Siinkohal saate libisemisjuhtmed ühendada Arduino tihvtidega, et teha laserlehegeneraatoriga mõned eeltestid.

Samm: elektroonika jootmine

Lõikasin kogu elektroonika ühendamiseks prototüüpplaadi. Kuna kasutasin 12V toiteallikat, pean kasutama kahte alalisvoolu muundurit: 5V laserite, servode, potentsiomeetri ja MIDI pesa jaoks ning 9V Arduino jaoks. Kõik ühendati joonisel näidatud viisil kas jootmise või traadi mähisega. Seejärel ühendati plaat PCD seiskamiste abil 3D -prinditud osaga.

8. samm: elektroonikakasti ehitamine

Kogu elektroonika on paigutatud puidust kasti. Lõikasin karbi külgedele 1x3 saematerjali ja lõikasin ühest küljest suure ava, et juhtpaneelil olevad juhtmed saaksid läbi minna. Küljed ühendati väikeste puuplokkide, puiduliimi ja kruvide abil. Pärast liimi kuivamist lihvisin karbi küljed maha, et ühtlustada kõik karbi puudused. Seejärel lõikasin karbi esi-, taga- ja põhja jaoks õhukese puidu. Põhi naelutati külgedele ning esi- ja tagakülg liimiti karbile. Lõpuks mõõtsin ja lõikasin aukudesse karbi esipaneelil olevate komponentide mõõtmed: toitekaabli pesa, USB -pesa, MIDI -pistik ja potentsiomeeter.

9. samm: elektroonika paigaldamine kasti

Toiteallika ühendasin karbi külge kruvide abil, Arduino kohandatud konstruktsiooniga kinnituse abil ja trükkplaadi, mis loodi 7. etapis. Potentsiomeeter ja MIDI -pistik ühendati esmalt trükkplaadiga traatpakenditraadi abil ja seejärel liimiti esipaneel. Vahelduvvoolu pistik oli ühendatud toiteallikaga ja toiteallika alalisvoolu väljund Bucki muundurite ja harjadeta mootoriga ühendatavate kaablite sisenditega. Seejärel juhitakse mootori-, servo- ja laserjuhtmed läbi vineeri augu kuni elektroonikakastini. Enne ultraheli anduritega tegelemist testisin komponente eraldi, veendumaks, et kõik on õigesti ühendatud.

Ostsin esialgu vahelduvvoolu pistikupesa, kuid lugesin üsna halbu arvustusi selle sulamise kohta, nii et mul oli esipaneelil vale suurusega augud. Seetõttu kujundasin ja 3D -printisin mõned pistikupesad, mis vastavad lõigatud aukude suurusele.

Samm: ultraheli andurite paigaldamine ja ühendamine

Sel hetkel on laserid, servod, harjadeta mootor ja MIDI -pistik ühendatud Arduinoga ja neid saab juhtida. Riistvara viimane samm on ultraheli andurite ühendamine. Kujundasin ja 3D printisin ultraheli anduri. Seejärel ühendasin juhtmega ja kinnitasin ühtlaselt ultraheliandurisõlmed valguslehe generaatori ülemise vineerilehe külge. Traatmähist traat juhiti alla elektroonikakasti, puurides vineerilehte augud. Ühendasin traatmähise Arduino vastavate tihvtidega.

Olin ultrahelisensori jõudluses pisut pettunud. Need toimisid päris hästi 1–30 cm vahemaade puhul, kuid kauguse mõõtmine on väljaspool seda vahemikku väga mürarikas. Signaali ja müra suhte parandamiseks proovisin võtta mitme mõõtmise mediaani või keskmist. Kuid signaal ei olnud ikka veel piisavalt usaldusväärne, nii et lõpuks määrasin noodi esitamise või laserlehe 25 cm pikkuse vaheaja.

11. samm: dünaamilise laserkeerise programmeerimine

Kui kogu juhtmestik ja kokkupanek on lõpule viidud, on aeg valguslehe seade programmeerida! Võimalusi on palju, kuid üldine idee on võtta kasutusele ultraheli andurite sisendid ja saata signaale MIDI jaoks ning juhtida lasereid ja servosid. Kõigis programmides reguleeritakse plaadi pöörlemist potentsiomeetri nuppu keerates.

Teil on vaja kahte raamatukogu: NewPing ja MIDI

Lisatud on täielik Arduino kood.

Leiutiste väljakutse teine auhind 2017