Alphanumerische Laserprojektor mit arduino

5 Schritt:Schritt 1: Mechanischer Aufbau Schritt 2: Testen der Projektion und Spiegel Direktionsausrichtung Schritt 3: Laser Auswahl und Wärmeableitung Schritt 4: Schritt 5:

Alphanumerische Laserprojektor mit arduino

Alphanumerische Laserprojektor mit arduino


Intro
Die Idee war, ein kleines, preiswert und sehr portabel (batteriebetrieben) alphanumerische Hochleistungs-Laserprojektor zu machen. Dies wäre ein Gerät, das Sie verwenden können, um eine Nachricht auf entfernte Ziele zu projizieren. Es dauerte nicht erweisen sich als die Mühe wert und Kosten mit Lasern dabei Kickstarter-Projekt, einschließlich der Erlangung Laserproduktzertifizierung war zu viel ... aber es macht Spaß, wie DIY war. Der Großteil der Hardware wurde mit grundlegenden Messtechnik, die ich hatte zu Hause mit Ausnahme des Oszilloskops, die ich hatte zu leihen, zum Leben erweckt. In den meisten Fällen einige Handwerkzeuge, mit niedriger Geschwindigkeit Oszilloskops, Netzteil und DMMs ist alles was Sie brauchen, um sie geschehen .. und ein Lötkolben. Projektor einen Bildlauf-Nachricht zu einem fernen Ziel. Abhängig von der gewählten Laserleistung, und / oder projizierten Bildgröße, kann die Nachricht auch an den niedrig hängenden Wolken in der Nacht geschrieben werden .. naja zumindest theoretisch. Laserprojektoren Warum alphanumerische?, Die in Clubs oder Laser-Shows beliebt sind verwenden Galvos (Galvanometer als Stellglied anstatt Messung) oder Fast zwei Spiegel Scannen Geräte. Spiegel X Galvo und Spiegel Y Galvo entsprechenden X- und Y-Scans. Dies ermöglicht es dem Scanner, um jede 2D-Bild auf dem Bildschirm zu zeichnen. Problem Galvos sind sie sehr arbeitsintensiv zu bauen und erfordern komplexe Kontrolle. Von der Stange Galvos sind in der Regel groß und sehr teuer für einfache portable Projektor. Auch schnelle Galvos sind leistungshungrige Geräte, die beim Betrieb von Handheld-Batterie untragbar werden. Ich dachte an sie als übertrieben, wenn man nur vorspringenden alphanumerische Symbole auf dem Bildschirm - eine einfache tweet oder SMS. Wenn das alles ist, die Sie anzeigen möchten, können ein einfacherer Ansatz verwendet werden. Dreh festen Spiegel jeweils mit geringfügig unterschiedlichen Winkel relativ zur Projektionsfläche ausgerichtet ist horizontal auf dem Bildschirm, die genug ist, um Zahlen oder Buchstaben angezeigt ist zu schaffen. Sie so viel Leistung nicht brauchen, um den Motor zu starten, wie Sie zwei Galvos laufen und kosten viel weniger benötigen.
Begrenztheit
Offensichtliche Nachteil mit Scanspiegel Konzeptes ist die geringe vertikale Auflösung, da sie durch Anzahl diskreter Spiegel definiert ist. Aber noch einmal, für alphanumerische Projektionen hoher Auflösung ist nicht kritisch. Die anderen nicht so offensichtlich ist die Gesamtrücklaufleistung eines Strahls. Intensität der durch Spinnen hergestellten Spiegeln gezeichnete Bild bleibt gleich, unabhängig zu sein, wenn das Bild ein einzelner Punkt oder ein geschlossenes Rechteck. Die Spiegel werden mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, und Laser wird zum richtigen Zeitpunkt gepulst. Im Gegensatz zu Galvos hat Laserstrahl auf "warten", bis Drehspiegel bekommen, um den rechten Winkel an die richtige Stelle zu bekommen, um wieder zu blinken. Diese Wartezeit wirkt als eine Art von Arbeitszyklus des Lasers, der wiederum die Intensität des reflektierten Bildes einschränkt. Demgegenüber PolyLineTool zwingen den Strahl zu verfolgen und nur beleuchtete Abschnitt des Bildes zurückzuverfolgen, ohne Zeit Scannen durch Bereiche des Vorsprungs nicht relevant für das Bild. Wenn das Bild kleiner (zB einzelner Punkt) all die Laserleistung an diesem Punkt konzentriert. Wie das Bild vergrößert sich die Intensität nimmt proportional (vorausgesetzt, Laserleistung ändert sich nicht). Mit Scanspiegel die Intensität des Punktes wird immer noch ein Bruchteil der Gesamtstrahlleistung, wie durch das Tastverhältnis definiert (Dauer der Laserschaltet, um einen Punkt geteilt durch die Zeit zu nehmen, um eine einzige Umdrehung machen zu ziehen). So ist die wahrgenommene Helligkeit eines einzelnen oder Anordnung von Punkten wird das gleiche für den Betrachter sein. Um mehr technisch korrekt zu sein, ist die Laserprojektion nicht Bildrastertyp, gibt es keine "Pixel" oder Punkte, sondern sie sind winzige Lichtvektoren, da die Steuerspiegel bewegt sich ständig den Strahl so theoretisch kann man nicht wirklich haben eine perfekte Punkt (ein Pixel ). Aber ich werde ihnen Pixel ab jetzt sowieso sie besser vertraut sind nennen.
Details zu Design

Schritt 1: Mechanischer Aufbau

  1. Alphanumerische Laserprojektor mit arduino

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    Motor
    Spinnspiegeltrommel dreht mindestens bei 25 Umdrehungen pro Sekunde oder 1500 Upm (25 Bilder pro Sekunde). Niedriger als die sichtbar Flackern erzeugen. Dies ist typisch Motortyp Sie in CD zu finden, Festplattenlaufwerke, Diskettenlaufwerke (wenn Sie noch sie). Im Idealfall sollte es Niederspannungsmotor sein. Bürstenlose Motoren halten aa viel länger, leiser, aber nicht so geradlinig wie gebürstet DC Typ-Funktionalität. Es braucht nicht viel Drehmoment (wie RC-Typ). Der, den ich hatte kam aus alten Diskettenlaufwerk jedoch Brushless-Motoren von CD / DVD-Laufwerke sind viel bessere Wahl.
    Spinning Mirrors Drum hausgemachten Entwurf
    Abtast-Laserstrahl wird durch 12 Spinn Spiegeln produziert. Das Design dieses Stück ist weitgehend Übung in Geometrie und Geduld.
    Ich hatte nicht vor, Fokussieroptik, um diese einfach zu halten verwenden, sollte sie kleine tragbare Gerät sein. Ohne Fokussierungsoptik, müssen einige Einschränkungen auf, bevor Sie es festgelegt werden. Sie sind die Größe des projizierten Bildes, Entfernung, wo es projiziert werden und die Intensität des Bildes (das hat mit der Bildgröße und der Laserleistung zu tun). Wenn das Ziel ist, eine kurze Nachricht zu einem sehr Langstrecken zu projizieren dann Laserscanwinkel muss sehr schmal sein, die Bildgröße klein (vielleicht ein oder zwei Worte lang), um die maximale Leistung auf dem Ziel zu konzentrieren, da Intensität ist proportional zur Projektionsfläche. Für diesen Fall, wählte ich Bildlänge auf etwa 12 ft in einer Entfernung von über den room.Each Spiegel auf der Trommel sein ist gerade genug, um horizontale Abtastzeile knapp unter dem vorherigen während der Spin erzeugen ausgeglichen. Das Endergebnis ist eine der horizontalen Zeilen auf dem Bildschirm, der die Höhe des Bildes (oder die Höhe des alphanumerischen Symbol) definieren. Der einfachste Weg, dies zu tun, ich dachte, ist durch Ausrichten der Spiegel entlang des Umfangs der Basis der Trommel und mit einer gewissen Art und Weise, um die Ausrichtung Winkel einzustellen. Die Schraube mit der Mutter auf die Trommel geklebt ist eine Idee, aber anstelle einer Gewindeschraube, Verriegelungsposition durch Reibung wäre genauso gut funktionieren.
    Ideal Spiegel der Anwendung in der Vorderfläche Typ (reflektierende Beschichtung auf der Oberfläche des Glases und nicht hinter dem Glas wie die meisten Spiegel). Dies ermöglicht eine minimale Verzerrung und die Verlustleistung in dem reflektierten Strahl. Halbleiterlaser an der Macht so alle Anstrengungen in die Verringerung der Strahlleistungsverlust counts.Front Oberflächenspiegel in Hobby-Shops oder ebay verkauft beschränkt. Sie werden typischerweise für DIY Kaleidoskope verwendet. Thin Spiegel können mit regulären Glasschneider geschnitten werden.
    Kunststoffbasis, um die Spiegel zu halten war etwas, das ich nahm bei Home Depot. Dieses eine Farbe Kappe für große Behälter. Der Durchmesser war genau richtig ~ 2 in und war auch perfekt über der Diskettenlaufwerk Motorrotor zu passen. Die Lippe an der Unterseite verwendet wird, um die Spiegel zu positionieren. Allerdings ist es erst später, dass ich erkannte, dass ich sollte mehr Aufmerksamkeit auf diesen Schritt bezahlt haben, als ich festgestellt, wie schwierig es zu bekommen, um die Trommel auch bei niedrigen Drehzahlen (mehr dazu später) auszugleichen. Idealerweise sollte dieser präzise bearbeiteten Stück Kunststoff sein, aber für DIY dies zu tun. Dies ist, Ihre 3D-Drucker an die Arbeit, wenn Sie eine bekommen!
    Jeder der Spiegel in der Anordnung müssen zu einem bestimmten Winkelversatz relativ zu dem anderen Spiegel positioniert ist, um projizierte Zeile genau unterhalb der alten zu erzeugen. Silikon-Dichtstoff funktioniert gut, nur die Basis und einige Punkte auf den Seiten des Spiegels zu sichern. Silicone, wenn sie gehärtet ist steif genug, um die Spiegel in Position zu halten, aber flexibel genug, um die Feineinstellung für den Winkel zu tun. Verwenden von Ausrichtungsschrauben, Web-Kamera und TV I eingestellt alle Spiegelausrichtungswinkel bis 12 vertikalen Punkten bei 0,5 "Abstand bei ~ 10ft Abstand zu erzeugen. Der letzte Schritt wurde mit 2 Stunden anaerober Zweikomponentenkleber auf Spiegel an der Trommel zu befestigen und sichern Sie die Ausrichtung Besatzungen. I hatte zu justieren und zu sichern zwei Spiegel in einer Zeit diese Aufgabe überschaubar zu machen. Es stellte sich heraus gut. Die Zwischenräume zwischen den Spiegeln waren wegen meiner nicht ganz so präzise Schnitte an allen Spiegeln. Ich habe nicht die Mühe, dies zu wiederholen, denn sie diente als Kanäle, um den Kleber zu gießen und sichern Sie die Spiegel.

Schritt 2: Testen der Projektion und Spiegel Direktionsausrichtung

  1. Alphanumerische Laserprojektor mit arduino

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    Nach der Installation der Trommel und dreht den Motor. I gesichert grünen Laser, um die Ausrichtung der horizontalen Linien mit Trommelspinn überprüfen, um in die Spiegel glänzen. Ich bemerkte, der Abstand zwischen abgetasteten Linien driftet sporadisch als RPM ist abwechslungsreich, etwas wurde die Einführung Ausrichtungsfehler für Spiegel in RPMs über ~ 10 Umdrehungen / Sekunde.
    Zunächst vermutete ich, dass das Epoxid nicht steif genug ist, und erstreckt sich eine Verformung und Verzerrung von parallelen Linien. Aber diese Idee war zu weit hergeholt ... Was bringt diese Verzerrung sind die Vibrationen / Resonanzen des unausgeglichenen Lack-Kappe, hausgemachte, Epoxy geklebt Trommel. Die Trommel brauchte einige feine Balance Tuning.
    Ausgleich der Trommel
    Es ist schwer, um die Trommel voll von Epoxy in alle Richtungen auszugleichen, aber ich fand in meinem Fall Großteil der Vibrationen waren einer Seite zur anderen ... oder schien so. Der einfachste Weg, um es einzustellen ist, um eine Metallscheibe auf die Oberseite der Trommel hinzufügen und starken Neodym-Magneten als Gewichte. Dies funktionierte perfekt.

Schritt 3: Laser Auswahl und Wärmeableitung

  1. Alphanumerische Laserprojektor mit arduino

    Alphanumerische Laserprojektor mit arduino

    Alphanumerische Laserprojektor mit arduino

    Laser Auswahl und Wärmeableitung
    Laser Power vs Intensity
    Jeder weiß, die mehr Leistung, desto besser. Wenn Ihr Laser können eine ganze durch konkrete brennen nur respektieren die Augen (wenn nicht von Ihnen), dann die der anderen. Die Spiegel werden Laserstrahl in viele Richtungen, die leicht finden ihren Weg in die nächste Auge scannen. Technisch gesehen, wird die Dauerleistung des Lasers nicht in einem einzigen Punkt in diesem Gerät fokussiert werden, da Laser wird die ganze Zeit gepulst werden. So dass die mittlere Leistung der auf die projizierte Fläche kleiner als Nennleistung des Lasers. In Abhängigkeit von diesem Impulsrate kann das Leistungs abgeschätzt werden durch:
    Spitzenleistung * Einschaltdauer = Durchschnittsleistung
    Tastverhältnis von der Größe des Bildes bestimmt. Je höher die Bild der längeren Laser warten muss neu zu entzünden dasselbe Pixel. So Intensität (Leistung / Bildbereich) des Bildes ist direkt proportional zu dem. Ich hatte zu de-Fokus des Laserstrahls nur ein wenig in Ordnung zu geben unsere Strahlradius etwas, das wird die Intensität ein wenig als auch zu reduzieren.
    Laserlicht Frequenzauswahl
    Ideal Laserwellenlänge, für Laser-Shows benutzen ist etwa 532 nm. Dies ist eine grüne Strahl. Das menschliche Auge hat variable Empfindlichkeit gegenüber Farbspektrum des Lichts mit grünen Wesen empfindlichsten.
    Leider Halbleiter-Laser mit dieser Wellenlänge sind nicht von heute produziert. Der grüne Strahl Laserdiode auf dem Markt Verwendung IR Pumpdioden und einige Frequenzumwandlungskristallen zu grünen Laserstrahl zu erzeugen. Ich konnte kleine, zuverlässige und erschwingliche grüne Laser nicht finden auf der höher als 50-100mW Leistung bis auf einige fragwürdige Verkäufer auf eBay im Ausland befindet. Die meisten ihrer grünen Laserdioden Hause Montage unter Verwendung von Heißkleber und Zange. Die Laserdiode wählte ich war Nichia NDB7875. Dies ist 435-455nm (blau) Laser. Hier ist das Datenblatt: PDF-Datei zwar theoretisch Sie mehr Laserleistung müssten in dieser Wellenlänge, um die gleiche Helligkeit wie grün wahrnehmen - es Kompromiss.
    Diese Diode ist in der Lage 1.6W stabile optische Ausgangsleistung. Ich habe gehört, Menschen führen Sie es an seiner absoluten Höchstbewertung pro Datenblatt zu 2 W oder sogar 2.1W. Die Gefahr einer Beschädigung des Laserlauf an seiner absoluten max Rating ohne Rand ist hoch. Umgebungstemperaturschwankungen, Stromspitzen, unzureichende Wärmeableitung kann die ganze Lebensdauer der Diode zu verkürzen oder sogar zu zerstören. Aber wenn Sie sich leisten können, sie zu ersetzen .. oft .. warum nicht ... Da dies nur ein DIY Ich wollte sie an den Rand schieben, bei etwa 1.8-2W auszuführen. An dieser Ausgangsleistung, wird die Diode abführen Nähe von 5-6W von Wärme. Dies ist jedoch Dauerleistung. In Wirklichkeit wird Laser gepulst werden und wird nur einen Bruchteil derjenigen auf der Basis des Arbeitszyklus zu zerstreuen. Spezifizierten Betriebstemperatur für diese Diode nur 0-50C für zuverlässige Ausgabe. Obwohl ich keine Temperaturüberwachung besitzen oder zu kontrollieren, wie die meisten Laser tun wollte, um den Laser unter 50C bei Raumtemperatur ohne übergroße Kühlkörper zu halten. Die 9mm Fall dieser Diode, die etwas größer als Standard 5,6 mm wird Wärme ein wenig besser zu übertragen ist. Im schlimmsten Fall, wenn der Platz begrenzt ist, die richtige Größe Kühlkörper unterzubringen, eine Idee, die Lasertemperatur unter 50 ° C zu halten ist, haben Software dynamisch variieren die Dauer der Pause (dunkler Bildschirm) zwischen gescrollt Nachrichten oder sogar Sätze. Eine Art von Taktzyklussteuerung. Hierzu müssten Sie einige Temperaturrückkopplung.
    Da die Diode aufheizt, wird seine Durchlassspannungsabfall reduziert und Verlustleistung werden weniger. Aber wenn es sich um solche engen Temperaturbereich dieser Effekt wahrscheinlich wird nicht viel helfen. Also ohne Temperaturrückkopplung ist es das Ziel des Kühlkörpers, groß zu sein genug zerstreuen kontinuierliche 6W und der Laserdiode Düsentemperatur zu halten unter 50C, aber damit der Laser selbst Wärme zu halten oben ist es minimale Betriebstemperatur. Umgebungstemperatur im Betrieb muss zuerst festgestellt werden.
    Für DIY Prototyp, immer etwas arbeiten zuerst kommt, bevor die Zuverlässigkeit. So Temp Stabilisierung und Kontrolle auf der Wäsche Liste links. Auch habe ich nicht so weit wie der Bearbeitung neuer Kühlkörper zu gehen, ging stattdessen mit Kühlkörpern, die bei ebay für 9mm Laser verkauft werden.
    Strahldivergenz Kollimationslinse Qualität ist wichtig. Es können alle Arten von Aberrationen, die nicht hübsch aussehen wird mit billigen Objektiv und das Schlimmste von allem gibt es Strahl Verlust optische Leistung sein. Auch müssen in der Lage Linse, die Laserleistung ohne Schmelzen (wenn die Laserleistung hoch ist) zu widerstehen. Ich hob Einzelelement 405-G-2-Objektiv, das bei ebay gefunden werden kann. Obwohl ich war nicht allzu glücklich mit ihm, gibt es Forderungen, dass es am effizientesten bei der Übertragung von Laserleistung im Vergleich zu anderen. Es gibt eine Menge Diskussionen über die auf Laser Foren Objektivtyp zu verwenden: http: //laserpointerforums.com/f49/405-g2-lens-que ... Ebay hat große Quelle von anderem Zubehör für Laser wie Montagehalterungen und Kühlkörper für beide 4,5 mm und 9 mm Laserdioden.

Schritt 4:


  1. Elektrische Schaltungen
    Drei Schaltungen erforderlich, um außerhalb Arduino-Controller ausgelegt werden: Motorantrieb, Motordrehzahl / Positionserfassung und Laser-Modulationstreiber. Es gibt auch einen Boost-Wandler und ein paar Linearregler, um die Spannung für die Laserdiode und Motor zu stabilisieren und lassen Sie es von 3,3 V Lithium-Batterie zu betreiben.

Schritt 5: