Arduino ile İnteraktif Lazer Levha Üreticisi: 11 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

İnanılmaz görsel efektler yaratmak için lazerler kullanılabilir. Bu projede, etkileşimli ve müzik çalan yeni bir tür lazer ekran oluşturdum. Cihaz, iki adet girdap benzeri ışık tabakası oluşturmak için iki lazeri döndürür. Lazer tabakalarını elinizi onlara doğru hareket ettirerek manipüle edebilmeniz için cihaza mesafe sensörleri ekledim. Kişi sensörlerle etkileşime girdiğinde, cihaz ayrıca bir MIDI çıkışı aracılığıyla müzik çalar. Lazer arp, lazer girdapları ve POV ekranlarından fikirleri içerir.

Enstrüman, ultrasonik sensörlerin girişlerini alan ve oluşturulan lazer levha tipini ve üretilen müziği veren bir Arduino Mega ile kontrol edilir. Dönen lazerlerin birçok serbestlik derecesi nedeniyle, oluşturulabilecek tonlarca farklı lazer levha modeli vardır.

St. Louis'de Dodo Flock adlı yeni bir sanat/teknoloji grubuyla proje üzerinde ön beyin fırtınası yaptım. Emre Sarbek, cihazın yakınında hareketi algılamak için kullanılan sensörler üzerinde de bazı ilk testler yaptı.

Bir lazer levha cihazı oluşturuyorsanız, lütfen güvenli çalışan lazerler ve dönen diskler olmayı unutmayın.

2020 güncellemesi: Lazerlerle oluşturulan yüzeyin bir hiperboloid olduğunu fark ettim.

Adım 1: Tedarik Listesi

Malzemeler

Lazerler -

Fırçasız motor -

Elektronik hız kontrolörü -

Servo motorlar -

transistörler

kontrplak

pleksiglas

Ultrasonik sensörler

Slipring -

Beyaz LED'ler -

Para dönüştürücüler

Tel sarma teli

MIDI konektörü

Potansiyometre ve düğmeler -

Donanım - 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…

dirençler

JST bağlantı kabloları -

AC güç anahtarı

12V Güç kaynağı -

Ahşap tutkalı

Süper yapıştırıcı

Tahta çivileri

USB uzatma kablosu -

Aletler:

Havya

Tel kesiciler

Dekupaj testeresi

Dairesel testere

Mikrometre

Elektrikli matkap

2. Adım: Genel Bakış ve Şematik

Bir lazer ışını, iyi ayarlanmış (yani dar) bir ışık ışını oluşturur, bu nedenle bir ışık tabakası üretmenin bir yolu, ışını bir düzende hızlı bir şekilde hareket ettirmektir. Örneğin, silindirik bir ışık levhası oluşturmak için lazeri, işaret ettiği yöne paralel bir eksen etrafında döndürürsünüz. Bir lazeri hızlı bir şekilde hareket ettirmek için, fırçasız bir DC motora bağlı ahşap bir tahtaya bir lazer bağlayabilirsiniz. Sadece bununla bile havalı silindirik lazer girdapları oluşturabilirsiniz!

Diğer lazer girdap projeleri bunu, aynaya yönlendirilmiş sabit bir lazerle dönme eksenine eğik bir ayna monte ederek başarır. Bu, bir lazer levha konisi oluşturur. Bununla birlikte, bu tasarımla, tüm lazer tabakaları tek bir orijinden geliyormuş gibi görünecektir. Lazerler benim yaptığım tasarımdaki gibi eksen dışında konumlandırılırsa, videoda gösterilen kum saati şekli gibi yakınsak lazer tabakaları oluşturabilirsiniz.

Peki ya ışık sayfalarının dinamik ve etkileşimli olmasını istiyorsanız? Bunu başarmak için servolara iki lazer bağladım ve ardından servoları tahta tahtaya bağladım. Artık servolar, lazerin açısını motorun dönme eksenine göre ayarlayabilir. İki farklı servo üzerinde iki lazer bulundurarak cihaz ile iki farklı ışık levhası oluşturabilirsiniz.

DC motorun hızını kontrol etmek için, potenometrenin girişini alan ve elektriksel hız kontrol cihazına (ESC) bir sinyal veren bir Arduino'ya bir potansiyometre bağladım. ESC daha sonra potansiyometrenin direncine bağlı olarak motorun hızını kontrol eder (oldukça uygun bir isim, evet).

Lazerin açık/kapalı durumu, doygunlukta çalışan (yani bir elektrik anahtarı olarak çalışan) bir transistörün emitörüne bağlanarak kontrol edilir. Lazer üzerinden akımı kontrol eden transistörün tabanına bir kontrol sinyali gönderilir. Arduino'lu bir transistörlü yükü kontrol etmek için bir kaynak:

Servo pozisyonu da Arduino ile kontrol edilir. Tahta döndükçe, ışık levhası servo konumu değiştirilerek manipüle edilebilir. Herhangi bir kullanıcı girişi olmadan, bu tek başına büyüleyici olan dinamik ışık sayfaları oluşturabilir. Ayrıca, bir kişinin elini ışık levhalarına yaklaştırıp yaklaştırmadığını belirlemek için kullanılan, cihazın kenarına yerleştirilmiş ultrasonik sensörler de vardır. Bu giriş daha sonra lazerleri yeni ışık levhaları oluşturmak için hareket ettirmek VEYA bir MIDI sinyali oluşturmak için kullanılır. MIDI sinyalini bir MIDI çalma cihazına iletmek için bir MIDI jakı bağlanır.

Adım 3: Fırçasız Motoru Arduino ile Kontrol Etme

Girdap benzeri ışık tabakaları oluşturmak için lazer ışınını döndürmeniz gerekir. Bunu başarmak için fırçasız bir DC motor kullanmayı denemeye karar verdim. Bu tip motorların model uçaklar ve drone'lar arasında çok popüler olduğunu öğrendim, bu yüzden kullanımının oldukça kolay olacağını düşündüm. Yol boyunca birkaç pürüzle karşılaştım ama genel olarak motorun proje için nasıl çalıştığından memnunum.

İlk olarak, motorun monte edilmesi gerekir. Motoru tutmak ve cihazı tutan bir panoya takmak için özel olarak bir parça tasarladım. Motor sabitlendikten sonra motoru ESC'ye bağladım. Okuduklarımdan, fırçasız bir motor olmadan kullanmak gerçekten zor geliyor. Motoru döndürmek için bir Arduino Mega kullandım. Başlangıçta, doğru bir temel değer ayarlamadan veya ESC'yi kalibre etmeden kontrol sinyalini 5V'a veya toprağa bağladığım için motoru döndüremedim. Daha sonra bir potansiyometre ve servo motorlu bir Arduino eğitimini takip ettim ve bu, motorun dönmesini sağladı! İşte öğreticiye bir bağlantı:

ESC kabloları aslında fırçasız motora herhangi bir şekilde bağlanabilir. Bazı dişi muz fiş konektörlerine ihtiyacınız olacak. ESC üzerindeki daha kalın kırmızı ve siyah kablolar 12V'da bir DC güç kaynağına bağlanır ve ESC'nin kontrol konektöründeki siyah ve beyaz kablolar sırasıyla toprağa ve Arduino'daki bir kontrol pimine bağlanır. ESC'yi nasıl kalibre edeceğinizi öğrenmek için bu videoyu izleyin:

Adım 4: Lazer Levha Kasasının Oluşturulması

Motoru döndürdükten sonra, hafif sac şasiyi oluşturmanın zamanı geldi. Bir CNC makinesi kullanarak bir parça kontrplak kestim, ancak bir dekupaj testeresi de kullanabilirsiniz. Kontrplak, ultrasonik sensörleri tutar ve içinde bir parça pleksiglas yerleştirmek için bir deliğe sahiptir. Pleksiglas, epoksi kullanılarak ahşaba yapıştırılmalıdır. Kayma halkasının geçmesi için delikler açılır.

Daha sonra fırçasız motoru tutmak için başka bir dairesel kontrplak levha kesilir. Bu ahşap levhada, daha sonra inşaatta tellerin geçebilmesi için delikler açılır. Motor yuvasını taktıktan ve delikler açtıktan sonra, iki kontrplak tabakası, yaklaşık 15 cm uzunluğunda kesilmiş 1x3 plakalar ve metal braketlerle birleştirilir. Fotoğrafta pleksiglasın motorun ve lazerlerin üzerinde nasıl olduğunu görebilirsiniz.

Adım 5: Lazer ve Servo Motor Montajı

Değişken ışık levhaları, lazerlerin dönme eksenine göre hareket etmesiyle oluşturulur. Bir lazeri bir servoya bağlayan bir montajı ve servoyu dönen tahtaya bağlayan bir montajı tasarladım ve 3B yazdırdım. İlk önce servoyu iki M2 vida kullanarak servo yuvasına takın. Ardından, lazer yuvasına bir M2 somunu kaydırın ve lazeri yerinde tutmak için bir ayar vidasını sıkın. Lazeri servoya bağlamadan önce servonun ortalanmış çalışma konumuna döndürüldüğünden emin olmalısınız. Servo öğreticisini kullanarak servoyu 90 dereceye yönlendirin. Ardından lazeri bir vida kullanarak resimde gösterildiği gibi monte edin. Lazerin istemeden kaymamasını sağlamak için bir miktar yapıştırıcı da eklemek zorunda kaldım.

Yaklaşık 3cm x 20cm boyutlarında olan tahtayı oluşturmak için bir lazer kesici kullandım. Işık tabakasının maksimum boyutu, ahşap kalasın boyutuna bağlı olacaktır. Daha sonra, fırçasız motor miline oturması için tahtanın ortasına bir delik açılmıştır.

Daha sonra lazer-servo tertibatını, lazerlerin ortalanması için tahtaya yapıştırdım. Tahtadaki tüm bileşenlerin, kalasın dönme eksenine göre dengelendiğinden emin olun. Bir sonraki adımda kayma halkasına bağlanabilmeleri için lazerlere ve servo kablolara lehim JST konektörleri.

Son olarak, lazer-servo tertibatları takılı olan tahtayı bir pul ve somunla fırçasız motora takın. Bu noktada, tahtanın dönebildiğinden emin olmak için fırçasız motoru test edin. Motoru çok hızlı sürmemeye veya elinizi tahtanın dönüş yoluna koymamaya dikkat edin.

Adım 6: Slipring'in Kurulması

Elektronik dönerken kabloların birbirine karışmasını nasıl önlersiniz? Bir yol, bir güç kaynağı için bir pil kullanmak ve bu POV talimatında olduğu gibi onu dönen tertibata bağlamaktır. Başka bir yol da kayma halkası kullanmaktır! Daha önce bir sapan duymadıysanız veya kullanmadıysanız, nasıl çalıştığını gösteren bu harika videoyu izleyin.

İlk olarak, JST konektörlerinin diğer uçlarını kayma halkasına takın. Tellerin çok uzun olmasını istemezsiniz çünkü tahta döndüğünde bir şeye yakalanma potansiyeli vardır. Vidalar için delikler açmak için fırçasız motorun üzerindeki pleksiglas üzerine kayar halkayı taktım. Delme sırasında pleksiglasın çatlamamasına dikkat edin. Daha hassas delikler elde etmek için bir lazer kesici de kullanabilirsiniz. Kayma halkası takıldıktan sonra konektörleri bağlayın.

Bu noktada, lazer levha üreteci ile bazı ön testler yapmak için kayar telleri bir Arduino'nun pinlerine bağlayabilirsiniz.

Adım 7: Elektroniği Lehimleme

Tüm elektroniği bağlamak için bir prototip kartı kestim. 12V güç kaynağı kullandığım için iki dc-dc dönüştürücü kullanmam gerekiyor: lazerler, servolar, potansiyometre ve MIDI jakı için 5V ve Arduino için 9V. Her şey şemada gösterildiği gibi lehimleme veya tel sarma ile bağlandı. Kart daha sonra PCD zıtlıkları kullanılarak 3 boyutlu yazdırılmış bir parçaya bağlandı.

Adım 8: Elektronik Kutusunun Oluşturulması

Tüm elektronikler ahşap bir kutuya yerleştirilmiştir. Kutunun kenarları için 1x3 kereste kestim ve bir yandan kontrol panelindeki kabloların geçebilmesi için büyük bir açıklık kestim. Kenarlar, küçük ahşap bloklar, ahşap tutkalı ve vidalar kullanılarak birleştirildi. Tutkal kuruduktan sonra, kutudaki tüm kusurları gidermek için kutunun kenarlarını zımparaladım. Sonra kutunun önü, arkası ve altı için ince tahta kestim. Alt kısım yanlara çivilenmiş ve ön ve arka kutuya yapıştırılmıştır. Son olarak, kutunun ön panelindeki bileşenlerin boyutlarını ölçtüm ve delikler açtım: güç kablosu jakı, usb jakı, MIDI jakı ve potansiyometre.

Adım 9: Kutuya Elektroniklerin Kurulması

Güç kaynağını vidalar kullanarak, Arduino'yu özel tasarlanmış bir montaj parçası kullanarak ve Adım 7'de oluşturulan devre kartını kullanarak kutuya bağladım. ön panel. AC jakı güç kaynağına bağlandı ve güç kaynağının DC çıkışı Buck dönüştürücülerin girişlerine ve fırçasız motora bağlanan kablolara bağlandı. Motor, servo ve lazer kabloları daha sonra kontrplakta bir delikten geçerek elektronik kutuya kadar iner. Ultrasonik sensörlerle uğraşmadan önce, her şeyin doğru şekilde bağlandığından emin olmak için bileşenleri tek tek test ettim.

Başlangıçta bir AC güç jakı satın aldım, ancak eriyen bazı oldukça kötü değerlendirmeleri okudum, bu yüzden ön panelde yanlış boyutlandırılmış delikler vardı. Bu nedenle, kestiğim deliklerin boyutuna uyacak şekilde bazı jak adaptörlerini tasarladım ve 3d yazdırdım.

Adım 10: Ultrasonik Sensörleri Monte Etme ve Kablolama

Bu noktada lazerler, servolar, fırçasız motor ve MIDI jakı Arduino'ya bağlanır ve Arduino tarafından kontrol edilebilir. Son donanım adımı ultrasonik sensörlerin bağlanmasıdır. Ultrasonik bir sensör tasarladım ve 3B yazdırdım. Daha sonra, ultrasonik sensör tertibatlarını ışık levha üretecinin üst kontrplak levhasına kabloladım ve eşit şekilde bağladım. Tel sarma teli, kontrplak levhada delikler açılarak elektronik kutuya kadar geçirildi. Tel sargıyı Arduino üzerindeki uygun pinlere bağladım.

Ultrasonik sensör performansı beni biraz hayal kırıklığına uğrattı. 1cm - 30cm arasındaki mesafeler için oldukça iyi çalıştılar, ancak mesafe ölçümü bu aralığın dışında çok gürültülü. Sinyal-gürültü oranını iyileştirmek için, birkaç ölçümün medyanını veya ortalamasını almayı denedim. Ancak, sinyal hala yeterince güvenilir değildi, bu yüzden bir nota çalmak için kesmeyi ayarladım veya lazer levhasını 25 cm'de değiştirdim.

Adım 11: Dinamik Lazer Vorteksinin Programlanması

Tüm kablolama ve montaj tamamlandıktan sonra, ışık levha cihazını programlamanın zamanı geldi! Birçok olasılık var, ancak genel fikir, ultrasonik sensörlerin girişlerini almak ve MIDI için sinyaller göndermek ve lazerleri ve servoları kontrol etmektir. Tüm programlarda kalasın dönüşü potansiyometre düğmesi çevrilerek kontrol edilir.

İki kütüphaneye ihtiyacınız olacak: NewPing ve MIDI

Ekli tam Arduino kodudur.

Buluş Yarışması 2017'de İkincilik Ödülü