أقدم لك ماسح ضوئي DIY يعتمد على هاتف ذكي يعمل بنظام Android.

عند تصميم وإنشاء ماسح ضوئي ، بادئ ذي بدء ، كنت مهتمًا بمسح الأشياء الكبيرة. الحد الأدنى - رقم الشخص في النمو الكامل بدقة - على الأقل 1-2 ملم.

تم تحقيق هذه المعايير بنجاح. تم فحص الأشياء بنجاح في الضوء الطبيعي (بدون أشعة الشمس المباشرة). يتم تحديد مجال المسح عن طريق زاوية التقاط كاميرا الهاتف الذكي والمسافة التي يحافظ فيها شعاع الليزر على سطوع كافٍ للكشف (خلال النهار في الغرفة). هذا الرقم لشخص بارتفاع كامل (1.8 متر) بعرض عمل 1.2 متر.

تم إجراء الماسح الضوئي من اعتبارات "وما إذا كان يجب القيام بشيء أكثر فائدة أو أقل إثارة للاهتمام عندما لا يكون هناك شيء للقيام به." تستند جميع الرسوم التوضيحية إلى مثال كائن "اختبار" (تحميل عمليات المسح البشرية غير صحيح).

كما أظهرت التجربة ، بالنسبة إلى الماسح الضوئي لهذا النوع من البرامج ، فهو ثانوي وأقصر وقت في ذلك (للنسخة النهائية. بصرف النظر عن التجارب وخيارات الطريق المسدود). لذلك ، لن أتطرق إلى ميزات البرنامج في المقالة (رابط إلى رموز المصدر في نهاية المقالة).

الغرض من المقالة هو الحديث عن الفروع التي وصلت إلى طريق مسدود والمشكلات التي تم جمعها في طريق إنشاء إصدار العمل النهائي.

بالنسبة للماسح الضوئي ، يستخدم الإصدار النهائي:

1. هاتف سامسونج S5
2. ليزر أحمر وأخضر مع عدسة لخط (خط 90 درجة) بسرعة 30 ميجاوات مع بصريات زجاجية (ليس الأرخص).
3. محركات السائر 35BYGHM302-06LA 0.3A ، 0.9 درجة
4. A4988 السائقين السائر المحركات
5. وحدة بلوتوث HC-05
6. مجلس STM32F103C8t

يتم تعيين السائقين A4988 في نصف خطوة ، والتي مع علبة تروس 15-> 120 تعطي 400 * 2 * 8 خطوات لكل PI.

اختيار تقنية المسح.

تم النظر في الخيارات المختلفة التالية.

جهاز عرض LED.

تم النظر في الخيار وحسابه. حتى أجهزة العرض باهظة الثمن لا تملك الدقة المناسبة لتحقيق الدقة المطلوبة. ولا يستحق الحديث عن الأشياء الرخيصة.

مسح ميكانيكي لشعاع الليزر مع شبكة حيود.

تم اختبار الفكرة واعتبرت ملائمة. ولكن ليس لأداء DIY ، لأسباب:

1. نحتاج إلى ليزر قوي بما فيه الكفاية ، بحيث تكون العلامات مشرقة بما فيه الكفاية بعد الحيود (تبلغ المسافة إلى عدسة الهاتف الذكي 1.2 متر). وعيني آسفه نقطة ليزر بالفعل مع 30mW ليست مفيدة.
2. متطلبات المسح الميكانيكي الدقيق في طائرتين عالية جدًا لأداء DIY.

مسح ميكانيكي قياسي لخط ليزر على كائن ثابت من المسح.

في نهاية المطاف ، تم اختيار الخيار مع اثنين من أشعة الليزر بألوان مختلفة.

1. ألوان مختلفة من الليزر تجعل من الممكن اكتشافها بشكل مستقل في إطار واحد.
2. يسمح لك موقع أشعة الليزر على جانبي الكاميرا بالحصول على عمليتي مسح ضوئي في مسار واحد.
3. يسمح لك الفحصان في كل مرة بإجراء تقييم موضوعي لجودة محاذاة الماسح الضوئي (يجب أن تتقارب عمليات المسح وتتداخل).

كما اتضح ، المعيار الأخير هو الأهم. يتم تحديد جودة المسح تمامًا من خلال دقة قياس الأبعاد والزوايا الهندسية للماسح الضوئي. ويسمح لك وجود فحصين من ليزرين بتقييم جودة الفحص على الفور:
تلاقت غيوم النقاط. على سبيل المثال الطائرات التي استولت عليها طائرتان ليزر تقاربتا على السطح بأكمله.

نسخة فاشلة من الجزء الميكانيكي على 28BYJ-48.

على الرغم من أنني افترضت منذ البداية أن هذا خيار طريق مسدود لا يوفر الدقة اللازمة ، إلا أنني راجعت به عدة حيل:

1. يتم إصلاح محور المحرك بواسطة المحمل.
2. تمت إضافة عنصر احتكاك وسدادة لأخذ عينات من علبة التروس.
3. محاولة لتحديد "الموقع الدقيق" بواسطة ترانزستور ضوئي عن طريق التعرض بالليزر

تبين أن قابلية التكرار للعودة إلى نفس مكان خط الليزر منخفضة - 2-3 مم على مسافة 1.5 متر. أثناء تشغيل التروس ، على الرغم من النعومة الظاهرة ، يمكن ملاحظة الهزات 1-3 مم على مسافة 1.5 متر.

على سبيل المثال 28BYJ-48 غير مناسب تمامًا لماسح ضوئي أكثر أو أقل دقة للأجسام الكبيرة.

متطلبات المسح بناءً على تجربتي

يجب أن يكون العنصر الإلزامي لعملية المسح عبارة عن علبة تروس.

لا تخطئ في وضع الخطوات 1 / x. أظهرت التجارب أنه في الوضع 1/16 على الدرجات الدقيقة A4988 ليست متجانسة. وبحلول 1/8 ، يمكن ملاحظة هذا التفاوت في العين.

الحل الأمثل لعلبة التروس هو استخدام ترس حزام. على الرغم من أنه تبين أنه مرهق إلى حد ما ، فمن السهل إنشاء ودقة.
تحولت دقة تحديد المواقع (بشكل أكثر دقة ، تكرارية تحديد الموقع للموضع الأولي من الليزر للمسح الضوئي) من الليزر إلى حوالي 0.5 مم لعرض خط ليزر 5 مم على مسافة 4 أمتار من المسافة. على سبيل المثال على مسافة مسح (1.2-1.8 متر) ، يصعب قياسه بشكل عام.

الموضع - optocouplers (بدون اسم صيني) على الفتحات الموجودة في القرص تحت أشعة الليزر.

مشاكل في إرسال إشارات التحكم من الهاتف إلى وحدة التحكم لأجهزة الليزر ومحركات السائر

تحولت قناة التحكم إلى اختناق من حيث سرعة المسح. نظرًا لأن هذا كان تطويرًا مترفًا DIY لمتعتك الخاصة ، فقد تم تجربة جميع طرق الاتصال بالهاتف الذكي.

نقل إشارات التحكم عبر مقبس الصوت (مقبس الهاتف => مرسمة الذبذبات)

الطريقة المثبط لنقل البيانات في الوقت الحقيقي. نعم ، حتى مع الوقت العائم. حتى 500 مللي ثانية (!) من تنشيط البرنامج لنقل البيانات الصوتية إلى المظهر الفعلي للإشارة في مقبس الصوت.

تم فحص هذا الغريب ، لأنه في العمل ، كان عليّ التعامل مع قارئات بطاقات شرائح الجوال.

الثنائيات الضوئية على شاشة الهاتف الذكي (شريحة شاشة الهاتف => الترانزستورات الضوئية + STM32F103)

من أجل الاهتمام ، حتى هذه الطريقة الغريبة تم اختبارها كمحولات ضوئية مع مصفوفة 2x2 في شكل مشابك الغسيل على الشاشة.

على الرغم من أن هذه الطريقة في نقل المعلومات من الهاتف كانت الأسرع ، ولكنها ليست أسرع بشكل أساسي (10 مللي ثانية مقابل 50 مللي ثانية) من البلوتوث ، الأمر الذي سيتحمل عيوبه (مشابك الغسيل على الشاشة).

قناة IR (هاتف => TSOP1736-> STM32F103)

التحقق عمليا وطريقة الإرسال عبر قناة الأشعة تحت الحمراء. حتى بعض التنفيذ لبروتوكول نقل البيانات كان لا بد من القيام به.

ولكن تبين أيضًا أن الأشعة تحت الحمراء ليست مريحة للغاية (من غير المناسب تركيب مستشعر الصور على الهاتف) ، وليس أسرع بكثير من البلوتوث.

وحدة WiFi (الهاتف => ESP8266-RS232-> STM32F103)

وتبين أن نتائج فحص هذه الوحدة كانت محبطة تمامًا. تبين أن استجابة طلب وقت التشغيل (صدى) عائمة بشكل غير متوقع في نطاق 20-300 مللي ثانية (بمتوسط ​​150 مللي ثانية). لماذا وماذا - لم أفهم. لقد صادفت فقط مقالة تصف محاولة فاشلة لاستخدام ESP8266 لتبادل البيانات في الوقت الفعلي مع متطلبات صارمة لوقت الطلب / الاستجابة.

على سبيل المثال ESP8266 مع البرامج الثابتة TCP ">"> RS232 غير مناسبة لمثل هذه الأغراض.

الخيار المحدد لوحدة التحكم ونقل الإشارات

في النهاية ، بعد كل التجارب ، تم تحديد قناة Bluetooth (وحدة HC-05). إنه يوفر وقتًا ثابتًا (وهذا هو الأهم) لنقل البيانات واستجابة لطلب 40 مللي ثانية.

الوقت كبير جدًا ويؤثر بشكل كبير على وقت المسح (نصف الوقت الكلي).
لكن الخيار الأفضل لم يتحقق.

كوحدة تحكم ، لوحة منتشرة مع SM32F103C8T.

طرق الكشف عن خط في إطار.

أسهل طريقة لعزل خطوط الليزر في الإطار هي استخدام طرح الإطار مع إيقاف تشغيل الليزر والإطار باستخدام الليزر.

من حيث المبدأ ، يعمل البحث بالإطار أيضًا بدون طرح. لكنها تعمل بشكل أسوأ بكثير في وضح النهار. على الرغم من ترك هذا الوضع في البرنامج للاختبارات المقارنة (صورة الوضع أدناه. جميع الصور الأخرى مع وضع طرح الإطار).


كانت القيمة العملية للخيار دون طرح الإطارات منخفضة.

من الممكن والممكن استخراج إشارة الليزر من هذه المعلومات الصاخبة. ومع ذلك ، لم يزعج نفسه.

يعمل الخيار مع طرح الإطار بشكل جيد.

أظهرت أي تجارب مع محاولات لتقريب الخط ومعالجة الإطار بالكامل أنه كلما كانت الخوارزمية أكثر تعقيدًا ، كلما "ارتكبت أخطاء" في كثير من الأحيان ، بل وأبطأت المعالجة "على الفور". كانت الخوارزمية الأسرع (والأسهل) لإيجاد ليزر (نقطة ليزر) على خط أفقي:

• لكل نقطة من السطر ، يتم اعتبار مجموع مربعات مستوى لون الليزر (RGB) في النافذة المحددة في التكوين (13 بكسل - القيمة المثلى تجريبيًا للنافذة)
• نقطة الليزر هي منتصف النافذة مع أقصى قيمة لمجموع مستويات "اللون".

الوقت اللازم لمعالجة إطار واحد من خلال البحث عن "خطوط خضراء" و "خطوط حمراء" هو 3 مللي ثانية.

يتم حساب الغيوم النقطية لليزر الأحمر والأخضر بشكل منفصل. مع التعديل الميكانيكي المناسب ، يتم تقليلها بدقة أقل من 1 مم.

الدقة والمحاذاة

كانت الدقة في حدود 1 مم على مسافة 1.2 متر. في الغالب بسبب دقة كاميرا الهاتف (1920x1080) وعرض شعاع الليزر.

من المهم جدًا الحصول على عمليات المسح الصحيحة لتكوين ثابت وديناميكي. الدقة / عدم الدقة مرئية بوضوح عند تحميل كلا السحب النقطية في MeshLab. من الناحية المثالية ، يجب أن تتلاقى الغيوم النقطية ، تكمل بعضها البعض.

يتم تعيين المعلمات الثابتة بأكبر قدر ممكن من الدقة مرة واحدة:

1. ظل زاوية رؤية الكاميرا.
2. طول "أكتاف" الليزر (من مركز العدسة إلى محور الدوران).

وبالطبع ، التركيز الأقصى لعدسات الليزر على مسافة مسح معينة و "رأسية" خطوط الليزر.

يجب تعديل المعلمة الديناميكية للزاوية الفعلية لموضع الليزر بالنسبة إلى المستوى الافتراضي للإطار في كل مرة مرة أخرى عند خلط الهاتف في الحامل. لهذا ، يتم إجراء وضع التكوين في البرنامج. من خلال تقليل شاشة الليزر إلى المركز وضبط الزاوية ، من الضروري تعيين المسافة المحسوبة أقرب ما يمكن إلى المسافة الحقيقية (المقاسة) لكلا الليزر.

قبل الضبط الدقيق:


بعد التعديل:

الاستنتاجات

ربما يمكن تكرار هذا التصميم من قبل أي شخص. لقد قطعت كل التفاصيل من الألياف الزجاجية إلى CNC.

بالطبع ، بدون آلة الطحن CNC ، من الصعب عمل بكرة تحت الليزر. ولكن مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أنك بحاجة إلى زاوية دوران بحد أقصى 90 درجة ، مع الصبر المناسب ، يمكن أيضًا قطع البكرة بملف.

ولكن من الأفضل القيام بذلك على CNC. متطلبات اللعب المحوري للتجميع الدوار عالية. يتم تحديد جودة عمليات المسح بنسبة 100٪ من خلال دقة التصنيع والمحاذاة.

فعل الماسح الضوئي في الخلفية. في بعض الأحيان ، بشكل متقطع لبضعة أشهر. لذلك ، لا يمكنني تقييم التعقيد الكلي لإنشاءه.

التكلفة الإجمالية للهيكل ليست عالية جدًا. كما أظهرت تجربتي ، على الرغم من أنها بعيدة عن الماسحات الضوئية الصناعية للأشياء الكبيرة ، يمكنك الحصول على عمليات مسح لائقة للغاية.
تتأثر جودة عمليات المسح بالدرجة الأولى بدقة الجزء الميكانيكي. بهذا المعنى ، في DIY يصعب التعامل مع الميكانيكا التي تم إنشاؤها للماسحات الضوئية الصناعية.

كود المصدر