دعنا نتعرف على كيفية صنع جهاز عرض ليزر بسيط بما فيه الكفاية من الأجهزة الإلكترونية التي يمكنك العثور عليها في المنزل.
مقدمة
هناك طريقتان لإنشاء صورة باستخدام تفحص الموجه بالليزر والمسح النقطي.
أثناء المسح المتجهي ، يتحرك الليزر على طول الحدود الخارجية للصورة ، مع إيقاف التشغيل فقط أثناء الانتقال من مخطط تفصيلي إلى آخر. هذا يعني أن الليزر يعمل في معظم الوقت ، مما ينتج عنه صورة مشرقة إلى حد ما.
غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة في أجهزة عرض ليزر صناعية كبيرة الحجم ، ولكنها تتطلب استخدام جهاز كهروميكانيكي معقد إلى حد ما - الجلفانومتر - لتحريك الليزر بسرعة. تبدأ الأسعار من 80 دولارًا للزوج ومن غير العملي للغاية (
وإن كان ذلك ممكنًا ) أن تصنعه في المنزل.
الطريقة الثانية هي
المسح النقطي . هناك ، يتحرك شعاع الليزر جنبًا إلى جنب ، حيث يرسم خط الصورة سطراً. هذه هي الطريقة المستخدمة في أجهزة تلفزيون وشاشات CRT القديمة.
نظرًا لأن الحركات الرأسية والأفقية تتم مرارًا وتكرارًا ، فإنها تتطلب إعدادًا ميكانيكيًا أبسط بكثير من المسح المتجه. أيضًا ، نظرًا لأن الصورة مقسمة إلى عناصر منفصلة ، فمن الأسهل بكثير البرمجة.
الجانب السلبي الرئيسي للمسح النقطي هو أن الشعاع يتخطى كل عنصر من عناصر الصورة ، حتى العناصر التي لا تحتاج إلى إضاءة ، مما يجعل الصورة باهتة بشكل عام. ولكن ، بسبب البساطة ، هذه هي الطريقة التي اخترتها لجهاز الإسقاط بالليزر الخاص بي.
لتحريك شعاع الليزر على طول خط (أفقياً) ، هناك طريقة مريحة للغاية: استخدام مرآة تدور بسرعة ثابتة. بما أن الدوران مستمر ، يمكنك تحريك الحزمة بسرعة كبيرة. لكن نقل الشعاع إلى خط آخر أكثر صعوبة.
الخيار الأسهل هو استخدام أشعة ليزر متعددة في المرآة الدوارة. الجانب السلبي هو أن عدد الخطوط المعروضة سيتم تحديده بعدد الليزر المستخدم ، مما يجعل الإعداد أكثر تعقيدًا ، بالإضافة إلى أنك ستحتاج إلى مرآة عالية جدًا. ولكن هناك أيضًا تقلبات - الجزء الوحيد الذي يتحرك من النظام بأكمله هو المرآة (أقل الأشياء التي يجب كسرها) ، واستخدام ليزر متعددة يمكن أن يجعل الصورة أكثر إشراقًا.
إليك مثال على جهاز عرض تم إنشاؤه بهذه الطريقة.
هناك طريقة أخرى للمسح الضوئي ، غالبًا ما توجد على الإنترنت ، وهي الجمع بين عمليات المسح الرأسي والأفقي باستخدام أسطوانة مرايا دوارة ، حيث يتم وضع "جوانب" منفصلة في زوايا مختلفة للمحور الدوار. تكوين المرآة هذا يجعل شعاع الليزر ينعكس في زوايا رأسية مختلفة عندما تدور المرآة ، مما يؤدي إلى إجراء مسح رأسي.
على الرغم من أن جهاز العرض الناتج بسيط للغاية (لا تحتاج إلا إلى ليزر ومرآة بمحرك ومستشعر التزامن) ، إلا أن هذه الطريقة لها جانب سلبي كبير - من الصعب جدًا إنشاء مرآة متعددة الأوجه في المنزل. عادةً يجب ضبط ميل "الجوانب" تمامًا أثناء الإنشاء ، ومستوى الدقة المطلوب مرتفع بشكل غير معقول.
إليك مثال على جهاز عرض ضوئي كهذا.لتسهيل الأمر على نفسي ، استخدمت طريقة أخرى للمسح الضوئي - مرآة متواصلة الدوران لتشكيل المسح الأفقي ومرآة تتأرجح دوريًا لإجراء المسح الرأسي.
إدراك
المسح الأفقي
أين يمكنك أن تجد مرآة سريعة الدوران؟ في طابعة ليزر قديمة ، بالطبع! تستخدم الطابعات الليزرية مرآة مضلعة ، موضوعة فوق محرك بدون فرش لمسح حزمة الليزر على طول الورقة. عادة ما يتم تعيين المحرك أعلى PCB الذي يتحكم فيه.
كان لدي بالفعل وحدة مرآة من طابعة قديمة:
لم أتمكن من العثور على الوثائق الخاصة بالوحدة أو الشريحة التي بداخلها ، لذا لتحديد تخطيط دبوس الوحدة كان علي أن أقوم بإجراء هندسة عكسية له. من السهل تحديد خطوط الطاقة - فهي متصلة بالمكثف الكهربائي الوحيد على PCB. لكن مجرد الحصول على الطاقة للمحرك لا يكفي لجعله يدور - تحتاج أيضًا إلى توفير إشارة تسجيل لضبط سرعة الدوران. الإشارة تعرج بسيط للتردد من 20 إلى 500-1000 هرتز.
للعثور على الخط الصحيح ، أمسك بمولد نبضات مكونًا بسرعة 100 هرتز ، وقم بتوصيله (من خلال المقاوم) بكل سطر متاح من منفذ وحدة الليزر. بمجرد تزويد الإشارة بالخط الصحيح ، يبدأ المحرك في الدوران. تدور المرايا بسرعة كبيرة لأغراضنا - كما تم قياسها لاحقًا ، فإنها تدور بسرعة تزيد عن 250 RPS. ولكن لسوء الحظ ، فإن دوران المحرك جعله صاخبة للغاية. إنها ليست مشكلة بالنسبة لتجاربي ، ولكن بالتأكيد ستكون ملحوظة عندما يكون جهاز العرض كاملًا ويعمل. ربما يمكن تخفيفه عن طريق استخدام وحدة نسخة متطابقة أحدث أو فقط وضع الوحدة النمطية في مربع.
الليزر
بالنسبة للاختبارات الأولية ، استخدمت ليزرًا من مؤشر ليزر رخيص. يجب إعداد الوحدة بحيث يكون لها درجات متعددة من الحرية - لتوجيه الليزر بشكل صحيح إلى المرآة.
نظرًا لأننا نستخدم المسح النقطي ، يتم توزيع ضوء الليزر على كامل مساحة الصورة ، مما يجعل الصورة باهتة تمامًا - تكون مرئية فقط في الظلام.
بعد ذلك بكثير ، بعد أن رسم صورة بنجاح ، استبدلت وحدة الليزر بأخرى أقوى - صمام ثنائي ليزر من مشغل DVD.
تحذير: الليزر دي في دي خطير للغاية ويمكن أن أعمى لك! أثناء العمل باستخدام الليزر ، استخدم النظارات الواقية في جميع الأوقات!
وضعت كل من وحدات الليزر والمرآة المضلعة أعلى لوح خشبي صغير. بعد تزويد إشارة الساعة للمحرك بالطاقة إلى الليزر ، يجب أن توجه الليزر بطريقة تجعل الشعاع يصل إلى حواف المرآة. نتيجة لذلك ، أثناء دوران المرآة ، تحصل على خط أفقي طويل.
حساس التزامن
لتمكين المتحكم الدقيق من تتبع موضع شعاع الليزر المتحرك ، نحتاج إلى جهاز استشعار ضوئي. لكن لهذا الغرض ، استخدمت ثنائياً ضوئيًا معوقًا بقطعة من الورق المقوى مع فتحة صغيرة في المنتصف. هناك حاجة لتتبع اللحظة التي تصل فيها الحزمة إلى الثنائي الضوئي بشكل أكثر دقة.
إليك نظام التثبيت للثنائي الضوئي (بدون الكرتون):
أثناء التشغيل العادي ، يجب أن تضغط حزمة الليزر المنعكسة أولاً على الثنائي الضوئي ، وعندها فقط - مرآة المسح العمودي.
بعد تثبيت المستشعر ، قمت باختباره من خلال توفير الجهد من خلال المقاوم ومراقبة الإشارة مع الذبذبات - اتساعها كان كافيًا لتوصيل المستشعر مباشرةً بإدخال GPIO في المتحكم الدقيق.
المسح الرأسي
كما ذكرت سابقًا ، استخدمت مرآة تتأرجح دوريًا لتشكيل المسح الرأسي. كيف تقودها؟ أسهل طريقة هي استخدام المغناطيس الكهربائي. في بعض الأحيان ، يقوم الأشخاص بتثبيت المرايا أعلى سماعات الكمبيوتر ، لكنه ليس خيارًا مرغوبًا فيه بشكل خاص (النتائج غير متناسقة ، يصعب للغاية معايرتها).
في بنائي ، استخدمت محرك BLDC من مشغل DVD للتحكم في مرآة المسح الضوئي العمودية. نظرًا لأن جهاز العرض كان مخصصًا لإخراج النص ، لم يكن هناك العديد من الأسطر التي يجب رسمها ، مما يعني أن المرآة يجب أن تكون بزاوية طفيفة.
يتكون محرك BLDC من ثلاثة ملفات ، والتي تصنع سويًا معًا. إذا كان أحد الملفين متصلاً بمصدر طاقة موجب الشحنة ، والآخران متصلان بالتناوب بالمصدر المشحون سالباً ، فإن تمايل دوار المحرك. يتم تحديد أقصى مسح الزاوية بواسطة تكوين المحرك ، وتحديداً - عدد الأعمدة. بالنسبة لمحرك أقراص DVD ، لا يتجاوز 30 درجة. نظرًا لأن هذا المحرك قوي جدًا ويسهل التحكم فيه (لا يلزم سوى مفتاحين فقط) ، فإن هذا المحرك مناسب تمامًا لغرضنا المتمثل في إنشاء جهاز عرض ليزر نصي.
هكذا يبدو المحرك ذو المرآة المتصلة:
لاحظ أن سطح المرآة العاكس يجب أن يكون في المقدمة - بمعنى أنه لا يعوقه الزجاج.
نظرة عامة
هكذا يبدو جهاز الإسقاط مجمّعًا:
وحدة الإسقاط عن قرب:
تتحرك المرآة المتعددة الأضلاع في اتجاه عقارب الساعة ، وبالتالي تتحرك شعاع الليزر من اليسار إلى اليمين.
تم تثبيت الصمام الثنائي ليزر دي في دي قوي بالفعل (داخل ميزاء). تم إعداد مرآة المسح الرأسي بطريقة تم توجيه الصورة المسقطة - في حالتي ، إلى سقف غرفتي.
كما ترون من الصورة ، يتم التحكم في الليزر والأجزاء الميكانيكية لجهاز العرض بواسطة متحكم STM32F103 المثبت على لوحة تصحيح أخطاء صغيرة (Blue Pill). تم تثبيت هذه اللوحة في اللوح.
الجهاز التخطيطي:
كما ذكرت سابقًا ، للتحكم في محرك المرآة المتعددة الأضلاع ، نحتاج إلى إشارة واحدة فقط - إشارة تسجيل الوقت (POLY_CLOCK) التي يتم إنتاجها بواسطة أحد أجهزة توقيت STM32 التي تعمل في وضع PWM. لم تتغير نسبة التكرار والواجب أثناء عمل جهاز العرض. لتشغيل المحرك يمكنني استخدام مصدر طاقة 12V منفصل.
يتم إنشاء إشارتين PWM للتحكم في مرآة المسح الرأسي بواسطة مؤقت آخر من متحكم. يتم وضع هذه الإشارات من خلال رقاقة ULN2003A التي تتحكم في محرك أقراص DVD. لذلك ، من خلال تحديد نسب واجب مختلفة لقنوات PWM في تلك الأوقات ، يمكننا تغيير زاوية الدوران للمحرك.
لسوء الحظ ، لا يوفر الإصدار الحالي من جهاز العرض ملاحظات حول موقع النسخ المتطابق. هذا يعني أن متحكم يمكن أن يقود المرايا ، لكنه لا "يعرف" هو الوضع الحالي. ينتج عن القصور الذاتي في الدوران والحث الملف بعض التأخير في تغيير اتجاه الدوران.
بفضل كل هذا ، هناك نتيجتان رئيسيتان:
- كثافة الخط ليست ثابتة ، لأنه لا يمكن التحكم في سرعة دوران المرآة ؛
- الكثير من الخطوط لا تعمل. تتأرجح مرآة المسح الرأسي في دورات ، لذلك يمكن إخراج بعض الخطوط رأسًا على عقب ، والآخر - رأسًا على عقب. نتيجة لذلك ، نظرًا لأنه يتعذر علينا تتبع الموقف ، لا يمكن عرض الخطوط إلا أثناء دوران المحرك بطريقة معينة. نظرًا لأنه يتم عرض نصف الأسطر فقط ، يتم تقليل سطوع الصورة إلى النصف.
ومع ذلك ، فإن عدم وجود ملاحظات يجعل الجهاز سهل الإنشاء إلى حد ما.
عملية تشكيل الصورة هي أيضا بسيطة جدا:
- في كل مرة يضرب شعاع الليزر الثنائي الضوئي ، يولد المتحكم الدقيق مقاطعة. في هذه المقاطعة ، يتم حساب سرعة المسح الأفقي الحالية بواسطة MCU. بعد ذلك ، تتم إعادة تعيين مؤقت التزامن الخاص.
- يقوم موقت التزامن هذا بإنشاء المقاطعات الخاصة به في لحظات معينة أثناء الفحص الأفقي.
- على وجه الخصوص ، بعد مرور بعض الوقت على التزامن ، يجب تشكيل إشارة التحكم بالليزر. يقوم جهازي بتشكيله باستخدام مجموعة DMA + SPI. بشكل أساسي ، تقوم هذه الوحدات بإرسال خط للصورة على إخراج MOSI SPI في الوقت المناسب ، بت واحد في المرة.
- بعد انتهاء إخراج الصورة ، يجب تشغيل الليزر مرة أخرى ، لذلك يمكن أن يقبل الثنائي الضوئي شعاعه مرة أخرى.
يتم تعديل الليزر من خلال أحد مفاتيح شريحة ULN2003A. هناك حاجة إلى المقاوم R3 لحماية الصمام الثنائي ليزر من التيار الزائد. تم تثبيته مباشرة في نهاية كابل الليزر ، معزول. لتشغيل الليزر ، استخدمت مصدر
طاقة خارجي. من المهم التحكم في استهلاك تيار الليزر والتأكد من أنه ضمن النطاق المقبول لثنائي ليزر معين.
مثال لصورة (ارتفاع 8 خطوط):
النص غير متناسب إلى حد ما لأن جهاز الإسقاط يشير إلى الحائط بزاوية. يبلغ طول كل دورة مسح رأسي حاليًا 32 خطوة (تعني الخطوة الأولى تحويل المرآة المضلعة بمقدار 1 حافة).
يمكن لجهاز العرض عرض 14 خطًا متميزًا: كل شيء بعد ذلك يبدأ في الاختلاط مع خطوط أخرى ، مما يؤدي إلى إتلاف الصورة.
تستخدم الصورة في البداية أيضًا خطًا من 8 أسطر ، مما يتيح عرض سطرين من النص جيدًا إلى حد ما.
يتم دعم الخطوط 11 × 7 و 6 × 4 في التعليمات البرمجية أيضًا:
مثال على "تشغيل النص":
الفيديو يجعل الصورة تومض رأسياً ، لكنها غير مرئية في الواقع.
مشروع على جيثب.