एक DIY पाठ लेजर प्रोजेक्टर बनाना

आइए जानें कि आप इलेक्ट्रॉनिक्स से एक सरल पर्याप्त लेजर प्रोजेक्टर कैसे बना सकते हैं, जिसे आप घर पर पा सकते हैं।

परिचय

एक लेजर के साथ एक छवि बनाने के दो तरीके हैं - वेक्टर स्कैन और रैस्टर स्कैन।

वेक्टर स्कैनिंग के दौरान, लेज़र छवि की रूपरेखा के साथ चलता है, केवल एक आउटलाइन से अगली में जाते समय बंद होता है। इसका मतलब है कि लेजर ज्यादातर समय पर है, बल्कि एक उज्ज्वल परिणामी छवि के लिए बना रहा है।

उस विधि का उपयोग अक्सर बड़े पैमाने पर, औद्योगिक लेजर प्रोजेक्टर में किया जाता है, लेकिन लेजर को जल्दी से स्थानांतरित करने के लिए इसे एक जटिल इलेक्ट्रो-मैकेनिकल डिवाइस - गैल्वेनोमीटर के उपयोग की आवश्यकता होती है। कीमतें $ 80 एक जोड़ी से शुरू होती हैं और यह घर पर बनाने के लिए बहुत ही अव्यावहारिक ( हालांकि संभव है )।

दूसरी विधि है रास्टर स्कैनिंग । वहां, लेज़र बीम एक तरफ से दूसरी ओर जाती है, रेखा द्वारा छवि रेखा खींचती है। यह पुराने CRT टीवी और मॉनिटर में उपयोग की जाने वाली विधि है।

चूंकि दोनों ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज आंदोलनों को बार-बार किया जाता है, इसलिए इसे वेक्टर स्कैनिंग की तुलना में बहुत सरल यांत्रिक सेटअप की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, चूंकि छवि को अलग-अलग तत्वों में विभाजित किया गया है, इसलिए इसे प्रोग्राम करना बहुत आसान है।

रेखापुंज स्कैनिंग का मुख्य नकारात्मक पहलू यह है कि बीम छवि के प्रत्येक तत्व पर चला जाता है, यहां तक ​​कि उन पर भी रोशनी करने की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे छवि समग्र डिमर हो जाती है। लेकिन, सरलता के कारण, मैंने अपने लेजर प्रोजेक्टर के लिए यही तरीका चुना।

लेज़र बीम को एक लाइन (क्षैतिज रूप से) के साथ स्थानांतरित करने के लिए, एक बहुत ही सुविधाजनक तकनीक है: एक निरंतर वेग पर घूमने वाले दर्पण का उपयोग करना है। चूंकि रोटेशन निरंतर है, आप बीम को काफी तेजी से स्थानांतरित कर सकते हैं। लेकिन बीम को दूसरी पंक्ति में ले जाना अधिक कठिन है।

सबसे आसान विकल्प घूर्णन दर्पण पर इंगित कई लेज़रों का उपयोग करना है। नकारात्मक पक्ष यह है कि प्रदर्शित लाइनों की संख्या का उपयोग लेज़रों की संख्या से निर्धारित किया जाएगा, जो सेटअप को अधिक जटिल बनाता है, साथ ही आपको काफी उच्च दर्पण की आवश्यकता होगी। लेकिन वहाँ भी कर रहे हैं के रूप में अच्छी तरह से - पूरे सिस्टम का एकमात्र चलती हिस्सा दर्पण (तोड़ने के लिए कम सामान) है, और कई लेज़रों का उपयोग करके छवि को उज्जवल बना सकते हैं। यहाँ उस तरह से निर्मित प्रोजेक्टर का एक उदाहरण है।

एक और स्कैनिंग विधि, जो अक्सर इंटरनेट पर पाई जाती है, एक कताई दर्पण ड्रम का उपयोग करके ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज स्कैन का संयोजन होता है, जहां अलग-अलग "पहलुओं" को घूर्णन अक्ष पर विभिन्न कोणों पर रखा जाता है। दर्पण विन्यास लेजर बीम को विभिन्न ऊर्ध्वाधर कोणों में प्रतिबिंबित करता है जब दर्पण घूमता है, एक ऊर्ध्वाधर स्कैन बनाता है।

भले ही परिणामी प्रोजेक्टर सार में काफी सरल है (आपको केवल एक लेजर, मोटर के साथ एक दर्पण और एक सिंक्रनाइज़ेशन सेंसर की आवश्यकता है), इस विधि में एक बड़ा नकारात्मक पहलू है - घर पर एक बहुआयामी दर्पण का निर्माण करना बहुत मुश्किल है। आमतौर पर "पहलुओं" के तिरछा निर्माण के दौरान पूरी तरह से समायोजित किया जाना चाहिए, और आवश्यक सटीकता का स्तर अत्यधिक उच्च है।

यहाँ इस तरह के एक प्रोजेक्टर का एक उदाहरण है।

अपने आप को आसान बनाने के लिए मैंने एक और स्कैनिंग विधि का उपयोग किया - क्षैतिज स्कैन और ऊर्ध्वाधर स्कैन के लिए एक समय-समय पर दोलन दर्पण बनाने के लिए लगातार घूमने वाला दर्पण।

वसूली

क्षैतिज स्कैन

आप तेजी से घूमने वाला दर्पण कहां पा सकते हैं? एक पुराने लेजर प्रिंटर में, बिल्कुल! लेजर प्रिंटर पेपर के साथ लेजर बीम को स्कैन करने के लिए ब्रशलेस मोटर के शीर्ष पर स्थापित एक बहुभुज दर्पण का उपयोग करते हैं। मोटर आमतौर पर पीसीबी के ऊपर सेट होता है जो इसे नियंत्रित करता है।

मेरे पास पुराने प्रिंटर से पहले से ही एक दर्पण मॉड्यूल था:



मुझे मॉड्यूल या इसके अंदर चिप के लिए प्रलेखन नहीं मिला, इसलिए मॉड्यूल के पिन लेआउट को निर्धारित करने के लिए मुझे इसे रिवर्स-इंजीनियर करना पड़ा। विद्युत लाइनों का पता लगाना आसान है - वे पीसीबी पर केवल इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र से जुड़े हैं। लेकिन बस इंजन को शक्ति प्राप्त करना इसे स्पिन करने के लिए पर्याप्त नहीं है - आपको रोटेशन की गति निर्धारित करने के लिए एक क्लॉकिंग सिग्नल की आपूर्ति करने की भी आवश्यकता है। सिग्नल 20 से 500-1000 हर्ट्ज तक की आवृत्ति का एक सरल मापक है।

सही लाइन खोजने के लिए, मैंने 100 हर्ट्ज के लिए कॉन्फ़िगर किए गए एक आवेग जनरेटर को पकड़ लिया, और इसे (मॉड्यूल के माध्यम से) लेजर मॉड्यूल पोर्ट की हर उपलब्ध लाइन से जोड़ा। सिग्नल को सही लाइन पर सप्लाई करने के बाद, इंजन घूमना शुरू कर देता है। दर्पण हमारे उद्देश्यों के लिए बहुत तेजी से घूमता है - जैसा कि बाद में मापा जाता है, यह 250 आरपीएस से अधिक गति से घूमता है। लेकिन दुर्भाग्य से, इंजन के रोटेशन ने इसे काफी शोर बना दिया। यह मेरे प्रयोगों के लिए कोई समस्या नहीं है, लेकिन प्रोजेक्टर पूरा होने और काम करने पर निश्चित रूप से ध्यान देने योग्य होगा। हो सकता है कि यह एक नए दर्पण मॉड्यूल का उपयोग करके या केवल एक बॉक्स में मॉड्यूल डालकर कम किया जा सकता है।

लेज़र

प्रारंभिक परीक्षणों के लिए मैंने सस्ते लेजर पॉइंटर से एक लेजर का उपयोग किया। मॉड्यूल को सेट किया जाना चाहिए, ताकि इसमें स्वतंत्रता की कई डिग्री हो - दर्पण में लेजर को सही ढंग से इंगित करने के लिए।



चूंकि हम रेखापुंज स्कैनिंग का उपयोग करते हैं, लेज़र प्रकाश को छवि के पूरे क्षेत्र में वितरित किया जाता है, जिससे छवि काफी मंद हो जाती है - यह केवल अंधेरे में दिखाई देती है।

इसलिए, बहुत बाद में, मैंने एक छवि को सफलतापूर्वक आकर्षित करने के बाद, मैंने लेजर मॉड्यूल को एक अधिक शक्तिशाली एक के साथ बदल दिया - एक डीवीडी प्लेयर से लेजर डायोड।

चेतावनी: डीवीडी लेजर बहुत खतरनाक हैं और आपको अंधा कर सकते हैं! लेजर के साथ काम करते समय, हर समय सुरक्षात्मक चश्मे का उपयोग करें!

दोनों लेजर और बहुभुज दर्पण मॉड्यूल एक छोटे से लकड़ी के तख़्त के ऊपर स्थापित किए गए थे। लेजर को मोटर और बिजली को क्लॉकिंग सिग्नल की आपूर्ति करने के बाद, आपको लेजर को इस तरह से इंगित करना चाहिए कि बीम दर्पण के किनारों को हिट करे। नतीजतन, जबकि दर्पण घूम रहा है, आपको एक लंबी क्षैतिज रेखा मिलती है।

सिंक्रोनाइज़ेशन फोटोसेंसर

चलती लेजर बीम की स्थिति को ट्रैक करने के लिए माइक्रोकंट्रोलर को सक्षम करने के लिए, हमें एक फोटो सेंसर की आवश्यकता होती है। लेकिन उस उद्देश्य के लिए मैंने बीच में एक छोटे से छेद के साथ कार्डबोर्ड के एक टुकड़े के साथ बाधित एक फोटोडायोड का उपयोग किया। यह उस पल को ट्रैक करने की आवश्यकता है जब बीम फोटोडायोड को अधिक सटीक रूप से हिट करता है।

यहाँ फोटोडायोड (कार्डबोर्ड के बिना) के लिए बढ़ते सिस्टम है:



सामान्य ऑपरेशन के दौरान, प्रतिबिंबित लेजर बीम को पहले फोटोडायोड से टकरा जाना चाहिए, और उसके बाद ही - ऊर्ध्वाधर स्कैन दर्पण।

सेंसर स्थापित करने के बाद, मैंने इसे रोकनेवाला के माध्यम से वोल्टेज की आपूर्ति करके और एक आस्टसीलस्कप के साथ संकेत का निरीक्षण करके परीक्षण किया - इसका आयाम सेंसर को माइक्रोकंट्रोलर के जीपीआईओ इनपुट से सीधे कनेक्ट करने के लिए पर्याप्त था।

लंबवत स्कैन

जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया है, मैंने ऊर्ध्वाधर स्कैन बनाने के लिए समय-समय पर दोलन दर्पण का उपयोग किया। आप इसे कैसे चलाते हैं? सबसे आसान तरीका एक इलेक्ट्रोमैग्नेट का उपयोग करना है। कभी-कभी लोग सिर्फ कंप्यूटर स्पीकर के ऊपर दर्पण को माउंट करते हैं, लेकिन यह एक विशेष रूप से वांछनीय विकल्प नहीं है (परिणाम असंगत हैं, बहुत मुश्किल से कैलिब्रेट करना है)।

अपने बिल्ड में मैंने ऊर्ध्वाधर स्कैन मिरर को नियंत्रित करने के लिए एक डीवीडी प्लेयर से बीएलडीसी मोटर का उपयोग किया। चूंकि प्रोजेक्टर टेक्स्ट को आउटपुट करने के लिए था, इसलिए ड्रॉ करने के लिए कई लाइनें नहीं थीं, जिसका मतलब था कि दर्पण को केवल थोड़ा सा खींचा जाना चाहिए।

BLDC मोटर में तीन कॉइल होते हैं, जो एक साथ एक स्टेटर बनाते हैं। यदि कॉइल में से एक पॉजिटिव-चार्ज पावर स्रोत से जुड़ा है, और अन्य दो वैकल्पिक रूप से नकारात्मक चार्ज किए गए स्रोत से जुड़े हैं, तो इंजन का रोटर डगमगाने लगेगा। अधिकतम कोणीय स्वीप मोटर के कॉन्फ़िगरेशन द्वारा निर्धारित किया जाता है, विशेष रूप से - डंडे की संख्या। एक डीवीडी मोटर के लिए यह 30 डिग्री से अधिक नहीं है। चूंकि यह मोटर काफी शक्तिशाली और नियंत्रित करने में आसान है (केवल दो चाबियों की आवश्यकता होती है), यह मोटर पाठ लेजर प्रोजेक्टर के निर्माण के हमारे उद्देश्य के लिए बहुत अच्छी तरह से फिट बैठता है।

कनेक्टेड मिरर के साथ मोटर कैसा दिखता है:



ध्यान दें कि दर्पण की परावर्तक सतह सामने की तरफ होनी चाहिए - मतलब, यह कांच द्वारा बाधित नहीं है।

अवलोकन

यह है कि प्रोजेक्टर कैसे इकट्ठे दिखता है:



प्रक्षेपण मॉड्यूल करीब है:



बहुभुज दर्पण दक्षिणावर्त चलता है, इसलिए लेजर बीम बाएं से दाएं चलती है।

शक्तिशाली डीवीडी लेजर डायोड पहले से ही स्थापित है (कोलिमर के अंदर)। ऊर्ध्वाधर स्कैन दर्पण को इस तरह से सेट किया गया है कि अनुमानित छवि को इंगित किया गया है - मेरे मामले में, मेरे कमरे की छत तक।

जैसा कि आप तस्वीर से देख सकते हैं, लेजर और प्रोजेक्टर के यांत्रिक भागों को एक छोटे डिबगिंग बोर्ड (ब्लू पिल) पर स्थापित STM32F103 माइक्रोकंट्रोलर द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यह बोर्ड ब्रेडबोर्ड में स्थापित है।

डिवाइस योजनाबद्ध:



जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया था, बहुभुज दर्पण मोटर को नियंत्रित करने के लिए हमें केवल एक सिग्नल की आवश्यकता होती है - क्लॉकिंग सिग्नल (POLY_CLOCK) जो PWM मोड में काम कर रहे STM32 के टाइमर में से एक द्वारा निर्मित होता है। इसकी आवृत्ति और कर्तव्य अनुपात अपरिवर्तित है जबकि प्रोजेक्टर काम कर रहा है। मोटर को बिजली देने के लिए मैं एक अलग 12V बिजली की आपूर्ति का उपयोग करता हूं।

ऊर्ध्वाधर स्कैन दर्पण को नियंत्रित करने के लिए दो पीडब्लूएम सिग्नल माइक्रोकंट्रोलर के एक और टाइमर द्वारा उत्पन्न होते हैं। इन संकेतों को एक ULN2003A चिप के माध्यम से रखा जाता है जो डीवीडी मोटर को नियंत्रित करता है। इसलिए, उस समय के पीडब्लूएम चैनलों के लिए अलग-अलग ड्यूटी अनुपात निर्धारित करके, हम मोटर के मोड़ कोण को बदल सकते हैं।

दुर्भाग्य से, प्रोजेक्टर का वर्तमान संस्करण दर्पण स्थान पर प्रतिक्रिया प्रदान नहीं करता है। इसका मतलब है कि माइक्रोकंट्रोलर दर्पण को चला सकता है, लेकिन यह वर्तमान स्थिति को "नहीं जानता" है। रोटर जड़ता और कुंडल प्रेरण रोटेशन की दिशा को बदलने में कुछ देरी पैदा करते हैं।

इस सब के लिए धन्यवाद, दो प्राथमिक परिणाम हैं:

• लाइन घनत्व स्थिर नहीं है, क्योंकि दर्पण रोटेशन की गति को नियंत्रित नहीं किया जा सकता है;
• बहुत सारी लाइनें चालू नहीं हैं। वर्टिकल स्कैन मिरर चक्रों में खाली हो जाता है, इसलिए कुछ पंक्तियों को नीचे की तरफ और दूसरे को ऊपर-नीचे आउटपुट किया जा सकता है। एक परिणाम, चूंकि हम स्थिति को ट्रैक नहीं कर सकते हैं, लाइनों को केवल तब प्रदर्शित किया जा सकता है जब मोटर एक विशेष तरीके से घूम रहा हो। चूंकि केवल आधी लाइनें प्रदर्शित की जा रही हैं, छवि की चमक आधी है।

फिर भी, प्रतिक्रिया की कमी डिवाइस को बनाने में काफी आसान बनाती है।

छवि बनाने की प्रक्रिया भी काफी सरल है:

• हर बार जब लेजर बीम फोटोडायोड से टकराता है, तो माइक्रोकंट्रोलर एक अवरोध उत्पन्न करता है। इस व्यवधान में वर्तमान क्षैतिज स्कैन गति की गणना MCU द्वारा की जाती है। उसके बाद, विशेष सिंक्रनाइज़ेशन टाइमर रीसेट किया जाता है।
• यह सिंक्रनाइज़ेशन टाइमर क्षैतिज स्कैन के दौरान विशेष क्षणों पर अपना स्वयं का अवरोध उत्पन्न करता है।
  
• विशेष रूप से, तुल्यकालन के कुछ समय बाद लेजर नियंत्रण संकेत का गठन किया जाना चाहिए। मेरी डिवाइस इसे DMA + SPI कॉम्बो के साथ बनाती है। अनिवार्य रूप से, ये मॉड्यूल सही समय पर MOSI SPI आउटपुट पर एक बार में एक बिट पर छवि की एक लाइन संचारित करते हैं।
• छवि आउटपुट समाप्त होने के बाद, लेजर को फिर से चालू किया जाना चाहिए, इसलिए फोटोडायोड फिर से अपने बीम को स्वीकार कर सकता है।

ULN2003A चिप की चाबियों में से एक के माध्यम से लेजर मॉड्यूलेशन किया जाता है। लेजर डायोड को ओवरक्रॉफ्ट से बचाने के लिए R3 रेसिस्टर की जरूरत होती है। यह अछूता लेजर केबल के अंत में स्थापित है। लेजर को बिजली देने के लिए मैंने एक आउटबोर्ड बिजली की आपूर्ति का उपयोग किया। लेजर वर्तमान खपत को नियंत्रित करना और यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि यह विशेष लेजर डायोड के लिए स्वीकार्य सीमा के भीतर है।

एक छवि का उदाहरण (उच्च 8 लाइनें):



पाठ कुछ अनुपात से बाहर है क्योंकि प्रोजेक्टर एक कोण पर एक दीवार पर इंगित करता है। वर्तमान में, प्रत्येक ऊर्ध्वाधर स्कैन चक्र 32 कदम लंबा है (1 कदम का अर्थ है बहुभुज दर्पण को 1 किनारे से मोड़ना)।

प्रोजेक्टर 14 अलग-अलग पंक्तियों को प्रदर्शित कर सकता है: उसके बाद की सभी चीजें छवि को दूषित करते हुए, अन्य लाइनों के साथ मिश्रण करना शुरू कर देती हैं।

शुरुआत में फोटो भी 8-लाइन फ़ॉन्ट का उपयोग करता है, जो पाठ की दो पंक्तियों को कुछ हद तक अच्छी तरह से प्रदर्शित करना संभव बनाता है।

फ़ॉन्ट्स 11x7 और 6x4 कोड में भी समर्थित हैं:



"चल रहे पाठ" का उदाहरण:


वीडियो छवि को लंबवत रूप से फ़्लिकर बनाता है, लेकिन यह वास्तविकता में दिखाई नहीं देता है।

GitHub पर परियोजना।