Mari kita cari tahu cara membuat proyektor laser yang cukup sederhana dari elektronik yang dapat Anda temukan di rumah.
Pendahuluan
Ada dua cara untuk membuat gambar dengan pemindaian laser-vektor dan pemindaian raster.
Selama pemindaian vektor, laser bergerak di sepanjang garis besar gambar, hanya mematikan saat bergerak dari satu garis besar ke garis berikutnya. Itu berarti bahwa laser pada sebagian besar waktu, membuat gambar yang dihasilkan agak cerah.
Metode itu paling sering digunakan dalam skala besar, proyektor laser industri, tetapi membutuhkan penggunaan perangkat elektro-mekanis yang agak rumit - galvanometer - untuk memindahkan laser dengan cepat. Harga mulai dari $ 80 sepasang dan itu sangat tidak praktis (
meskipun mungkin ) untuk dilakukan di rumah.
Metode kedua adalah
pemindaian raster . Di sana, sinar laser bergerak dari sisi ke sisi, menggambar garis gambar demi garis. Itulah metode yang digunakan di televisi dan monitor CRT lama.
Karena gerakan vertikal dan horizontal dilakukan berulang kali, itu membutuhkan pengaturan mekanis yang jauh lebih sederhana daripada pemindaian vektor. Juga, karena gambar dibagi menjadi elemen-elemen yang terpisah, itu jauh lebih mudah untuk diprogram.
Kelemahan utama dari pemindaian raster adalah bahwa berkas melewati setiap elemen gambar, bahkan yang tidak perlu disinari, menyebabkan gambar menjadi lebih redup secara keseluruhan. Tetapi, karena kesederhanaannya, itulah metode yang saya pilih untuk proyektor laser saya.
Untuk memindahkan sinar laser sepanjang garis (horizontal), ada teknik yang sangat nyaman: adalah dengan menggunakan cermin yang berputar pada kecepatan konstan. Karena rotasi terus menerus, Anda dapat menggerakkan berkas dengan cukup cepat. Tetapi memindahkan balok ke garis lain lebih sulit.
Pilihan termudah adalah menggunakan beberapa laser yang diarahkan ke cermin yang berputar. Kelemahannya adalah bahwa jumlah garis yang ditampilkan akan ditentukan oleh jumlah laser yang digunakan, yang membuat pengaturan lebih rumit, ditambah Anda akan membutuhkan cermin yang cukup tinggi. Tapi ada sisi baiknya juga - satu-satunya bagian yang bergerak dari keseluruhan sistem adalah cermin (lebih sedikit barang untuk dipecahkan), dan menggunakan beberapa laser dapat membuat gambar lebih cerah.
Berikut adalah contoh proyektor yang dibuat dengan cara itu.
Metode pemindaian lain, yang sering ditemukan di Internet, adalah menggabungkan pemindaian vertikal dan horizontal dengan menggunakan drum cermin berputar, di mana “aspek” terpisah ditempatkan pada sudut yang berbeda dengan sumbu putar. Konfigurasi cermin itu membuat sinar laser memantulkan ke sudut vertikal yang berbeda ketika cermin berputar, menciptakan pemindaian vertikal.
Meskipun pada dasarnya proyektor yang dihasilkan cukup sederhana (Anda hanya membutuhkan laser, cermin dengan motor dan sensor sinkronisasi), metode ini memiliki kelemahan besar - sangat sulit untuk membuat cermin multi-faceted di rumah. Biasanya kemiringan "segi" harus disesuaikan dengan sempurna selama konstruksi, dan tingkat presisi yang diperlukan sangat tinggi.
Berikut ini contoh proyektor semacam itu.Untuk membuatnya lebih mudah bagi diri saya, saya menggunakan metode pemindaian lain - cermin yang terus-menerus berputar untuk membentuk pemindaian horizontal dan cermin yang berosilasi secara berkala untuk pemindaian vertikal.
Realisasi
Pemindaian horizontal
Di mana Anda dapat menemukan cermin yang berputar cepat? Di printer laser tua, tentu saja! Printer laser menggunakan cermin poligonal, diletakkan di atas motor tanpa sikat untuk memindai sinar laser di sepanjang kertas. Motor biasanya diatur di atas PCB yang mengendalikannya.
Saya sudah memiliki modul cermin dari printer lama:
Saya tidak dapat menemukan dokumentasi untuk modul atau chip di dalamnya, jadi untuk menentukan tata letak pin modul, saya harus merekayasa baliknya. Saluran listrik mudah ditemukan - mereka terhubung ke satu-satunya kapasitor elektrolitik pada PCB. Tetapi hanya mendapatkan daya ke mesin tidak cukup untuk membuatnya berputar - Anda juga perlu menyediakan sinyal clocking untuk mengatur kecepatan rotasi. Sinyal adalah frekuensi berliku sederhana dari 20 hingga 500-1000 Hz.
Untuk menemukan jalur yang tepat, saya mengambil generator impuls yang dikonfigurasi untuk 100 Hz, dan menghubungkannya (melalui resistor) ke setiap jalur yang tersedia dari port modul laser. Setelah sinyal dipasok ke saluran yang benar, mesin mulai berputar. Cermin berputar sangat cepat untuk keperluan kita - seperti yang kemudian diukur, cermin berputar dengan kecepatan lebih dari 250 RPS. Namun sayangnya, putaran mesin membuatnya cukup berisik. Ini bukan masalah untuk percobaan saya, tetapi tentu akan terlihat ketika proyektor selesai dan berfungsi. Mungkin bisa dikurangi dengan menggunakan modul cermin yang lebih baru atau hanya menempatkan modul di dalam kotak.
Laser
Untuk tes pendahuluan saya menggunakan laser dari laser pointer murah. Modul ini harus dipasang sehingga memiliki beberapa derajat kebebasan - untuk mengarahkan laser ke cermin.
Karena kami menggunakan pemindaian raster, sinar laser didistribusikan di sepanjang area gambar, yang membuat gambar cukup redup - hanya terlihat dalam gelap.
Jadi, jauh kemudian, setelah saya berhasil menggambar, saya mengganti modul laser dengan yang lebih kuat - dioda laser dari pemutar DVD.
Peringatan: Laser DVD sangat berbahaya dan dapat membutakan Anda! Saat bekerja dengan laser, gunakan kacamata pelindung setiap saat!
Baik laser dan modul cermin poligonal diletakkan di atas papan kayu kecil. Setelah mensuplai sinyal clocking ke motor dan daya ke laser, Anda harus mengarahkan laser sedemikian rupa sehingga sinar menyentuh tepi cermin. Akibatnya, saat cermin berputar, Anda mendapatkan garis horizontal panjang.
Fotosensor sinkronisasi
Untuk mengaktifkan mikrokontroler untuk melacak posisi sinar laser yang bergerak, kita memerlukan sensor foto. Tapi tujuan itu saya menggunakan fotodioda terhalang dengan selembar karton dengan lubang kecil di tengah. Itu diperlukan untuk melacak saat balok hits dioda lebih tepat.
Inilah sistem pemasangan untuk fotodioda (tanpa kardus):
Selama operasi normal, sinar laser yang dipantulkan pertama-tama harus mengenai fotodioda, dan baru kemudian - cermin pindai vertikal.
Setelah memasang sensor, saya mengujinya dengan memasok tegangan melalui resistor dan mengamati sinyal dengan osiloskop - amplitudonya cukup untuk menghubungkan sensor langsung ke input GPIO dari mikrokontroler.
Pemindaian vertikal
Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, saya menggunakan cermin berosilasi secara berkala untuk membentuk pemindaian vertikal. Bagaimana Anda mengendarainya? Cara termudah adalah dengan menggunakan elektromagnet. Kadang-kadang orang hanya memasang cermin di atas pengeras suara komputer, tetapi itu bukan pilihan yang sangat diinginkan (hasilnya tidak konsisten, terlalu sulit untuk dikalibrasi).
Dalam build saya, saya menggunakan motor BLDC dari DVD player untuk mengontrol mirror scan vertikal. Karena proyektor dimaksudkan untuk menghasilkan teks, tidak ada banyak garis untuk menggambar, yang berarti bahwa cermin hanya boleh sedikit miring.
Motor BLDC terdiri dari tiga kumparan, yang bersama-sama membuat stator. Jika salah satu kumparan terhubung ke sumber daya bermuatan positif, dan dua kumparan lainnya secara bergantian terhubung ke sumber bermuatan negatif, rotor mesin akan goyah. Sapuan sudut maksimum ditentukan oleh konfigurasi motor, khususnya - jumlah kutub. Untuk motor DVD tidak melebihi 30 derajat. Karena motor ini cukup kuat dan mudah dikendalikan (hanya diperlukan dua tombol), motor ini sangat cocok untuk keperluan kita membangun proyektor laser teks.
Begitulah tampilan motor dengan cermin yang terhubung:
Perhatikan bahwa permukaan reflektif cermin harus di bagian depan - artinya, itu tidak terhalang oleh kaca.
Ikhtisar
Begitulah cara proyektor terlihat dirakit:
Modul proyeksi dari dekat:
Cermin poligon bergerak searah jarum jam, sehingga sinar laser bergerak dari kiri ke kanan.
Dioda laser DVD yang kuat sudah terpasang (di dalam kolimator). Cermin pindai vertikal diatur sedemikian rupa sehingga gambar yang diproyeksikan diarahkan - dalam kasus saya, ke langit-langit kamar saya.
Seperti yang dapat Anda lihat dari gambar, laser dan bagian mekanis proyektor dikendalikan oleh mikrokontroler STM32F103 yang dipasang pada papan debugging kecil (Blue Pill). Papan ini dipasang ke papan tempat memotong roti.
Skema perangkat:
Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, untuk mengendalikan motor cermin poligonal, kita hanya perlu satu sinyal - sinyal clocking (POLY_CLOCK) yang diproduksi oleh salah satu penghitung waktu STM32 yang bekerja dalam mode PWM. Frekuensi dan rasio tugasnya tidak berubah saat proyektor bekerja. Untuk menyalakan motor saya menggunakan catu daya 12V terpisah.
Dua sinyal PWM untuk mengontrol cermin pindai vertikal dihasilkan oleh pengatur waktu lain dari mikrokontroler. Sinyal-sinyal ini dimasukkan melalui chip ULN2003A yang mengontrol motor DVD. Jadi, dengan mengatur rasio tugas yang berbeda untuk saluran PWM pada waktu itu, kita dapat mengubah sudut belok motor.
Sayangnya, versi proyektor saat ini tidak memberikan umpan balik pada lokasi cermin. Ini berarti bahwa mikrokontroler dapat menggerakkan cermin, tetapi tidak "tahu" posisi saat ini. Inersia rotor dan induktansi kumparan menghasilkan beberapa penundaan dalam mengubah arah rotasi.
Berkat semua ini, ada dua konsekuensi utama:
- Kepadatan garis tidak konstan, karena kecepatan putaran cermin tidak dapat dikontrol;
- Banyak jalur yang tidak operasional. Cermin pemindaian vertikal bimbang dalam siklus, sehingga beberapa garis dapat menjadi output turun, dan yang lainnya - terbalik. Hasilnya, karena kami tidak dapat melacak posisi, garis hanya dapat ditampilkan saat motor berputar dengan cara tertentu. Karena hanya setengah garis yang ditampilkan, kecerahan gambar menjadi setengahnya.
Namun demikian, kurangnya umpan balik membuat perangkat ini cukup mudah dibuat.
Proses pembentukan gambar juga cukup sederhana:
- Setiap kali sinar laser mengenai fotodioda, mikrokontroler menghasilkan interupsi. Pada gangguan ini kecepatan pemindaian horisontal saat ini dihitung oleh MCU. Setelah itu, timer sinkronisasi khusus diatur ulang.
- Timer sinkronisasi ini menghasilkan interupsi tersendiri pada saat-saat tertentu selama pemindaian horizontal.
- Secara khusus, beberapa waktu setelah sinkronisasi sinyal kontrol laser perlu dibentuk. Perangkat saya membentuknya dengan kombo DMA + SPI. Pada dasarnya, modul-modul ini mentransmisikan garis gambar pada output MOSI SPI pada waktu yang tepat, sedikit demi sedikit.
- Setelah output gambar selesai, laser harus dinyalakan kembali, sehingga fotodioda dapat kembali menerima pancarannya.
Modulasi laser dilakukan melalui salah satu kunci dari chip ULN2003A. Resistor R3 diperlukan untuk melindungi dioda laser dari arus berlebih. Itu dipasang tepat di ujung kabel laser, terisolasi. Untuk menyalakan laser, saya menggunakan
catu daya tempel. Sangat penting untuk mengontrol konsumsi arus laser dan memastikannya dalam kisaran yang dapat diterima untuk dioda laser tertentu.
Contoh gambar (tinggi 8 baris):
Teksnya agak tidak proporsional karena proyektor menunjuk ke dinding dengan sudut tertentu. Saat ini, setiap siklus pemindaian vertikal panjangnya 32 langkah (1 langkah berarti memutar cermin poligon sebanyak 1 sisi).
Proyektor dapat menampilkan 14 garis berbeda: semuanya setelah itu mulai bercampur dengan garis lain, merusak gambar.
Foto di awal juga menggunakan font 8-baris, yang memungkinkan untuk menampilkan bahkan dua baris teks dengan cukup baik.
Font 11x7 dan 6x4 juga didukung dalam kode:
Contoh "running text":
Video membuat gambar berkedip secara vertikal, tetapi kenyataannya tidak terlihat.
Proyek di GitHub.