Interaktiivinen lasiarkkigeneraattori Arduinolla: 11 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Lasereilla voidaan luoda uskomattomia visuaalisia tehosteita. Tässä projektissa rakensin uuden tyyppisen lasernäytön, joka on interaktiivinen ja toistaa musiikkia. Laite pyörittää kahta laseria muodostaen kaksi pyörremäistä valoa. Laitoin etäisyysanturit laitteeseen, jotta laserlevyjä voitaisiin käsitellä siirtämällä kättä niitä kohti. Kun henkilö on vuorovaikutuksessa antureiden kanssa, laite toistaa myös musiikkia MIDI -lähdön kautta. Se sisältää ideoita laserharpuista, laservortexeista ja POV -näytöistä.

Instrumenttia ohjataan Arduino Mega -laitteella, joka ottaa sisään ultraäänianturien tulot ja lähettää muodostetun laserlevyn tyypin ja musiikin. Pyörivien lasereiden monien vapausasteiden vuoksi voidaan luoda tonnia erilaisia lasiarkkikuvioita.

Tein alustavia aivoriihiä projektista uuden taide-/teknologiaryhmän kanssa St. Louisissa nimeltä Dodo Flock. Emre Sarbek suoritti myös joitain ensimmäisiä testejä antureista, joita käytettiin liikkeen havaitsemiseen laitteen lähellä.

Jos rakennat laserlevylaitetta, muista käyttää turvallisia lasereita ja pyöriviä kiekkoja.

Vuoden 2020 päivitys: Huomasin, että laserilla luotu pinta on hyperboloidi.

Vaihe 1: Toimitusluettelo

Materiaalit

Laserit -

Harjaton moottori -

Elektroninen nopeudensäädin -

Servomoottorit -

Transistorit

Vaneri

Plexiglass

Ultraäänianturit

Slipring -

Valkoiset LEDit -

Buck -muuntimet

Kierrä lanka

MIDI -liitin

Potentiometri ja nupit -

Laitteisto - https://www.amazon.com/gp/product/B01J7IUBG8/ref=o…https://www.amazon.com/gp/product/B06WLMQZ5N/ref=o…https://www.amazon. fi/gp/product/B06XQMBDMX/ref = o…

Vastukset

JST -liitäntäkaapelit -

AC -virtakytkin

12V virtalähde -

Puuliima

pikaliima

Puuruuvit

USB -jatkojohto -

Työkalut:

Juotin

Lankaleikkurit

Jig näki

Pyörösaha

Mikrometri

Porakone

Vaihe 2: Yleiskatsaus ja kaavio

Lasersäde luo hyvin kollimoidun (eli kapean) valonsäteen, joten yksi tapa valon arkin tuottamiseksi on siirtää sädettä nopeasti jossakin kuviossa. Jos esimerkiksi haluat luoda lieriömäisen valolevyn, pyörität laseria sen suunnan suuntaisen akselin ympäri. Laserin siirtämiseksi nopeasti voit kiinnittää laserin harjattomaan tasavirtamoottoriin kiinnitettyyn puulautaan. Pelkästään tämän avulla voit luoda viileitä lieriömäisiä laserpyörreitä!

Muut laserpyörreprojektit saavuttavat tämän asentamalla kallistetun peilin pyörimisakseliin paikallaan olevalla laserilla, joka on suunnattu peiliin. Tämä luo laserlevykartion. Tällä mallilla kaikki laserarkit näyttävät kuitenkin olevan peräisin yhdestä alkuperästä. Jos laserit on sijoitettu akselin ulkopuolelle, kuten rakentamani malli, voit luoda lähentyviä laserlevyjä, kuten videossa näkyvä tiimalasin muoto.

Mutta entä jos haluat, että valaisimet ovat dynaamisia ja vuorovaikutteisia? Tämän saavuttamiseksi kiinnitin kaksi laseria servojen päälle ja kiinnitin sitten servot puulautaan. Nyt servot voivat säätää laserin kulmaa suhteessa moottorin pyörimisakseliin. Kun sinulla on kaksi laseria kahdella eri servolla, voit luoda laitteella kaksi erilaista valoarkkia.

Tasavirtamoottorin nopeuden hallitsemiseksi liitin potentiometrin Arduinoon, joka ottaa potentiometrin tulon ja lähettää signaalin sähköiseen nopeudensäätimeen (ESC). ESC ohjaa sitten moottorin nopeutta (melko sopiva nimi, kyllä) riippuen potentiometrin vastuksesta.

Laserin päälle/pois -tilaa ohjataan kytkemällä ne kyllästyneenä toimivan transistorin (eli sähkökytkimen) emitteriin. Transistorin pohjaan lähetetään ohjaussignaali, joka ohjaa virtaa laserin läpi. Tässä on lähde kuorman ohjaamiseen transistorilla, jossa on arduino:

Servojen asentoa ohjataan myös Arduinolla. Lankun pyöriessä valolevyä voidaan käsitellä muuttamalla servoasentoa. Ilman käyttäjän panosta tämä yksin voi luoda dynaamisia valoarkkeja, jotka ovat lumoavia. Laitteen reunan ympärille on sijoitettu myös ultraääni -antureita, joita käytetään määrittämään, laittaako henkilö kätensä valopyyhkeiden lähelle. Tätä tuloa käytetään sitten joko lasereiden siirtämiseen uusien valolevyjen luomiseksi tai MIDI -signaalin luomiseksi. MIDI -liitin on liitetty lähettämään MIDI -signaali MIDI -toistolaitteeseen.

Vaihe 3: Harjaton moottorin ohjaus Arduinolla

Pyörremäisten valolevyjen luomiseksi sinun on käännettävä lasersädettä. Tämän saavuttamiseksi päätin käyttää harjatonta tasavirtamoottoria. Opin, että tämäntyyppiset moottorit ovat todella suosittuja lentokoneiden ja droneiden keskuudessa, joten ajattelin, että se olisi melko helppo käyttää. Törmäsin muutamiin ongelmiin matkan varrella, mutta kaiken kaikkiaan olen tyytyväinen siihen, miten moottori toimii projektissa.

Ensinnäkin moottori on asennettava. Suunnittelin osan moottorin pitämiseksi ja kiinnitin sen levyyn, joka pitää laitetta. Kun moottori oli kiinnitetty, liitin moottorin ESC: hen. Lukemani perusteella kuulostaa todella vaikealta käyttää harjatonta moottoria ilman sitä. Moottorin pyörittämiseksi käytin Arduino Megaa. Aluksi en voinut saada moottoria pyörimään, koska olin juuri kytkemässä ohjaussignaalin 5 V: iin tai maahan, asettamatta perusarvoa oikein tai kalibroimatta ESC: tä. Sitten seurasin Arduinon opetusohjelmaa, jossa oli potentiometri ja servomoottori, ja se sai moottorin pyörimään! Tässä on linkki opetusohjelmaan:

ESC -johdot voidaan itse asiassa liittää millään tavalla harjattomaan moottoriin. Tarvitset naaraspuolisia banaanipistokeliittimiä. ESC: n paksummat punaiset ja mustat kaapelit on kytketty tasavirtalähteeseen 12 V: n jännitteellä ja ESC: n ohjausliittimen mustat ja valkoiset kaapelit maadoitukseen ja Arduinon ohjaustappi. Katso tämä video oppiaksesi ESC: n kalibroinnista:

Vaihe 4: Laserlevykotelon rakentaminen

Kun moottori on pyörinyt, on aika rakentaa kevytarkialusta. Leikkasin vaneripalan CNC -koneella, mutta voit käyttää myös jig -sahaa. Vanerissa on ultraäänianturit ja siinä on reikä plexiglas -palan asettamiseksi. Plexiglas on kiinnitettävä puuhun epoksilla. Porausreiät porataan liukurenkaan läpi.

Toinen pyöreä vanerilevy leikataan harjaton moottori pitämään. Tähän puulevyyn porataan reikiä, jotta johdot voivat mennä läpi myöhemmin. Moottorikiinnityksen ja reikien poraamisen jälkeen kaksi vanerilevyä kiinnitetään noin 15 cm: n pituisilla 1x3 -lankkuilla ja metallikannattimilla. Kuvassa näet, kuinka pleksilasi on moottorin ja lasereiden yläpuolella.

Vaihe 5: Laser- ja servomoottorikokoonpano

Muuttuvat valoarkit luodaan siirtämällä lasereita pyörimisakselin suhteen. Suunnittelin ja 3D -tulostin telineen, joka kiinnittää laserin servoon ja telineen, joka yhdistää servon pyörivään lankkuun. Kiinnitä ensin servo servokiinnikkeeseen kahdella M2 -ruuvilla. Liu'uta sitten M2 -mutteri laserkiinnikkeeseen ja kiristä kiristysruuvi pitääksesi laserin paikallaan. Ennen kuin liität laserin servoon, sinun on varmistettava, että servo on käännetty keskiasentoon. Suuntaa servo 90 asteen kulmaan servo -opetusohjelman avulla. Kiinnitä sitten laser ruuvilla kuvan osoittamalla tavalla. Minun piti myös lisätä liimaa, jotta laser ei siirtynyt tahattomasti.

Käytin laserleikkuria laudan luomiseen, jonka mitat ovat noin 3 cm x 20 cm. Vaalean levyn enimmäiskoko riippuu puulaudan koosta. Lautan keskelle porattiin reikä niin, että se sopii harjattomaan moottorin akseliin.

Seuraavaksi liimasin laser-servokokoonpanon lankulle niin, että laserit olivat keskellä. Varmista, että kaikki lankun osat ovat tasapainossa laudan pyörimisakselin suhteen. Juottaa JST -liittimet lasereihin ja servokaapeleihin, jotta ne voidaan kytkeä liukurenkaaseen seuraavassa vaiheessa.

Kiinnitä lopuksi lankku ja siihen kiinnitetyt laser-servokokoonpanot harjaton moottori aluslevyllä ja mutterilla. Testaa tässä vaiheessa harjaton moottori varmistaaksesi, että lankku voi pyöriä. Ole varovainen, ettet aja moottoria liian nopeasti tai laita kättäsi lankun pyörimispolulle.

Vaihe 6: Liukurenkaan asentaminen

Miten estät johtojen sotkeutumisen elektroniikan pyöriessä? Yksi tapa on käyttää akkua virtalähteeseen ja kytkeä se kehruukokoonpanoon, kuten tässä POV -ohjeessa. Toinen tapa on käyttää liuskaa! Jos et ole kuullut rintakehästä tai käyttänyt sitä aiemmin, katso tämä loistava video, joka osoittaa, miten se toimii.

Kiinnitä ensin JST -liittimien muut päät liukurenkaan. Et halua johtojen olevan liian pitkiä, koska ne voivat tarttua johonkin, kun lankku pyörii. Kiinnitin liukurenkaan pleksilasiin harjattoman moottorin yläpuolelle poratakseni reikiä ruuveja varten. Varo halkeamasta pleksilasia poratessasi. Voit myös käyttää laserleikkuria tarkempien reikien saamiseksi. Kun liukurengas on kiinnitetty, liitä liittimet.

Tässä vaiheessa voit liittää liukujohtimet Arduinon nastoihin tehdäksesi alustavia testejä laserlevygeneraattorilla.

Vaihe 7: Elektroniikan juottaminen

Leikkasin prototyyppikortin kaiken elektroniikan yhdistämiseksi. Koska käytin 12 V: n virtalähdettä, minun on käytettävä kahta tasavirtamuuntajaa: 5 V lasereille, servoille, potentiometrille ja MIDI-liittimelle ja 9 V Arduinolle. Kaikki oli kytketty kaavion mukaisesti joko juottamalla tai lankakäärityksellä. Levy liitettiin sitten 3D -painettuun osaan käyttämällä PCD -pysäytyksiä.

Vaihe 8: Elektroniikkalaatikon rakentaminen

Kaikki elektroniikka on puulaatikossa. Leikkasin laatikon sivuille 1x3 puutavaraa ja toiselle puolelle suuren aukon, jotta ohjauspaneelin johdot voivat mennä läpi. Sivut yhdistettiin pienillä puukappaleilla, puuliimalla ja ruuveilla. Liiman kuivumisen jälkeen hioin laatikon sivut tasoittaakseni kaikki laatikon puutteet. Sitten leikkasin ohuen puun laatikon etu-, taka- ja alareunaan. Pohja naulattiin sivuille ja etu- ja takaosa liimattiin laatikkoon. Lopuksi mittasin ja leikkasin reiät laatikon etupaneelissa olevien komponenttien mitoista: virtakaapelin liittimen, usb -liittimen, MIDI -liittimen ja potentiometrin.

Vaihe 9: Elektroniikan asentaminen laatikkoon

Kiinnitin virtalähteen koteloon ruuveilla, Arduinon mukautetulla kiinnikkeellä ja piirilevyn, joka luotiin vaiheessa 7. Potentiometri ja MIDI -liitin liitettiin ensin piirilevyyn lankakäärintälangalla ja liimattiin sitten etupaneeli. AC -liitäntä oli kytketty virtalähteeseen ja virtalähteen DC -ulostulo Buck -muuntimien tuloihin ja harjaton moottori. Moottori-, servo- ja laserjohdot johdetaan sitten vanerin reiän läpi elektroniikkalaatikkoon. Ennen ultraäänianturien käsittelyä testasin komponentteja erikseen varmistaakseni, että kaikki on kytketty oikein.

Ostin aluksi verkkovirtaliittimen, mutta luin melko huonoja arvosteluja sen sulamisesta, joten etupaneelissa oli väärän kokoisia reikiä. Siksi suunnittelin ja 3D -tulostin joitain jakkiadaptereita leikkaamieni reikien koon mukaan.

Vaihe 10: Ultraäänianturien asennus ja kytkentä

Tässä vaiheessa laserit, servot, harjaton moottori ja MIDI -liitin on liitetty Arduinoon ja niitä voidaan ohjata. Viimeinen laitteistovaihe on ultraäänianturien liittäminen. Suunnittelin ja 3D -tulostin ultraäänianturin. Johdotin ja kiinnitin ultraäänianturikokoonpanot tasaisesti valolevygeneraattorin ylävanerilevyyn. Lankakierrelanka ajettiin alas elektroniikkalaatikkoon poraamalla vanerilevyyn reikiä. Liitin lankakäärön Arduinon sopiviin nastoihin.

Olin hieman pettynyt ultraäänianturin suorituskykyyn. Ne toimivat melko hyvin 1-30 cm: n etäisyyksillä, mutta etäisyysmittaus on erittäin meluisa tämän alueen ulkopuolella. Signaali -kohinasuhteen parantamiseksi yritin ottaa useiden mittausten mediaanin tai keskiarvon. Signaali ei kuitenkaan edelleenkään ollut riittävän luotettava, joten päädyin asettamaan katkaisun nuotin soittamiseen tai laserlevyn vaihtamiseen 25 cm: iin.

Vaihe 11: Dynaamisen laservortexin ohjelmointi

Kun kaikki johdotukset ja kokoonpanot on tehty, on aika ohjelmoida valolevylaite! Mahdollisuuksia on monia, mutta yleisenä ajatuksena on ottaa ultraäänianturien tulot ja lähettää signaaleja MIDI: lle ja ohjata lasereita ja servoja. Kaikissa ohjelmissa lankun pyörimistä ohjataan kääntämällä potentiometrin nuppia.

Tarvitset kaksi kirjastoa: NewPing ja MIDI

Liitteenä on koko Arduino -koodi.

Keksintöhaasteen toinen palkinto 2017