FORUM         KONTAKT  
English language
     
Spisak izmena

26.11.2002.
Projekat je postavljen

Dokumentacija

SCH: laserd_sch.pdf

PCB: laserd_pcb.zip

Spisak komponenti:
none

Download sekcija
Slični projekti
DIGITAL Laser Light Show
Revizija: 2.5
Datum: 26.11.2002.
Ovaj projekat je objavljen
u 49. broju časopisa InfoElektronika

OVAJ Uređaj namenjen je hobi upotrebi u cilju zabave i dekoracije na žurkama...

UPOZORENJE:
Laserski snop
može izazvati trajna oštećenja vida ukoliko se uperi direktno u oči

 



Fizički izgled uređaja
Sa pojavom lasera (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), i 'vizuelni doživljaj' u muzici je donekle pretrpeo značajne promene. Ukoliko do sada niste imali prilike da pogledate čuvene koncerte Žan Mišel Žara, ili Pink Flojda (1987. turneja pod nazivom 'Delicate Sound of Thunder') krajnje je vreme da to učinite.

Suviše glamurozan uvod s obzirom da je ovaj projekat neuporedivo manjih ambicija, ali za sve ljubitelje primene lasera u zabavne svrhe, verujem da će ovo što sledi biti interesantno.
Treba napomenuti da je ova konstrukcija primenljiva i za mnogo snažnije lasere (npr. Helijum Neonski), ali moje skromne mogućnosti su priuštile u ovom projektu najjeftiniji laserski izvor svetlost - Laser Diodu iz laser pointera.

Kineski Laser pointer Laser dioda unutar pointera

Pri konstrukciji ovog uređaja probao sam da budem skroman u zahtevima, šta on sve treba da ispunjava:

(1) Da bude jednostavan/jeftin za izradu
(2) Da je lako naći potrebne komponente
(3) Mogućnost autonomnog rada (paterni se čuvaju u interni EEPROM uCU)
(4) PC RS232 komunikacija (za promenu paterna i njihovo pisanje/brisanje)
(5) Rad sa dva DC servo motora

Princip rada:

Da bi se isprojektovalo nešto što će imati smisla, potrebno je izraditi veoma precizne pozicionere, (aktuatore) koji prevazilaze domaću radinost. Mogućnost kupovine postoji ali je cena prevelika (reda 30-ak Eura po aktuatoru). Ovo bi bilo potrebno za projekciju unapred definisanih crteža, nekim od vektorskih programa. Ovde ne bi bilo problema prikazati bilo koji dvodimenzionalni monohromatski crtež.

Međutim mi možemo biti zadovoljni i projektovanjem Lisažuovih figura koje je moguće mnogo lakše dobiti i to uz pomoć dva motora i dva ogledala. Ilustracija je data na Slici 2:


Slika 2 - Princip projektovanja figura uz pomoć dva motora

Slika 3A - Na slici je prikazano kako treba zakriviti ogledalo i postaviti konstrukciju na motor...

   
Slika 3b - Sistem od dva motora, Ovde moramo obratiti pažnju na pozicioniranje izvora (LD), motora M1 i motora M2, da se ne bi desilo da projekcija prvog motora izlazi van okvira ogledala drugog motora.

Ovde je glavni 'trik' u ogledalu koje je postavljeno pod određenim uglom u odnosu na osovinu motora (slika 3a). Ukoliko ogledalo ne bi bilo zakrivljeno (teško je postići idealnu nezakrivljenost :)) projekcija bi bila u obliku nepokretne tačke. Rotiranjem jednog ogledala (motor 1), postižemo da se kao projekcija dobija krug (elipsa), a ukoliko ovakvu projekciju 'modulišemo' drugim ogledalom, dobijamo sijaset različitih geometrijskih figura impresivnog oblika. Inače figure se menjaju, promenom brzina ovih motora, kao i njihovog smera.
Na Slici 3a je prikazano kako treba zakriviti ogledalo i postaviti konstrukciju na motor, dok je na Slici 3b pokazano kako treba rasporediti motore...

Napomena: Ogledala trebaju biti što je moguće tanja, mada se i sa standardnim (3mm) postižu zadovoljavajući rezultati. U prototipu su korišćena kvadratno sečena 30x30mm, koje možete naći u bilo kojoj staklari. Ugao zakrivljenja ogledala u odnosu na osu motora ne treba preterati, obično nekoliko (1-10) stepeni. Ovde važi pravilo: Veći ugao veća projektovana figura...

Ukoliko još uvek ne možete da zamislite o čemu ja to pričam, probajte ovaj mali programčić koji simulira figure koje se mogu dobiti ovim Laser Show-om. (podržan je rad sa 1, 2 i 3 motora, iako uređaj koji ovde opisujemo radi sa dva motora) Download ili možete pogledati slike koje sam uspeo uhvatiti web kamerom.

Hardware:

Slika4 : Šema veza digitalnog Laser-Showa
(klik za detalje u PDF obliku)

Srce uređaja je naravno mikrokontroler, bez koga bi se uređaj dodatno usložio. Odlučio sam se za Atmel AT90S2313, s obzirom da je bio prikladan sa cenom, mogućnostima i brojem pinova. Detalje o njemu možete naći na adresi: www.atmel.com. Kao info panel iskorišćen je LCD modul, koji pruža mnogo ugodniji prikaz informacija, za razliku od klasičnih LED displeja za čiji rad ne bi mogao da se iskoristi ovako 'majušan' mikrokontroler sa 13 I/O pinova, bez da se ubaci dodatni hardver. Za LCD se može iskoristiti bilo koji, dvoredni sa po 16 karaktera u redu (2x16), HD44780 kompatibilan, LCD modul čija je cena ispod 10 Eura. Preporuka je da se upotrebi modul sa BACKLIGHT-om (pozadinsko osvetljenje) koje daje odgovarajući 'šmek' uređaju a zahvalno je i za mračne ambijente. Za pogon motora, izbegao sam relativno skup izlazni hibrid (npr. L298) pa umesto njega isprojektovan je jedan skroman H-most, (tranzistori male snage U5-U12) kojim se uz pomoć PWM (Pulse Width Modulation) signala iz mikrokontrolera, može kontrolisati brzina, kao i smer obrtanja motora. Motori za pogon ogledala mogu biti bilo koji mali DC na 6V, recimo iz rashodovanog kasetofona. Komunikacija sa PC-jem se ostvaruje RS232 vezom, gde ulogu odgovarajućeg naponskog konvertora (RS232-TTL) imaju tranzistori (T1 i T2), izbegavajući upotrebu specijalnog IC-a (kao što je MAX232). Kontrola rada uređaja vrši se pomoću tri tastera (Speed_UP; Speed_DN; MODE). O njima malo kasnije.
Laser dioda je uzeta iz jeftinih laser pointera, mada se može upotrebiti i bilo koji drugi izvor laserske svetlosti, stim da napominjem da su oni u najjeftinijoj varijanti skuplji i do 50 puta (!!!). Ovakav modul potrebno je priključiti između Vcc (+5V) i GND (mase) uređaja i on je spreman za rad.
Štampana pločica data je na Slici 5a, a raspored elemenata, na slici 5b.

Slika 5a - PCB Bottom Slika 5b - PCB TOP

Firmware:

Na sam pomen mikrokontrolera, nezaobilazan je i pasus o softveru. Za rad uređaja sa mikrokontrolerom, nije dovoljno kupiti odgovarajući mikrokontroler, i postaviti ga u uređaj, već je potrebno i 'objasniti mu šta da radi' - isprogramirati ga. Ovde ću samo objasniti logiku kojom sam se držao pri izradi softvera, dok za gotov, isprogramiran, mikrokontroler možete se obratiti autoru. Ukoliko želite da vidite kako to otprilike radi možete sa donjeg linka skinuti DEMO verziju programa za mikrokontroler, koja je limitirana na tri patterna (figura) i onemogućena je bilo kakva kontrola.

Uz pomoć tastera MODE, vrši se izbor moda rada, (Linear, Random, Rucno, Freeze):

Linear - paterni (figure) koji su izmemorisani u EEPROM-u uCU, ciklčcno se jedan za drugim projektuju. (0..1..2.....63..0) Tasterima Speed_UP i Speed_DN menjamo period promene paterna.
Random - za razliku od Linear moda, paterni se po nekom pseudo slučajnom redosledu menjaju (1...5...62....28....). Tasteri Speed_UP i Speed_DN menjaju period promene paterna.
Rucno - u ovom modu tasterima Speed_DN i Speed_UP menjamo patern koji se projektuje, bez da se on automatski menja. Ukoliko podesimo patern npr. 42, on će se projektovati sve dok ga ručno ne promenimo.
Freeze - motori su zaustavljeni, projektuje se tačka. Pogodno za podešavanje ogledala.

Ovde možete preuzeti uCU Firmware HEX - DEMO verziju demo_at90s2313.zip

Prikaz informacija vrši se na LCD displeju kao što je prikazano na slici 5.

Slika 6 - Prikaz na LCD displeju:

PC Software:

Za komunikaciju sa PC-jem odabran je RS232 port, kao hardverski raspoloživ na mikrokontroleru, i najnezahtevniji po broju provodnika potrebnih za konekciju na PC RS232 port. Za komunikaciju sa laserom postoji napisan softver koji radi pod Windows operativnim sistemima, i njime je moguće menjati, snimati i čuvati patern fajlove. Zatim podešavati brzine oba motora nezavisno, kao i zaključavati tastaturu na samom laser uređaju ukoliko je to potrebno. Ovaj softver ide u kompletu sa isprogramiranim mikrokontrolerom. Izgled je prikazan na Slici 7.
Program kao i njegovo uputstvo možete besplatno preuzeti sa donjeg linka.

Slika 7 - Izgled programa za kontrolu lasera na PC-ju ver:2.5beta1

PC Laser_kontrola v2.5beta1 + Uputstvo za korišćenje programa (FULL verzija free download) laser_serial25beta1.zip

Podešavanje i montaža:

Pre prvog uključenja uređaja potrebno je ubaciti isprogramiran mikrokontroler, sve proveriti od eventualnih kratkih spojeva, i potenciometar U62 postaviti na sredini. Njime podešavamo maksimalni napon na motorima, sve u zavisnosti od motora koje koristimo (6, 9, 12V). Sada smo spremni da izvršimo podešavanje mehanike, tačnije uglova laser diode i dva motora (slika 3b). Ovde treba zamisliti da je laserski snop prava linija koja se idealno reflektuje od ogledala (upadni ugao = odbojni ugao) i tako ih rasporediti da se laserski snopovi (pri obrtanju motora) na izlazu pojavljuju bez distorzije (bežanja van površine ogledala). Ovo podešavanje je najlakše izvršiti uz upaljenu laser diodu i na 'licu mesta' okretati postolja motora i laser diode dok se ne dobije podešena projekcija.

VAŽNE NAPOMENE:

Kondenzator U38 nesmemo izostaviti. On sprečava nastajanje naponskih pikova, pri čemu strada Laser dioda. I ono što je najbitnije Laser dioda može biti pogubna po čovekov vid, ukoliko se snop uperi direktno u oči, zato budite obazrivi i projekciju vršite visoko iznad prosečne visine čoveka.....
Za eventualne nejasnoće možete se obratiti na adresu: npejcic@epraktikum.iz.rs

© 2014 all rights reserved by ePraktikum design by Pinky Poslednja promena: 06 Jan 2014. 13:01:03