Laserprojector

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laserprojector

Release status: experimental [box doku]

Laser.jpg
Description Projektor der 2 sich drehende Spiegel zur Ablenkung eines modulierten Laserstrahls nutzt
Author(s)  siro
Last Version  0.3
 (Siro 11 Dez. 2011 (CET))
Platform  lpc2103 / STM32F405
Download  https://www.das-labor.org/trac/browser/microcontroller/src-atmel/laserproj

Achtung[Bearbeiten]




Projekt liegt auf EIS[Bearbeiten]





Danksagungen[Bearbeiten]

Vielen Dank an folgenden Personen

Besonderen Dank an das Labor eV für die Bereitstellung der Räume und des Werkzeuges.

DIY Laser Projector[Bearbeiten]

Idee : Einen Projector (neuDeutsch: Beamer) welcher das Bild ähnlich einer braunschen Röhre zeilenweise abfährt und dabei den Lichtstrahl so moduliert, das ein Bild ensteht.



Übersicht[Bearbeiten]

Momentan möglich mit lpc2103

  • Auflösung:128x32
  • Refreshrate:30Hz
  • Farben:1
  • Farbtiefe: 64 (6-bit)
  • Interfaces: RS232
  • Ablenkung:2x Spiegelräder, Asyncronmotor + Gleichstrommotor


Momentan möglich mit STM32F4

  • Auflösung:256x128
  • Refreshrate:30Hz
  • Farben:3
  • Farbtiefe: 256 ^ 3 (8-bit)
  • Interfaces: USB
  • Ablenkung:2x Spiegelräder, Asyncronmotor + Gleichstrommotor


Konzept[Bearbeiten]

Ein Mikrocontroller steuert den horizontal angebrachten schnellen Motor und einen vertikal angebrachten, sich langsam drehenden Motor, Keyboard, GLCD, Power-Supply.
An den Motoren sind Spiegelräder befestigt. Der Laserstrahl trifft auf den ersten Spiegel und wird von dort zur zweiten reflektiert. Der erste sorgt für die horizontale Ablenkung, der zweite für die vertikale. Durch digitale Ansteuerung des Lasers kann ein Bild projektiert werden.


Controller IC muss mit H-Motor und V-Motor syncronisieren

Übersicht[Bearbeiten]

Syncsensor/Lichtschranke[Bearbeiten]

Beschreibung[Bearbeiten]

Ein 5mW roter Laserpointer leuchtet dauerhaft auf den rotierenden Spiegel gerichtet. Sobald der reflektierte Lichtstrahl auf die Phototransistoren fällt, wird ein Interrupt am Mikrocontroller ausgelöst.
Generell ist es auch möglich eine IR-LED zu verwenden, diese haben aber einen sehr großen Abstrahlwinkel und eine geringe Leuchtdichte. Dadurch sind diese nur für sehr niederfrequente Anwendungen geeigenet.

Bilder[Bearbeiten]

Schaltplan[Bearbeiten]

Schaltplan & EAGLE layout im SVN: light barrier

STATUS: getestet


Horizontaler Motor[Bearbeiten]

Beschreibung[Bearbeiten]

Aus einem Drucker der Marke "Epson" 24000 U/min mit 7 Seitenflächen. 400*7 = 2800 Ablenkungen pro Sekunde.
Liegt die Ablenkeinheit wie auf den Fotos (unten) ist Pin 1 der unterste und Pin 5 der oberste.

Stecker[Bearbeiten]

PinFunktion
5 +24V
4 GND
3 Eingang: 5V TTL 0Khz = 0 U/s, 1 Khz = 400U/s (nichtlineare Kennkurve)
2 Ausgang: 7*U/sek ??? sehr instabil, besser nicht nutzen!
1  ??


Laserstromversorgung[Bearbeiten]

Bildverarbeitung[Bearbeiten]

Allgemein[Bearbeiten]

Aufgaben[Bearbeiten]

  • Messung der Zeitspanne zwischen 2 Sync-pulsen
  • Mittelwert berechnung x,y mit der Real-Time-Clock
  • Phasenschiebung p mit (p <= x), o mit (o <= y)
  • Gammakorrektur g mit lookup-table
  • PC-Kommunikation über UART0/USB
  • Darstellung bei >500k MSps bei 150mA Amplitude
  • CTC für Synchronmotor

Gammakorrektur[Bearbeiten]

Wird noch per Software berechnet. Da der STM32F4 in Hardware floats berechnen kann, wird auf eine Lookuptable verzichtet. Die nächste Version des laserprojector/lasercurrentsourcev2 wird Hardware-Gammakorrektur unterstützen.

LPC2103[Bearbeiten]

Aufgaben[Bearbeiten]

  • Messung der Zeitspanne zwischen 2 Sync-pulsen -> Timer0 / 1
  • Mittelwert berechnung x,y mit der Real-Time-Clock
  • Phasenschiebung p mit (p <= x), o mit (o <= y)
  • Gammakorrektur g mit lookup-table
  • PC-Kommunikation über UART0/USB
  • Darstellung bei >500k MSps bei 150mA Amplitude
  • Soft-CTC für Synchronmotor
  • Programm im SRAM -> 0-Wait Instructions
  • 72 Mhz Core Clock

Bauteile[Bearbeiten]

Experimentierboard MP2103: MP2103-Stick
lpc210x Datasheet
NXP LPC2103

Software

Das MP2103 Board kann einfach mit dem Programm Flash Magic (Windows/Linux mit WINE) oder lpc21isp (Linux) programmiert werden. Um den Source-code zu kompilieren braucht man Ride7 mit Compiler von Raisonance.com für Windows, ARM Gcc toolchain für Linux.
Den Quelltext gibts hier: source-code
Die Software ist noch experimentell, theoretisch sind Auflösungen bis 128x32 Pixel möglich, begrenzt durch den SRAM und die Geschwindigkeit des LP2103.
Die Soft-CTC Methode liefert (fehlerhafterweise) eine variable Frequenz, die gegen die Anzeigeroutine arbeitet. Der Motor regelt sich einiger Zeit auf eine konstante Drehzahl.

STM32F405[Bearbeiten]

Aufgaben

  • Messung der Zeitspanne zwischen 2 Sync-pulsen ->
  • Mittelwert berechnung x,y mit der Real-Time-Clock
  • Phasenschiebung p mit (p <= x), o mit (o <= y)
  • Gammakorrektur g mit lookup-table
  • PC-Kommunikation über USB
  • Darstellung bei >500k MSps bei 150mA Amplitude
  • Hardware CTC für Synchronmotor
  • DMA Transactions
  • 168 Mhz Core Clock
STATUS:lpc2103@72Mhz, läuft/STM32F405 experimentell


Laserdiode

ALI-Laserwarn445nm1000mw small.jpg

Beschreibung

WARNUNG !
Dies ist ein Klasse 4 Laser ! Er verbrennt innerhalb von Sekunden Papier,Holz,Fleisch,... selbst in einigen Metern Entfernung !
Schutzbrille tragen
Nicht in den Strahl blicken !
Ich projektiere auf eine große Fläche > 1 qm, dadurch sind die Lichtpunkte an der Wand nicht so hell, dass man sich die Augen verbrennt !
Nie auf den Lichtpunkt blicken, wenn der Laser "steht". Verbrennungsgefahr !
Laserschutzbestimmungen einhalten !

1000mW (1W) Laserdiode 445nm Blau 5,6mm

Pinbelegung der Laserdiode

Die Laserdiode sollte immer kurzgeschlossen sein, wenn diese nicht benutzt wird, um ESA entgegen zu wirken. Ich habe einen 1 MegaOhm Widerstand direkt zwischen Anode und Kathode der Diode gelötet, dies sollte evt. auftretende Spannungen langsam reduzieren.

Anschlusskabel an meiner Diode: ROT -
Anschlusskabel an meiner Diode: SCHWARZ +

Bauteillieferanten

Optik

Beschreibung

TODO:

4x RC-CAR KUGELLAGER 4X10X3
Gleichstrommotor MABUCHI RS-360SH

Dieser Teil beschreib die optischen Aspekte.
Die gesamte Hardware und Optik wird auf die Grundplatte montiert. Diese besteht aus Plexiglas und wurde von http://www.formulor.de hergestellt. Die einzelnen Bauteile lassen sich zusammenstecken.
Auf dem H-Motor ist ein sich drehendes 16-Eck. Demnach sind 360° : 16 = 22,5°, von denen sich etwa 20° nutzen lassen.

Strahlbreite in Laufabstand vom H-Motor (Achse + SpiegelradRadius)
Abstand a
Breite b
b(a) := tan(20°) * a * 2 = a * 0,73

Vertikaler Spiegel

gibts hier zu kaufen
Maße:
Länge: 82mm
Radius-Außen: 80mm
Radius-Innen: 58mm
Spiegelfacetten:18,5 (eine halbe....)

Sehr schlechte Verarbeitung, keine Oberflächenspiegel !
Laufabstand H-Spiegel zu V-Spiegel:
ca. 5 cm

Breite des Spiegels am V-Spiegelrad:
ca. 3,63 cm


Horizontaler Spiegel

Kupferspiegelrad 400*16 = 6400 Ablenkungen pro Sekunde.
Achse des Motors ist zu kurz, nächstemal flacher, aus Aluminium und Speichen verwenden !

Durchmesser Loch 12mm Höhe Speichen 2mm

STATUS:neue Version, nicht getestet!

Plexiglas Platine

bei formulor.de bestellt:

Kosten

Bauteile Kontroller: 30€ + 15€
Bauteile Stromversorgung: 15€
Laser: 100€
Spiegel: 100€ + 13€
Motoren: 10€ (aus alten Laserdruckern)
Gehäuse: 40€

Status: TODO

Links

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