Laserprojector: Unterschied zwischen den Versionen

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{{ProjektInfoBox
|name=laserprojector
|status=experimental
|image=laser.jpg
|description=Projektor der 2 sich drehende Spiegel zur Ablenkung eines modulierten Laserstrahls nutzt
|username=siro
|author=siro
|version=0.3<br>
|update='''[[Benutzer:Siro|Siro]] 11 Dez. 2011 (CET)'''
|platform=lpc2103 / STM32F405
|download=https://www.das-labor.org/trac/browser/microcontroller/src-atmel/laserproj
|tags=Leistungselektronik,
}}
<b>[[Laserprojector_en|english version (outdated)]]</b>


[[http://das-labor.org/wiki/Laserprojector_en english version]]


{{ProjektInfoBox
|name        = laserprojector
|status      = experimental
|image      = laser.jpg
|description = Projektor der 2 sich drehende Spiegel zur Ablenkung eines modulierten Laserstrahls nutzt
|author      = siro
|username    = siro
|version    = 0.2
|update      = 12.09.2010


|platform    =
== Achtung ==
|license    =
<br>
|download    =
<br>
}}
<br>
== Projekt liegt auf EIS ==
<br>
<br>
<br>
<br>
== Danksagungen ==
<b>Vielen Dank an folgenden Personen</b><br>
* [[Benutzer:Kiraz|Kiraz]]
* Tixiv
* Tesla
* MadEngineer
* [[Benutzer:Zaolin|Zaolin]]
* [[Benutzer:Sauron|Sauron]]
<b>Besonderen Dank an das Labor eV für die Bereitstellung der Räume und des Werkzeuges.<br></b>


== DIY Laser Projector ==
== DIY Laser Projector ==


<b>Idee :</B> Mit möglichsten einfachen Mitteln ein LaserProjector bauen.<br />
<b>Idee :</B> Einen Projector (neuDeutsch: Beamer) welcher das Bild ähnlich einer braunschen Röhre zeilenweise abfährt und dabei den Lichtstrahl so moduliert, das ein Bild ensteht.<br />
<gallery>
Datei:Zeilenraster.jpg|Funktionsprinzip eines zeilenweisen Bildaufbaus
</gallery>
<br>
<br>
=Übersicht=
<b>Momentan möglich mit lpc2103</b>
* <b>Auflösung</b>:128x32<br>
* <b>Refreshrate</b>:30Hz<br>
* <b>Farben</b>:1 <br>
* <b>Farbtiefe</b>: 64 (6-bit)<br>
* <b>Interfaces</b>: RS232<br>
* <b>Ablenkung</b>:2x Spiegelräder, Asyncronmotor + Gleichstrommotor<br>
<br>
<b>Momentan möglich mit STM32F4</b>
* <b>Auflösung</b>:256x128<br>
* <b>Refreshrate</b>:30Hz<br>
* <b>Farben</b>:3 <br>
* <b>Farbtiefe</b>: 256 ^ 3 (8-bit)<br>
* <b>Interfaces</b>: USB<br>
* <b>Ablenkung</b>:2x Spiegelräder, Asyncronmotor + Gleichstrommotor<br>


<h3>Konzept</h3>
Atmega steuert 2 schnelle Motoren, Keyboard, GLCD, Power-Supply.<br>
An den Motoren sind Spiegel befestigt. Der Laserstrahl trifft auf den ersten Spiegel und wird von dort zur zweiten reflektiert. Der erste sorgt für die vertikale Ablenkung, der zweite für die horizontale. Durch Pulsung des Lasers kann ein Bild projektiert werden.<br />


<h3>Bauteile:</h3>
= Konzept =
<b>TODO</b><br>
Ein Mikrocontroller steuert den horizontal angebrachten schnellen Motor und einen vertikal angebrachten, sich langsam drehenden Motor,<s> Keyboard, GLCD, Power-Supply.</s><br>
<h3>Übersicht</h3>
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.<br />
<gallery>
 
</gallery>
<br>
Controller IC muss mit H-Motor und V-Motor syncronisieren<br>
==Übersicht==
<gallery>
<gallery>
   Datei:Overview.jpg|Übersicht Laserprojector ICs & IOs
   Datei:Overview.jpg|Übersicht Laserprojector ICs & IOs
</gallery>
</gallery>


<h3>Syncronisationseinheit:</h3>
= Syncsensor/Lichtschranke =
Detektiert die Position des Laserstrahls
==Beschreibung==
[[http://www.das-labor.org/trac/export/4063/microcontroller/src-atmel/laserproj/daily-build/eagle/ eagle Dateien im labor-svn]]<br>
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.
<i>Besser ein Transimpedanzwandler, anstelle eines Spannungsteilers verwenden</i><br>
<br>
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==
<gallery>
<gallery>
   Datei:Laserproj syncschem.png|Schaltplan der Syncronisationseinheit
   Datei:LaserprojlightbarrierA.jpg| Lichtschranke A
   Datei:Laserproj syncboard.png|SMD-Board der Syncronisationseinheit
   Datei:LaserprojlightbarrierB.jpg| Lichtschranke B
</gallery>
</gallery>


<b>Beschreibung</b><br>
==Schaltplan==
Die IR-LEDs leuchten auf den Spiegel, wodurch das reflektierte Licht auf die IR-Phototransistoren fällt, wird differenziert, rauschgefiltert und verstärkt. Am Ausgang des OpAmp schneidet eine Diode die negative Spannung ab. Ist diese groß genug, schaltet der FET (BSS123) durch und zieht die Output Leitung auf Masse. Am anderen Ende der Leitung muss ein Pullup-Widerstand sein, der den Strom auf unter 100mA begrenzt.
Schaltplan & EAGLE layout im SVN: [https://www.das-labor.org/trac/browser/microcontroller/src-atmel/laserproj/light%20barrier light barrier]
Versorgungsspannung: 3,7 bis 15 Volt (empfohlen 5 bis 12 Volt).
 
<br>  
  <b>STATUS:</b><i> getestet</i>
<b>Berechnung des Tiefpass</b>
<br>
<br>
Ua = -Ue * R2/R1 * 1 / SQR( 1 + (2*pi*f*R*C)^2 )<br>
Sei 1 / SQR( 1 + (2*pi*f*R*C)^2 ) < 1/Sqr(2) für f > 3000 Hz<br>
1 + (2*pi*f*R*C)^2 < 2<br>
(2*pi*f*R*C)^2 < 1<br>
(2*pi*f*R*C) < 1<br>
RC < 1/2*pi*f<br>
RC < 5,3*10^-5 für f > 3kHz<br>


<h3>Syncsensor</h3>
=Horizontaler Motor=
Zwei kleine IR-LEDS leuchten dauerhaft auf die rotierenden Spiegel gerichtet. Sobald der reflektierte Lichtstrahl auf die IR-Phototransistoren fällt, wird ein Interrupt am Mikrokontroller ausgelöst.
==Beschreibung==
Aus einem Drucker der Marke "Epson" 24000 U/min mit 7 Seitenflächen. 400*7 = 2800 Ablenkungen pro Sekunde.<br>
Liegt die Ablenkeinheit wie auf den Fotos (unten) ist Pin 1 der unterste und Pin 5 der oberste.<br>


<h3>Sicherheitsboard</h3>
==Stecker==
Das Sicherheitsboard soll mit verschiedenen Sensoren feststellen, dass sich die Spiegel bewegen, so das die Lichtleistung pro Bildpunkt gering gehalten wird. Bei einem Stopp der Spiegel <b>muss</b> der Laser sofort abgeschaltet werden.
<table border=1 size='100%' Width='90%'>
<tr><th width='20%'>Pin<th>Funktion</tr>
<tr><td>5<td>  +24V<br>
<tr><td>4<td>  GND<br>
<tr><td>3<td>  Eingang: 5V TTL 0Khz = 0 U/s, 1 Khz = 400U/s (nichtlineare Kennkurve)<br>
<tr><td>2<td>  Ausgang: 7*U/sek ??? sehr instabil, besser nicht nutzen!<br>
<tr><td>1<td>  ??
</table>


<h3>Kontrollboard</h3>
An das Kontrollboard werden GLCD, Tastertur, H-Motor, Spannungssteuerung, i2C
<gallery>
<gallery>
   Datei:Lasercontrol sch.png|Schaltplan des Kontrollboards
   Datei:Laserunit_epson.JPG|Laserunit eines Epsondruckers
   Datei:Lasercontrol brd.png|SMD-Board des Kontrollboards
   Datei:Hmotorfronttop.jpg|laserprinter mirror front top view label: FL-EGP3901
  Datei:Hmotorbacktop.jpg|laserprinter mirror back top view Controler: AN44000A label: YG-F1G 36
  Datei:Hmotorback.jpg|laserprinter mirror back view label: MASQ7DF19LM DC24V 23304min⁻1 2234ZA3 PbF
</gallery>
</gallery>
<br>
= Laserstromversorgung =
* Version 1 [[laserprojector/lasercurrentsource]]
* Version 2 [[laserprojector/lasercurrentsourcev2]]


<h3>Horizontaler Motor/Spiegel</h3>
= Bildverarbeitung =
Aus einem Drucker der Marke "Epson" 24000 U/min mit 7 Seitenflächen. 24000*7/60 = 2800 Ablenkungen pro Sekunde.
Pin Funktion<br>
1  +24V<br>
2  GND<br>
3  Speed in<br>
4  Sync out<br>
5  ??<br>


<gallery>
== Allgemein ==
  Datei:Laserunit_epson.JPG|Laserunit eines Epsondruckers
 
</gallery>
=== 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 UART0/USB
* Darstellung bei >500k MSps bei 150mA Amplitude
* CTC für Synchronmotor
 
== Gammakorrektur ==
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.


<h3>Laserstromversorgung</h3>
== LPC2103 ==
Diese Schaltung kann den Strom durch die Laserdiode bis 10 Mhz regulieren. Eingangsignal ist 5V TTL. Ausgabe ist rechtecktförmig. Einstellbar sind Offset und Maximalstrom.
Auflösung: 12 bit
Schwingkreis zur Laserausrichtung, Gesamt-optische-leistung muss kleiner 0,005 W sein.


'''astabilder Multivibrator:'''
===Aufgaben===
P = 1 Watt
* Messung der Zeitspanne zwischen 2 Sync-pulsen -> Timer0 / 1
Pges <= 0,005 Watt
* Mittelwert berechnung x,y mit der Real-Time-Clock
Frequenz f = 50 Hz
* Phasenschiebung p mit (p <= x), o mit (o <= y)
Pulsweitenmodulation T = 1 / f = 1 / 50 = 20 * 10^-3 s
* Gammakorrektur g mit lookup-table
T2 = T - T1
* PC-Kommunikation über UART0/USB
T1 <= 5 mWatt / (1000 mW * f) = 5mWs / 50000 mW = 1 / 10000 s = 0,1 ms
* Darstellung bei >500k MSps bei 150mA Amplitude
T2 = 20ms - 0,1 ms = 19,9 ms
* Soft-CTC für Synchronmotor
* Programm im SRAM -> 0-Wait Instructions
* 72 Mhz Core Clock


astabiler multivibrator T = ln(2) * R * C
===Bauteile===
T2 = 19,9 ms
Experimentierboard MP2103:
T1 = 0,1 ms
[http://www.mikrocontroller.net/articles/MP2103-Stick:_Ein_Mini-Mikrocontroller-Board_mit_USB_und_bis_zu_4MB_Datenspeicher MP2103-Stick]<br>
setze C = 100n = 1 * 10^-7
[http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10161.pdf lpc210x Datasheet]<br>
R2 = T2 / (ln(2) * C) = 19,9* 10^-3/ 10^-7 *ln(2) = 28,7 *10^4 = 287k
NXP [http://www.nxp.com/pip/LPC2103FBD48.html LPC2103]
R1 = T1 / (ln(2) * C) = 0,1 * 10^-3/ 10^-7 *ln(2) = 0,144 * 10^4 = 14,4k
<h3>Software</h3>
Das MP2103 Board kann einfach mit dem Programm [http://www.flashmagictool.com/ Flash Magic (Windows/Linux mit WINE)] oder [http://sourceforge.net/projects/lpc21isp/ lpc21isp (Linux)] programmiert werden. Um den Source-code zu kompilieren braucht man [http://www.mcu-raisonance.com/mcu_downloads.html Ride7 mit Compiler von Raisonance.com für Windows], [http://embdev.net/articles/ARM_GCC_toolchain_for_Linux_and_Mac_OS_X ARM Gcc toolchain für Linux]. <br>
Den Quelltext gibts hier: [https://www.das-labor.org/trac/browser/microcontroller/src-atmel/laserproj/laservideo/ARM7 source-code]
<br>
Die Software ist noch experimentell, theoretisch sind Auflösungen bis 128x32 Pixel möglich, begrenzt durch den SRAM und die Geschwindigkeit des LP2103.
<br>
Die Soft-CTC Methode liefert (fehlerhafterweise) eine variable Frequenz, die gegen die Anzeigeroutine arbeitet. Der Motor regelt sich einiger Zeit auf eine konstante Drehzahl.


<gallery>
== STM32F405 ==
  Datei:Lasersupply sch.png|Schaltplan der Stromregulierungseinheit
<h3>Aufgaben</h3>
</gallery>
* 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


<h3>Bildverarbeitung</h3>
  <b>STATUS:</b><i>lpc2103@72Mhz, läuft</i><b>/</b><i>STM32F405 experimentell</i>
ARM7 mit ~70 Mhz
  <b>START</b>
  goto INIT
<b>INIT:</b>
starte timer0, höchste Geschwindigkeit
starte capture mode (save timer0 in REG on ext. INT)
setze SPI Geschwindigkeit auf CCLK/n (n >= 8)
<b>TIMER0_OVF_INT:</b>
timer0 vorteiler erhöhen
timer0 counter register mit richtigem Wert laden
<b>CAPTURE_INT:</b>
berechne wie lange es bis zum Interrupt gedauert hat (timer0 reg - capture reg)
lade Differenz in timer0 counter register
warte durchschnittliche Differenz
speicher Differenz im Array
bilde neue durchschnittliche Differenz
incrementiere rps counter
warte $POST_SYNC
sende Daten über SPI
warte $PRE_SYNC // exit :)
<b>CALL_ONCE_A_SEC_INT:</b>
starte timer0, höchste Geschwindigkeit
rps counter auf 0 setzen
rps counter ausgeben
durchschnittliche Differenz ausgeben
<b>CALL_20TIMES_A_SEC_INT:</b>
get keyboard data over i2c
send LCD data over i2c


<br>


<br>  
<h1> Laserdiode </h1>
<h3>Laserdiode</h3>
[[Datei:ALI-Laserwarn445nm1000mw small.jpg]]
<h3>Beschreibung</h3>
<b>WARNUNG !<br>
<b>WARNUNG !<br>
Dies ist ein Klasse 3 Laser ! Er verbrennt innerhalb von Sekunden Papier,Holz,Fleisch,... selbst in einigen Metern Entfernung !<br>
Dies ist ein Klasse 4 Laser ! Er verbrennt innerhalb von Sekunden Papier,Holz,Fleisch,... selbst in einigen Metern Entfernung !<br>
Schutzbrille tragen<br>
Schutzbrille tragen<br>
Nicht in den Strahl blicken !<br>
Nicht in den Strahl blicken !<br>
Ich projecktiere auf eine große Fläche, dadurch sind die Lichtpunkte an der Wand nicht so hell, dass man sich die Augen verbrennt !<br>
Ich projektiere auf eine große Fläche > 1 qm, dadurch sind die Lichtpunkte an der Wand nicht so hell, dass man sich die Augen verbrennt !<br>
Nie auf den Lichtpunkt blicken, wenn der Laser "steht". Verbrennungsgefahr !<br>
Nie auf den Lichtpunkt blicken, wenn der Laser "steht". Verbrennungsgefahr !<br>
Laserschutzbestimmungen einhalten !<br></b>


[http://www.insaneware.de/epages/61714203.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/61714203/Products/445-1w 1000mW (1W) Laserdiode 445nm Blau 5,6mm]
[http://www.insaneware.de/epages/61714203.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/61714203/Products/445-1w 1000mW (1W) Laserdiode 445nm Blau 5,6mm]


<h2>TODO:</h2>
[http://www.insaneware.de/WebRoot/Store20/Shops/61714203/MediaGallery/PHR803Tpins%5B1%5D.gif Pinbelegung der Laserdiode]<br>
* Redoing the whole concept
<br>
* Design SMD boards
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.<br>
* Buy new motors, mirrors, laser,...
<br>
<gallery>
Datei:Laserproj 1W blue Laserdiode.jpg|Laserdiode im Kühlkörper
</gallery>
Anschlusskabel an meiner Diode: ROT -<br>
Anschlusskabel an meiner Diode: SCHWARZ +<br>
<br>
'''Bauteillieferanten'''
* http://www.dealextreme.com/p/200mw-532nm-green-laser-module-3v-11-9mm-26891
* http://www.dealextreme.com/p/100mw-red-laser-module-5v-input-10008
* http://www.dealextreme.com/p/genuine-new-wish-5v-red-stage-laser-module-100mw-10095
* http://hightechdealz.com/product_info.php?cPath=21&products_id=39
* http://www.insaneware.de/epages/61714203.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/61714203/Categories/Laser/Laserdioden


<h2>Links:</h2>
<h1> Optik </h1>
<h3>Beschreibung</h3>
TODO:
4x RC-CAR KUGELLAGER 4X10X3
Gleichstrommotor MABUCHI RS-360SH


[http://www.projektoren-datenbank.com/laser.htm Laser Projektoren]
Dieser Teil beschreib die optischen Aspekte.<br>
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.<br>
Auf dem H-Motor ist ein sich drehendes 16-Eck.
Demnach sind 360° : 16 = 22,5°, von denen sich etwa 20° nutzen lassen.<br><br>
Strahlbreite in Laufabstand vom H-Motor (Achse + SpiegelradRadius)<br>
Abstand <i>a</i><br>
Breite <i>b</i><br>
<i>b</i>(a) := tan(20°) * <i>a</i> * 2 = <i>a</i> * 0,73<br>
<br>
<h2>Vertikaler Spiegel</h2>
[http://www.lighting24.de/Spiegelwalze-fuer-TB-5::52631.html gibts hier zu kaufen]<br>
<b>Maße:</b><br>
Länge: 82mm<br>
Radius-Außen: 80mm<br>
Radius-Innen: 58mm<br>
Spiegelfacetten:18,5 (eine halbe....)<br>
<br>
<b>Sehr schlechte Verarbeitung, keine Oberflächenspiegel !</b><br>
Laufabstand H-Spiegel zu V-Spiegel:<br>
ca. 5 cm<br>
<br>
Breite des Spiegels am V-Spiegelrad:<br>
ca. 3,63 cm<br>
<gallery>
  Datei:Laserproj_spiegelwalzeB.jpg|Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine</b>
  Datei:Laserproj_spiegelwalzeA.jpg|Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine</b>
</gallery>
<br>
<h2>Horizontaler Spiegel</h2>
Kupferspiegelrad 400*16 = 6400 Ablenkungen pro Sekunde.<br>
Achse des Motors ist zu kurz, nächstemal flacher, aus Aluminium und Speichen verwenden !<br><br>
<gallery>
  Datei:Laserproj_spiegelrad_a.jpg|Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der <b>AnKoSy GmbH</b>
  Datei:Laserproj_spiegelrad_b.jpg|Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der <b>AnKoSy GmbH</b>
  Datei:Hmotor spiegelrad kupfer.jpg|Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der <b>AnKoSy GmbH</b>
</gallery>


[http://www.spaceflakes.de/index.php?index=691 Laser-Projektor selbstgebaut]
Durchmesser Loch 12mm
Höhe Speichen 2mm


[http://elm-chan.org/works/vlp/report_e.html http://elm-chan.org/works/vlp/report_e.html]
<b>STATUS:</b><i>neue Version, nicht getestet!</i>
 
<h2>Plexiglas Platine</h2>
[http://www.electronics-lab.com/blog/wp-content/uploads/2007/11/proj5.png Horizontal Laser Deflector]
bei formulor.de bestellt:  
 
<gallery>
[http://www.circuitlake.com/avr-laser-projector.html AVR Laser Projector ]
Datei:P2 laserproj.ai.gz|gzip autodesk illustrator
 
Datei:Laserproj_assembled1.jpg|Zusammenbau des Laserprojectors
[http://www.embedds.com/avr-laser-projector/ AVR laser projector]
Datei:Laserproj case parts.jpg|Teilelieferung von Formulor
 
</gallery>
[http://www.flickr.com/photos/kap4001/3093974218/ the laserbeamer]
 
[http://heim.ifi.uio.no/haakoh/avr/ Laser video projector]
 
[http://www.luberth.com/help/Mechanically_scanned_laser_display_microchip_pic/Mechanically_scanned_laser_display_microchip_pic.htm Mechanically scanned laser display]


[http://www.microsyl.com/index.php/2010/03/30/rgb-laser-projector/ RGB Laser Projector]
<h1>Kosten</h1>
Bauteile Kontroller: 30€ + 15€<br>
Bauteile Stromversorgung: 15€<br>
Laser: 100€<br>
Spiegel: 100€ + 13€<br>
Motoren: 10€ (aus alten Laserdruckern)<br>
Gehäuse: 40€<br>
<b>Status:</b> <i>TODO</i>
<h1> Links </h1>
*[http://www.projektoren-datenbank.com/laser.htm Laser Projektoren]
*[http://www.spaceflakes.de/index.php?index=691 Laser-Projektor selbstgebaut]
*[http://elm-chan.org/works/vlp/report_e.html http://elm-chan.org/works/vlp/report_e.html]
*[http://www.electronics-lab.com/blog/wp-content/uploads/2007/11/proj5.png Horizontal Laser Deflector]
*[http://www.circuitlake.com/avr-laser-projector.html AVR Laser Projector ]
*[http://www.embedds.com/avr-laser-projector/ AVR laser projector]
*[http://www.flickr.com/photos/kap4001/3093974218/ the laserbeamer]
*[http://heim.ifi.uio.no/haakoh/avr/ Laser video projector]
*[http://www.luberth.com/help/Mechanically_scanned_laser_display_microchip_pic/Mechanically_scanned_laser_display_microchip_pic.htm Mechanically scanned laser display]
*[http://www.microsyl.com/index.php/2010/03/30/rgb-laser-projector/ RGB Laser Projector]
*[http://www.osdever.net/FreeVGA/home.htm VGA Signal, Timings, Accessing VGA-graphiccard registers]
*[http://boomerssupply.net/shopexd.asp?id=364 boomerssupply.net first surface mirror shop]
*[http://www.scientificsonline.com/first-surface-flat-mirror-10031.html?&cm_mmc=Mercent-_-Google-_-NULL-_-3052324&mr:trackingCode=A56E1735-DB81-DE11-8C0A-000423C27502&mr:referralID=NA www.scientificsonline.com first surface mirror shop]
*[http://shop.optik-mechanik.de/ http://shop.optik-mechanik.de/]
*[http://laser-tv.ideenbuero-dittrich.de/ LaserTV]
'''FPGA'''
*[http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/48-Code-Schnipsel VHDL Code Beispiele]
*[http://www.asic-world.com/examples/vhdl/ram_dp_ar_aw.html VHDL Code Beispiele]

Aktuelle Version vom 7. April 2017, 23:21 Uhr

         
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
Platform  lpc2103 / STM32F405
Download  https://www.das-labor.org/trac/browser/microcontroller/src-atmel/laserproj



english version (outdated)


Achtung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]




Projekt liegt auf EIS[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]





Danksagungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vielen Dank an folgenden Personen

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

DIY Laser Projector[Bearbeiten | Quelltext 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.

  • Zeilenraster.jpg

    Funktionsprinzip eines zeilenweisen Bildaufbaus



Übersicht[Bearbeiten | Quelltext 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 | Quelltext 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 | Quelltext bearbeiten]

  • Übersicht Laserprojector ICs & IOs

    Übersicht Laserprojector ICs & IOs

Syncsensor/Lichtschranke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext 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 | Quelltext bearbeiten]

  • Lichtschranke A

    Lichtschranke A

  • Lichtschranke B

    Lichtschranke B

Schaltplan[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schaltplan & EAGLE layout im SVN: light barrier 

STATUS: getestet


Horizontaler Motor[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext 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 | Quelltext 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  ??
  • Laserunit eines Epsondruckers

    Laserunit eines Epsondruckers

  • laserprinter mirror front top view label: FL-EGP3901

    laserprinter mirror front top view label: FL-EGP3901

  • laserprinter mirror back top view Controler: AN44000A label: YG-F1G 36

    laserprinter mirror back top view Controler: AN44000A label: YG-F1G 36

  • laserprinter mirror back view label: MASQ7DF19LM DC24V 23304min⁻1 2234ZA3 PbF

    laserprinter mirror back view label: MASQ7DF19LM DC24V 23304min⁻1 2234ZA3 PbF


Laserstromversorgung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bildverarbeitung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Allgemein[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aufgaben[Bearbeiten | Quelltext 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 | Quelltext 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 | Quelltext bearbeiten]

Aufgaben[Bearbeiten | Quelltext 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 | Quelltext 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 | Quelltext 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

Datei: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.

  • Laserdiode im Kühlkörper

    Laserdiode im Kühlkörper

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

  • Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine

    Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine

  • Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine

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Horizontaler Spiegel

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

  • Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der AnKoSy GmbH

    Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der AnKoSy GmbH

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  • Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der AnKoSy GmbH

    Spiegelrad Kupfer, hochglanzpoliert, Spezialanfertigung der AnKoSy GmbH

Durchmesser Loch 12mm Höhe Speichen 2mm 

STATUS:neue Version, nicht getestet!

Plexiglas Platine

bei formulor.de bestellt:

  • gzip autodesk illustrator

    gzip autodesk illustrator

  • Zusammenbau des Laserprojectors

    Zusammenbau des Laserprojectors

  • Teilelieferung von Formulor

    Teilelieferung von Formulor

Kosten

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

Status: TODO

Links

FPGA

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