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
Platform  lpc2103 / STM32F405




Danksagungen

Vielen Dank an folgenden Personen

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

DIY Laser Projector

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


Project im Trac laserproj

Übersicht

Auflösung:128x32 (max mit lpc2103)
Refreshrate:30Hz
Farben:1 (blau)
Farbtiefe: 256 (8-bit)
Interfaces: RS232, ??
Ablenkung:2x Spiegelräder, Asyncronmotor + Gleichstrommotor
benutzte ControllerLPC2103

Konzept

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.


Neue Idee zur Datenanbindung
VGA Eingang
Controller IC muss mit H-Motor und V-Motor syncronisieren

Übersicht

  • Übersicht Laserprojector ICs & IOs

    Übersicht Laserprojector ICs & IOs

Syncsensor/Lichtschranke

Beschreibung

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

Schaltplan

Schaltplan & EAGLE layout im SVN: light barrier 

STATUS: getestet


Horizontaler Motor

Beschreibung

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

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

Bildverarbeitung

Allgemein

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

nächstes mal in Hardware...
uint8_t gamma_ar052={ 0, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 19, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 37, 39, 42, 45, 48, 51, 54, 57, 61, 65, 68, 72, 77, 81, 86, 91, 96,101,107,112,118,125,131, 138,145,152,160,168,176,185,194,203,213, 223,234,244,256};

uint8_t gamma_ar075={ 0, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4 4, 5, 5, 6, 6, 7, 8, 8, 9, 10 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 20, 21, 23 25, 27, 29, 31, 34, 36, 39, 42, 45, 49 53, 57, 61, 65, 70, 75, 81, 87, 93,100 107,114,123,131,140,150,161,172,183,196 209,224,239,255};

LPC2103

Aufgaben

  • 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

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

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

    Spiegelwalze TB-5 für Disco-Lichtshow Effektmaschine


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

  • 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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