laserprojector Release status: experimental [box doku]

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

Achtung

Projekt liegt auf EIS

Danksagungen

Vielen Dank an folgenden Personen

Kiraz
Tixiv
Tesla
MadEngineer
Zaolin
Sauron

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

Übersicht

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

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

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

Lichtschranke A
Lichtschranke B

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

Pin	Funktion
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
laserprinter mirror front top view label: FL-EGP3901
laserprinter mirror back top view Controler: AN44000A label: YG-F1G 36
laserprinter mirror back view label: MASQ7DF19LM DC24V 23304min⁻1 2234ZA3 PbF

Laserstromversorgung

Version 1 laserprojector/lasercurrentsource
Version 2 laserprojector/lasercurrentsourcev2

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

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

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

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