Лазерный драйвер с аналоговым управлением. Что такое драйвер и что нужно для питания Лазерного Диода. Читать в первую очередь. Что должно быть
- Перевод
Примечание переводчика: робот офигенно умный! Обязательно посмотрите видео под катом!
Я начал с игрушки «Интерактивный ВаллИ». Текущая цена на toys"r"us составляет $34.99.
Я увлекаюсь роботами и у меня есть большой опыт в программировании и дизайне, чтобы дать роботам эмоции и жизнь. Первый совет, который я могу дать вам, - вы должны быть уверены. Второй совет - будьте креативным. Используйте их вместе, а всё остальное ваш ум сделает за вас:)
В магазинах есть много доступных запчастей. Моя мастерская не представляет из себя ничего особенного . Я стараюсь закупать те детали, которые подешевле. Иногда я разбираю другие игрушки, потому что сервоприводы, к сожалению, самые дорогие из всех запчастей:)
Для крепежа я использую кабельные стяжки, а также маленькие винтики, болтики и гаечки. Все они доступны в дешёвых наборах для сборки в местном магазине.
Чтобы изменять корпуса, я использую инструменты Dremel , а иногда и свой паяльник, чтобы расплавить пластмассу. При шлифовке, пожалуйста, имейте пылесос поблизости. Внимание:
При плавке, держите открытым окно с вентилятором!
Кроме того, если вы решаете расплавить пластик, пожалуйста, используйте отдельную насадку на паяльник.
Вот видео сВаллИ в действии…
А вот милое видео, где ВаллИ упал, преследуя свой мяч:)
Вот ещё старое видео моей первой версии
Шаг 1. Материалы
Хорошо, я надеюсь, что вы нашли хорошее место, чтобы начать работу. Стол должен быть таким, чтобы его не жалко было прожечь/поцарапать/испачкать (Проще говоря, не используйте свой обеденный стол!)
Вот список вещей, которые я использовал…
- 1 EZ-B с SDK или EZ-Builder software
www.ez-robot.com - 2 сервопривода для трансмиссии
www.hvwtech.com/products_view.asp?ProductID=114 - 1 стандартный сервопривод для головы (движения вправо и влево)
www.hvwtech.com/products_view.asp?ProductID=878 - 2 сервопривода для рук (движения вверх и вниз)
www.hvwtech.com/products_view.asp?ProductID=863 - 1 сервопривод на наклон головы
www.hvwtech.com/products_view.asp?ProductID=862 - 2 аналоговых датчика расстояния
www.hvwtech.com/products_view.asp?ProductID=88 - Несколько 3-проводных кабелей
www.hvwtech.com/products_view.asp?ProductID=690 - 1 ящик винтов/болтов/гаек
Доступно в местном хозяйственном магазине - Клеевой термопистолет
Доступно в магазинах для хобби - 1 бутылка супер-клея (наверное, у нас это будет клей «Момент» - прим. перев.)
Или любой другой хороший клей для пластика - 1 паяльник
Я использую паяльники с регулируемой температурой, которые стоят дорого, но в данном случае рекомендуются. Иногда можно встретить их в интернет-магазинах. - 1 набор часовых отвёрток
Обычно продаются они в пластиковых коробочках с прозрачным верхом
Шаг 2. Разберите игрушку
Используя отвёртку, разберите игрушку. Запоминайте что где было, потому что нам нужно будет её собрать обратно.
Примечание: Не стоит разбирать глаза.
Шаг 3. Руки
Вам нужно смонтировать сервоприводы на верхней части корпуса игрушки. Это будет вашей первой модификацией тела.
Фото показывает, как установлен серворуль и оригинальный механизм.
Используйте Dremel, чтобы срезать пластик на концах. Убедитесь, что вы используете низкую скорость.
Я использовал клей-пистолет, чтобы создать красивую плотную посадку для сервоприводов.
Я сделал два крошечных отверстия в пластике, чтобы вкрутить винты для надёжности.
Монтаж рук на сервоприводы немного сложнее. У меня нет чёткой фотографии того, как я это сделал.
Кроме того, когда вы поняли, как монтировать руку, убедитесь, что серво и руки находятся в центральном положении. Потому что серво не вращается на 360 градусов.
Шаг 4. Установка головы и шеи
Шея будет монтировать на серво GWS стандарта. Это позволит ей двигаться влево и вправо.
Примечание: Как и руки, серво должна быть по центру;)
Я использовал сочетание Dremel с паяльником, чтобы сгладить адаптер шеи. Я проплавил 3 небольших отверстия для установки винтов на сервопривод.
Для установки серво и кронштейна на голову, вы должны будете сделать отверстие побольше.
Вначале я закрепил шею кабельными стяжками, но потом поставил болт и гайку.
Шаг 5. Привод. Часть 1
Теперь давайте дадим ВаллИ колеса!
Игрушка не имеет никакого двигатели или трансмиссии. Таким образом, вам придётся сделать его самим.
Изгиб и поворот колёс до металлической оси отрываются. Я закончил с использованием Dremel и резки большинства пластиковых деталей. В любом случае вы захотите, чтобы колёса внутри были плоскими, так что не волнуйтесь:)
Теперь мы собираемся просто вырвать из центра колпачок на колесах. Это позволит вытащить винт. После этого колеса распадутся на части.
Если какая-то часть сервопривода торчит наружу, то отрежьте его с использованием инструмента Dremel.
На обеих сторонах одно и то же… Посмотрите на фото:)
Шаг 6. Привод. Часть 2
Хорошо, теперь мы будем монтировать трансмиссию к телу.
Внимательно посмотрите на картинку, чтобы увидеть, сколько отрезать.
Лучше всего на этом шаге не торопиться. Я использую маркер, чтобы наметить, где резать.
После прикрепите сервоприводы монтажным кронштейном. После приклейте их горячим клеем.
Чтобы надежно крепление сервомашинки, я использовал кабельные стяжки.
Шаг 7. Датчик расстояния
Я полагаю, что вы хотите, чтобы ваш ВаллИ мог видеть.
Я установил с помощью Dremel датчик расстояния на его шею.
Провода, которые идут вместе в датчиком, очень малы и легко ломаются. Я заменил их 3-кабельные провода, о которых шла речь на первом шаге.
Шаг 8. Наклон головы
Ничто не делает ВаллИ более живым, чем поворот головы. Это добавляет определённые черты в его личность.
Я соединил обе части глаз, чтобы они вращались вместе. Но вы можете так не делать, чтобы ВаллИ выглядел немного смешнее (и страшнее - прим. перев.)
ПРИМЕЧАНИЕ: Не пытайтесь двигать эту крошечную серво вручную! Вы сломаете пластиковые шестерёнки внутри. Поверьте мне, я уже сломал их один раз, пытаясь сделать это.
Шаг 9. Программирование
Эта часть не самая сложная, поскольку я использую EZ-Robot Project. Это плата контроллера робота, которая подключается к компьютеру через Bluetooth. Плата поставляется с программным обеспечением, которое называется EZ-Builder. Программное обеспечение позволяет управлять роботом без необходимости программировать. Вы также можете добавить множество других функций, включая распознавание голоса.
Вот несколько ссылок для начала…
Я решил его переосмыслить и дополнить. Основная идея - установить лазер не вместо, а вместе с экструдером и заставить все это работать без перестановок железа, создания отдельного координатного стола и без модификаций оригинальной прошивки принтера.
В этой части опишу все железо, необходимое для подобной модификации, нюансы выбора, установки и настройки, но прежде всего:
Лазерный диод
Начну с самого дорогого компонента. Опустим бесчисленное множество параметров, приведенных в даташите и обратим внимание лишь на некоторые:
Мощность. Самый главный параметр. Чем больше мощность - тем быстрее можно резать/выжигать. тем больше глубина реза за проход и прочее. Для себя я решил, что меньше 1,6Вт рассматривать не стоит, ибо всегда должен быть запас, и чем больше - тем лучше.
Длина волны. Для самодельных резаков чаще всего используются лазеры с длиной волны в 445-450нм. Для них полно линз, и их свечение находится в видимом спектре. От выбора цвета зависит то, как хорошо лазер будет резать материалы определенных цветов. Например, синий лазер не очень хорошо справляется с синим оргстеклом и прочими синими поверхностями, т.к. его излучение не поглощается материалом.
Номинальный рабочий ток. Обычно пропорционален мощности. Для 1,6вт-диодов характерен ток 1,2А. У 3,5Вт номинальный ток 2,3А. Этот параметр важен при выборе драйвера. За более точной информацией стоит нужно посмотреть datasheet конкретного лазерного диода.
Тип корпуса. Наиболее распространенные - TO-5 (9мм), TO-18 (5,6мм - его иногда называют To-56). Влияет на подбор лазерного модуля.
Приведу несколько типичных лазерных диодов:
Крепление. Оно же - радиатор. С обдувом даже для 3,5Вт-лазера такого радиатора достаточно, он греется где-то до 50 градусов.
Установка
Вариантов установки крепления для лазера великое множество. Тут стоит даль волю инженерной мысли и чего-нибудь придумать. Обязательно предусмотрите вентилятор над лазером, он нужен как для его охлаждения, так и для того, чтобы сдувать дым из рабочей области. О подключении и управлении доп.вентиляторами читайте .
Можно примотать стяжками, но лучше сделать жесткое болтовое крепление с переходной пластиной, наподобие того, как это сделал я:
Универсального варианта тут нет, но есть несколько критичных моментов, которые нужно соблюсти:
1. Нужно закрепить модуль как можно ниже, на уровне сопла, точнее, чуть выше его, оставив место для регулировки линзы (около 1см). Это связано с фокусным расстоянием - отдалить модуль по Z мы можем всегда, а вот приблизить будет проблемой, если регулировки не хватит. Я об этом не знал, и регулировки хватило едва-едва.
2. Лучше всего закрепить модуль соосно с экструдером - тогда пострадает размер рабочего хода только одной из осей. И чем ближе к экструдеру - тем меньше "штраф".
С подключением все просто, питание на драйвер согласно полярности, подключение диода согласно полярности. Соблюдайте полярность , в общем. Управляющий TTL провод - к контакту D4, D5, или D6 в случае, если у вас RAMPS. Покажу на примере, как это выглядит у меня (TTL-управление на D6):
Настройка тока лазерного диода
После того, как все установлено и подключено, можно заняться настройкой тока. Для этого выкрутите линзу у лазера и/или подложите под него кусок кафельной плитки, чтобы он чего-нибудь не прожег. Также нужно включить в разрыв "минусового" провода лазерного диода амперметр (см. схему выше). Можно временно подключить мультиметр, а можно поставить отдельную измерительную головку, как это сделал я. И не забудьте одеть защитные очки. Алгоритм такой:
1. Включаем принтер.
2. В Pronterface пишем M42 P* S255 , где * - номер контакта, к которому подключен управляющий TTL провод драйвера
3. Берем отвертку и начинаем медленно вращать маленький подстроечный резистор на плате драйвера, попутно поглядывая на показания амперметра. Если это этот драйвер, то ток до включения лучше выкрутить в 0 (против часовой стрелки до щелчков), т.к. в нем по умолчанию выставлено 2А, что может спалить 1,6Вт-диод.
4. Выставляем по амперметру номинальный ток своего диода и пишем M42 P* S0 для его отключения. (* - см. выше)
5. Отключаем мультиметр от цепи (опционально).
Настройка фокуса лазера
Тут все достаточно индивидуально. Фокус можно настраивать как перед каждой операцией резки, так и единожды, потом просто передвигая каретку по Z в зависимости от толщины обрабатываемого материала. Также есть разные подходы к настройке фокуса по детали: можно выставлять фокус по верху заготовки, а можно по середине. Я выставляю по верху, т.к. редко что-либо режу и меня не беспокоит расфокусировка при опускании луча в материал.
Настраивается так:
1. Загоняем все оси в home (G28).
2. Поднимаем каретку. Величина поднятия зависит от толщины обрабатываемого листа. Я не предполагал на своем принтере обрабатывать ничего толще 6мм (по фанере выжигать), поэтому поднял каретку чуть выше - на 8мм. Команда для поднятия - G1 Z8, ну или просто потыкайте стрелочки в Pronterface.
3. Кладем заготовку, закрепляем канцелярскими зажимами, наводим лазер на нее.
4. Включаем лазер. Много мощности на этом этапе не требуется, должна быть четко видна точка. M42 P* S1
5. Крутим линзу до тех пор, пока луч не сфокусируется в маленькую точку. Если не хватает регулировки - поднимите каретку еще где-нибудь на 5-10мм, и снова покрутите линзу.
Итого сборка, подключение и настройка завершены. В следующей статье будет руководство по подготовительным командам и обзор софта для работы с лазером.
— это усовершенствованная схема защиты лазерного диода от бросков напряжения. Дорогие полупроводниковые лазеры не обладают устойчивостью к быстрым скачкам напряжения или тока. Для снижения риска их повреждения используются стандартные схемы ограничения на полевых транзисторах с р-n переходом. Именно они в отсутствие напряжения закорачивают лазер, защищая его от таких бросков (Рисунок 1).
Когда на отрицательной шине питания появляется напряжение, полевой транзистор закрывается. Схема эффективна для защиты маломощных лазерных диодов, но плохо подходит для диодов с током потребления более 150 мА. Этот предел обусловлен значением максимального тока полевого транзистора. Если в аварийном режиме возникает необходимость ограничения тока лазерного диода, выбранный полевой транзистор может не справиться с этой задачей. Правда, существуют и сильноточные полевые транзисторы с р-n переходом, однако они существенно дороже, и их сложно найти в продаже.
Схема на Рисунке 2 позволяет избежать этих недостатков. Она похожа на стандартную схему с полевым транзистором. Но дополнена биполярным транзистором, который шунтирует большую часть отрицательных токов, когда полевой транзистор открыт. Резистор R2 фиксирует потенциал затвора транзистора Qb a R3 обеспечивает быстрое выключение транзистора Q2. Диод 1 N914 принимает на себя любые положительные броски тока. RC-цепочка устанавливает
достаточно низкую скорость отклика, сглаживая переходы от открытого состояния к закрытому.
По сравнению со светом обычных светодиодов лазерный свет имеет высокую концентрацию, он имеет более узкий угол обзора. Для подключения лазерного диода к электронной цепи понадобится специальная схема, называемая драйвером лазерного диода. В данном материале будет показано, как самостоятельно собрать простой драйвер лазерного диода на основе LM317.
Драйвер лазерного диода – это схема, которая используется для ограничения тока и затем подачи его на лазерный диод, чтобы он работал должным образом. Если мы напрямую подключим его к источнику питания, из-за потребности в большем токе он может не заработать или даже привести к некоторым повреждениям цепи.
Если ток будет небольшим, лазерный светодиод не будет работать из-за отсутствия достаточной мощности для включения. Таким образом, необходима схема драйвера для обеспечения правильного значения тока, при котором лазерный диод перейдет в рабочее состояние. Простому светодиоду нужен только резистор для ограничения тока, но в случае с лазерным диодом нам нужна правильная схема для ограничения и регулирования тока. Для регулирования мощности в цепи драйвера лазерного диода можно использовать LM317.
Трехвыводная микросхема LM317 представляет собой стабилизатор напряжения. На своем выходе он может выдавать от 1.25 до 37 вольт. Внешний вид LM317 с подписанными выводами представлен на изображении ниже.
LM317 является регулируемым стабилизатором, иными словами можно изменять значение напряжения на выходе в зависимости от потребностей, используя два внешних резистора, подключенных к линии регулировки (Adjust). Эти два резистора работают как цепь делителя напряжения, используемая для увеличения или уменьшения выходного напряжения. LM317 обеспечивает ограничение тока и защиту от тепловой перегрузки.
Схема драйвера лазерного диода на основе стабилизатора напряжения LM317 показана на рисунке ниже.
Ее довольно быстро можно собрать на макетной плате.
Работает схема следующим образом. Когда батарея начинает подавать напряжение, оно сначала протекает через керамический конденсатор (0.1 мкФ). Этот конденсатор используется для фильтрации высокочастотного шума от нашего источника постоянного тока и обеспечивает входной сигнал для LM317. Потенциометр (10 КОм) и резистор (330 Ом), подключенные к линии регулировки, используются в качестве схемы ограничения напряжения. Выходное напряжение полностью зависит от значения этого резистора и потенциометра. Выходное напряжение стабилизатора попадает на фильтр второго конденсатора (1 мкФ). Этот конденсатор ведет себя как балансировщик мощности для фильтрации флуктуирующих сигналов. В итоге можно регулировать интенсивность лазерного излучения, вращая ручку потенциометра.
1. Небольшое вступление.
Давным давно, на сайте лазерорг, была выложена интересная схемка драйвера питания синего лазерного диода. Выложил ее пользователь под ником
ArtDen .
За основу взят чип tps61030 от компании техас инструментс. (стоит около 150-250руб).
На первый взгляд схема подкупает своей простотой, небольшим количеством обвески. Но это не совсем так. Одному Богу известно сколько этих чипо
в было спалено. В итоге, после сбора, не все умудрялись стабильно запустить драйвер, как правило выгорала микросхема, а иногда даже и ЛД диоды отправлялись на тот свет.
2. Характеристики драйвера
Внимание! Этот драйвер нельзя включать без нагрузки или некачественно (без пайки) подключать к нагрузке! Такое включение убивает микросхему!
1.Диапазон входного напряжения зависит от ЛД (445 нм) для сини это 1.8...5В, для фиолета (405нм) - 1.8...5.5В.
2.Напряжение на выходе 5 вольт.
3.При запитке синего лд 1ватт ток на выходе 1.3а. (Снимали до 2а.) Ток регулируется резистором R2.
4.Ток потребляния 3-4а.
5.КПД 72-80%
3. Схема и детали
На рисунке 1 можем наблюдать схему драйвера. Большинство деталей можно легко найти на старых платах, а некоторые необходимо будет купить. Схема очень нежная, уж очень любит дохнуть. В ваших интересах не жечь микросхемы попусту, ибо чипы не дешевые.
Рис.1 Схема драйвера для синего лазера
Рис.2 Печатка. Автор
Squork 
Рис. 3 Еще печатка от Alex72 
Рис. 4 Сама микросхема, точкой показана нога 1.
Плановые детали, по возможности, лучше купить новые, что благоприятно скажется на работе драйвера. Критичные детали - позиции 1;2;6;8 При установке диода позиция №2 РЕЗИСТОР 22кОм НЕ НУЖЕН !
Список деталей в магаине чип-дип и цена в рублях на февраль 2014г.
| 1 | TPS61030PWP-ADJ, DC-DC преобразователь повышающий, вход 1.8-5.5В, выход 1.8-5.5В/1А HTSSOP-16 | 150.00 |
| 2 | 1N4148, Диод 150мА 100В DO-35 | 1.50 |
| 3 | Кер. чип. конд. 0603 X7R 1мкФ 16В 10%, GRM188R71C105KA12D | 1.80 |
| 4 | Кер.ЧИП конд. 0.01 мкФ Y5V 50В+80-20%0402, GRM155F51H103Z | 1.10 |
| 5 | Кер.ЧИП конд. 2.2мкФ,X5R,10% 10В 0603, GRM188R61A225K | 4.10 |
| 6 | TECAP, 220 мкФ, 10 В, тип D, 10%, Конденсатор танталовый SMD | 32.00 |
| 7 | 0.25Вт 1206 10 кОм, 1%, Чип резистор (SMD) | 0.90 |
| 8 | B82464G4682M, 6.8 мкГн, 4.3 А, 10х10, Катушка индуктивности SMD |
Для большей надежности я ставил вот такой дроссель .
| TSL1112S-6R8M4R6, 6.8 мкГн, 4.6/6.1А, Катушка индуктивности | 24.00 |
Эксперименты с деталями могут привести к тому, что микросхема просто задымится, или будет работать не стабильно.
4. Причины нестабильной работы и перегорания.
Разберем причины из за которых чип выходит из строя. Для их выявления мне пришлось сжечь не одну микруху.
Ты будешь арать как сука, когда почуешь этот пренеприятный горелый запах! =)
1. Подключение без нагрузки - 100% дохлая микросхема. Автор, впервые выложивший эту схему, предупреждает об этом, все же я тоже проверил =) Если и вы рискнете так подключить, услышите этот звык "ПЫЩ", а микросхема испустит клуб дыма.
2. Дроссель ниже 4.a, или нонейм дроссель. Дроссель лучше купить и не рисковать. При нагрузке драйвера 1.5-2 ватта можно наблюдать как дроссель нагревается. Затем происходит насыщение дросселя, микросхема уходит в защиту и при последующем включение получаете ПЫЩ! Дроссель необходим не менее 4А по току.
3. Кривая пайка и тонкие длинные дорожки, иногда они убивают микросхему. Желательно покрывать дорожки тонким слоем припоя.
4. Нестабильный контакт по время замеров тока, или забытие выставить на мультиметре функцию замеров тока, получаете пункт 1. Если решились на замеры, тщательно проверяйте контакты. Тесты можно проводить с резистором 3-ома, дохлым синим лд.
По поводу умирание микры поговорили, теперь по поводу нестабильной работы. Иногда драйвер начинает пульсировать, нет стабилизации по току, диод мигает. Иной раз не выходит из софт старта, на выходе получаем малую мощность. А иной раз вообще не включается.
1. Нестабильная работа, диод меняет яркость гаснет и включается, нет стабилизации по току. Это происходит в следствии неправильной работы дросселя (скорее всего ваш дроссель ниже 4А), либо диод VD1 нонэйм не рассчитаный для данного устройства. Так же может быть, если ваш ЛД уже почти мертвый, при этом драйвер исправен.
2. Конденсаторы на выходе лучше танталовые иначе может вообще не включиться, или включиться но должной мощности на лазерном диоде не получите.
3. Кривая пайка так же может стать причиной нестабильной работы.
5. Подключение драйвера.
Как отмечалось выше драйвер потребляет ток 3-4а, для его питания необходим хороший li-ion аккумулятор, желательно не менее 2а/ч. Подключать драйвер только с нагрузкой. Если собираетесь запитывать сразу живой лд, необходимо поместить лд в охлаждающий коллиматор. На таких мощностях диод бует жутко греться.Ну вот и все, никаких рассчетов, все должно работать сразу. Для питания лазерных диодов 2w. Для мощности 1.8 ватт R2 - 0.33ом, для мощности 2w - 0.25ом (при этом драйвер будет работать почти что на прееле, отдавая ток 2а, а микросхема будет нехило греться). Ниже представляю свои фото и видео лазера.
Рис. 5 Лазер в процессе сборки. Дроссель и R2 с обратной стороны платки.
Рис. 6 Луч лазера. В моем варианте 1.7-1.8ватт (R2-0.33ома)
Небольшое видео процесса:
Прожигание 2 донышек от спичечного коробка, лучом свокусированным в бесконечность. Сокращения:
лд - лазерный диод
микра - микросхема