Установка лазерных эффектов
Num Lock
Created with gnotepad+. Best viewed with any browser.
Многие видели в продаже устройства, рисующие на стене или другом подходящем экране лазерным лучом различные геометрические фигуры, похожиена фигуры Лиссажу. Одно из наиболее часто втречающихся устройств такого рода имеет название Laser View. Это прибор с микропроцессорным управлением, переключение режимов в нем осуществляется с помощью двух кнопок. Красиво, удобно, но цена - около 70 у.е (без комментариев). Неудивительно поэтому, что многие радиолюбители изготавливают подобные устройства самостоятельно.
Наиболее известными являются два вида самодельных установок лазерных эффектов: NK300 ("Лазерный эффект") - устройство, выпускаемое фирмой "Мастер Кит" в виде набора для самостоятельной сборки, и "Концертный лазер" - устройство, описанное в книге Эрве Кадино (Herve Cadinot) "Цветомузыкальные установки" (пер. с франц., М:ДМК, 2000).
Устройство фирмы "Мастер Кит" выполнено на основе специализированной микросхемы, к которой подключены два коллектроных электродвигателя с насаженными на валы зеркалами. Частота вращения каждого электродвигателя регулируется отдельно своим переменным резистором. При различных соотношениях частот вращения электродвигателей на экране получаются различные геометрические фигуры. Несмотря на весьма удобную для сборки конструкцию (электродвигатели и лазер крепятся прямо к плате устройства хомутиками), а также весьма умеренную цену набора (12,44 у.е. без лазера), устройство имеет серьезный недостаток: в нем используются коллекторные электродвигатели, имеющие невысокую надежность.
"Концертный лазер" Эрве Кадино - более сложное устройство, одних операционных усилителей в нем насчитывается целых девять! В нем имеется весьма интересная функция - синхронизация световых эффектов с музыкой при помщи встроенного микрофона (аналогичная функция есть и в Laser View). Также в книге приведен весьма качественный чертеж печатной платы. Что же, весьма неплохо, если, конечно, есть хлорное железо, фоторезист.. Про тип движков в книге ничего не сказано, но, судя по наличию защитных диодов, они тоже коллекторные.
Когда и я захотел собрать себе установку лазерных эффектов, я решил сделать все совсем по-другому. Во-первых, никаких коллекторных электродвигателей! Тем более, что существует недорогая альтернатива - это миниатюрные вентиляторы постоянного тока, применяемые в современных ПЭВМ. В таких вентиляторах используются бесконатктные электродвигатели с датчиками Холла. Если в коллекторном электродивигателе постоянного тока обмотки расположены на роторе, а магниты - на статоре, то в бесконтактном - наоборот : ротор - постоянный многополюсный магнит (как в синхронном двигателе переменного тока), а на статоре - обмотки. Датчики Холла отслеживают положение ротора, подавая сигналы на специализированную микросхему, а она, в свою очередь, коммутирует обмотки. Такие вентиляторы имеют также еще одно преимущество: не надо думать, как закрепить зеркало на валу, его можно просто приклеить к крыльчатке! Бесконтактные электродвигатели имеют почти столь же линейную зависимость частоты вращения от напряжения питания, как и у коллекторных электродвигателей. Во-вторых, зачем городить такую сложную схему, регулировать частоту вращения можно и при помощи старых добрых регулируемых кренов! Вот, посмотрите, что я тут нагородил:
В качестве лазера EL1 используется обыкновенная лазерная указка мощностью 1 мВт, купленная в газетном киоске за 55 рублей. Поскольку, согласно информации с сайта Sam's Laser FAQ, лазерные указки боятся микросекундных всплесков питающего напряжения, которые могут возникать в компенсационных стабилизаторах в момент подачи питания, для защиты используются, во-первых, конденсаторы большой емкости, а во-вторых, устройство мягкого запуска на лампе накаливания HL1. Лампа HL1 и резистор R1 образуют делитель нарпяжения, причем в момент включения питания сопротивление нити лампы, а значит, и падение напряжения ней мало, а по мере ее прогрева возрастает примерно до 3 В. Это меньше как номинального напряжения питания лампы (6 В), так и лазерной указки (4,5 В), что также положительно сказывается на их сроке службы. Разумеется, кнопку включения лазерной указки следует зафиксировать в нажатом положении чем-нибудь вроде изоленты. При подключении лазерной указки не забывайте, что она боится статики (поэтому их и делают в металлических корпусах), и кроме того, корпус у нее соединен с плюсом, а пружина - с минусом.
Внимание!!! Не допускайте попадания лазерного излучения в глаза - это опасно!!! Работающую установку лазерных эффектов следует располагать так, чтобы луч ни при каких условиях не мог попасть никому в глаза, а также за пределы помещения (например, в окно). Также не допускается использование установки лазерных эффектов (как и других светодинамических установок, включая стробоскопы, мигающие гирлянды, цветомузыку) в присутствии людей, страдающих эпилепсией.
В устройстве рекомендуется использовать самую дешевую лазерную указку с выходной мощностью 1 мВт, но даже в этом случае следует строжайше соблюдать правила техники безопасности. Экспериментировать с более мощными (и более дорогими) лазерными указками, например, с выходной мощностью 3 мВт и более, а также с гелий-неоновыми лазерами, рекомендуется только в том случае, если у вас за плечами большой опыт работы с такими устройствами. В любом случае, настоятельно рекомендуется прочитать документ Laser Safety на сайте Sam's Laser FAQ, а также литературу по лазерной безопасности, имеющуюся у вас дома или в районной библиотеке.
Регуляторы скорости электродвигателей собраны на микросхемах LM317T в стандартном включении. Цветовая кодировка проводов питания у всех вентиляторов одинакова: красный - плюс, черный - минус. Еще у некоторых вентиляторов есть белый провод - это датчик тахометра. Здесь он не нужен, можете даже его отпаять от платы вентилятора, чтобы не мешался. Желательно, чтобы оба вентилятора были одинаковыми.
В качестве зеркал идеально подходят зеркала от китайских круглых точилок, но так как их недавно сняли с производства, пришлось использовать альтернативный вариант - выпиливать зеркала из испорченного компакт-диска. Вариант, сразу скажу, не идеальный, так как яркость луча получается меньше: во-первых, компакт-диск действует, как диффракционная решетка, и часть света рассеивается не туда, куда надо, а во-вторых, не так уж хорошо компакт-диск отражает свет. Но работает! Зеркала приклеивают к крыльчаткам вентиляторов термоклеем, а так как прилеить зеркало идеально параллельно крыльчатке невозможно, каждое зеркало при вращении будет создавать эллиптическую развертку. Фигуры, похожие на фигуры Лиссажу, получаются при наложении двух эллиптических разверток друг на друга.
Лазерную указку и вентиляторы располагают на пластине из оргстекла, как показано на рисунке:
Сначала надо приклеить все тем же термоклеем вентиляторы, а затем приступить к определению места, где будет расположена указка. При остановленных вентиляторах надо расположить указку так, чтобы соблюдались три условия: оптическая ось указки должна быть на той же высоте, что и центры зеркал; луч ее падал в центр первого зеркала, а луч, отраженный от центра первого зеркала, падал в центр второго зеркала. Сделать это весьма просто, если помнить правило, известное еще со школы: угол падения равен углу отражения. Когда все будет настроено, к оргстеклу в нужном месте нужно приклеить кусок пластмассы с высотой, равной высоте расположения центров зеркал (минус радиус указки), а к нему - указку, расположив ее как указано выше. Пока термоклей остывает, можно все настроить окончательно.
Теперь попробуйте покрутить переменные резисторы. Если все проделано правильно, вы увидите на стене различные геометрические фигуры. Поскольку развертки у нас эллиптические, фигуры будут совсем не такими, как фигуры Лиссажу на осциллграфе - они будут еще красивее! В других устройствах подобного рода (в т.ч. Laser View) развертки также эллиптические. Вращать ручки следует медленно, так как крыльчатки вентиляторов - это своего рода маховики, и скорость будет меняться не сразу после поворота ручки, а секунды через две. В остальном, принцип здесь тот же, что и с осциллографом: каждой фигуре соответствует свое соотношение частот, если соотношение точное, фигура неподвижна, если неточное, она с определенной скоростью вращается в ту или иную сторону.
А теперь давайте вместе подумаем, как можно усовершенствовать эту установку лазерных эффектов. Первое, что напрашивается - добавить функцию прерывистой линии, аналогичную той, что имеется в Laser View. Только не вздумайте модулировать луч лазера коммутацией питания - долго лазер так не протянет. В крайнем случае (это тоже совет с сайта Sam's Laser FAQ) - можете попробовать и коммутировать, но надо лазер не полностью гасить, а врубать то на половинную, то на полную мощность - надежнее. Частота подбирается экспериментально. Гораздо более цивилизованный способ - пропустить луч лазера через крыльчатку еще одного вентилятора, чтобы крыльчатка, вращаясь, действовала как обтюратор. Я попробовал данный способ и получил неплохие результаты.
Еще один интересный эффект, реализованный не только в Laser View, но и в "Концертном лазере" Эрве Кадино - музыкальное управление. Подумайте сами, как его здесь можно реализовать.
А вот еще один эффект, которого нету даже в Laser View. У нас тут, значит, две эллиптические развертки - можно еще добавить третью. Понадобится еще один вентилятор с зеркалом и еще один регулятор мощности, аналогичный имеющимся - далее устройство настраивается так же, как и двухвентиляторное, ну чуть-чуть посложней. Я такого еще не пробовал, но думаю, будет неплохо.
Ну ладно, скажете вы, а что если сделать устройство, рисующее на стене лучом лазера не абстрактные фигуры, а разные буквы-цифры, картинки? Это же будет круче часов пропеллерных! Что ж, и такое возможно. На все том же сайте Sam's Laser FAQ рассказывалось, что луч лазера можно отклонять при помощи пьезоэлектрических звукоизлучателей. Разумеется, годятся не всякие пьезоизлучатели, а только те, у которых мембрана зачищена до зеркального блеска (этому требованию отвечают в основном импортные пьезоизлучатели). По жанным сайта Sam's Laser FAQ, эти приборы заметно отклоняют луч лазера при напряжении на пьезокристалле в 50 милливольт, а при нескольких вольтах - вообще отклоняют не хуже вентиляторов. Что ж, если это правда (честное слово, не проверял), то можно взять ПЭВМ с двумя LPT-портами (интересно, как можно поставить в одну ПЭВМ две мультикарты, чтобы один параллельный порт был LPT1, а второй - LPT2?), на каждый порт повесить по ковоксу (это, если не помните, такой ЦАП на резисторах в виде матрицы R-2R), к каждому ковоксу подключить по пьезоизлучателю, чтобы один отклонял луч по горизонтали, а другой - по вертикали. То, что эта штуковина нарисует, зависит только от мастерства программиста. Жаль, что я не знаю ассемблера. Можно обойтись и без ПЭВМ - достаточно подключить к пьезоизлучателям одно из известных устройств типа "Цифры на экране осциллографа". Вот вам и виртуально-настенные часы. А еще на "Радиофанате" есть одна схема для добавления диагональной оси к любому осциллографу - с ее помощью можно получать гораздо более красивые фигуры. Но здесь можно обойтись и без нее, добавив третий пьезоизлучатель, отклоняющий луч по диагонали. Разумеется, данное гипотетическое устройство не годится для использования в качестве обычного осциллографа - разумеется, если вас не устроит осциллограф, работающий только со звуковыми частотами :-). А для применений типа "Сам себе Жан Мишель Жарр" - в самый раз.
А чтобы залезть на сайт Sam's Laser FAQ, нужно залезть сначала на сайт www.repairfaq.org, а там выбрать Sam's Laser FAQ. Сначала, разумеется, прочитайте документ Laser Safety, а потом обратите внимание на Laser Experiments and Projects - этот документ пока находится "под конструкцией" и развивается весьма медленно, но в нем уже предусмотрено место для таких вещей, как Laser Clock или Laser Oscilloscope - что ж, будем надеяться, что скоро там выложат их описания.
Удачи!