DIY激光虛擬地板標(biāo)記

本文介紹了使用廉價且易于獲得的組件的激光虛擬地板標(biāo)記的基本設(shè)計理念。

這里介紹的激光虛擬地板標(biāo)記是專門開發(fā)的便攜式激光投影儀，用于在各種地板上投射耐磨的虛擬線標(biāo)記。即使在非常惡劣的環(huán)境中，緊湊型激光光束機也可用于輕松標(biāo)記人行道、車道、停車線或危險區(qū)域。如果需要，可以用不同的顏色來區(qū)分不同的區(qū)域。

爐石！

激光束的關(guān)鍵部件是“線激光”，通?？梢栽诹闶鄣暌哉劭蹆r找到。線激光器是一種小型設(shè)備，它使用激光器和光學(xué)透鏡將激光束投射為一條線而不是一個點。這可以通過使光束通過柱面透鏡或鮑威爾透鏡來實現(xiàn)。下圖描繪了一個常見的 5-mW 650-nm線激光器。常見激光玩具中的可見半導(dǎo)體激光器也發(fā)射約 650 ±20 nm，通常屬于 IIIA 類激光產(chǎn)品類別，在 4.5 至 6 V 的直流偏置條件下輸出小于 5 mW。

小心處理時，3A (IIIA) 級激光被認(rèn)為是安全的。意外接觸只有很小的潛在危險。值得注意的是，可見3R級與美國法規(guī)中的IIIA級相似。

您可以查看此鏈接以查看一系列緊湊且價格合理的激光模塊，這些模塊可在 635 nm 或 650 nm 處生成具有均勻強度分布的精確線（58° 或 88° 全角線，工廠聚焦在 100 cm）。

低功率激光二極管有多種封裝形式。通常，激光二極管從其腔體的兩端發(fā)光，并且大多數(shù)具有與激光二極管集成的監(jiān)控光電二極管。下圖顯示了采用罐式封裝的激光二極管和監(jiān)控光電二極管排列。在這里查看進(jìn)一步閱讀。

這是一個常見的低功率激光二極管數(shù)據(jù)表的片段。查找突出顯示的部分。請注意，閾值電流 (Ith) 是開始產(chǎn)生激光的電流。

基本電子產(chǎn)品

由于我遇到了幾臺中國線激光器，所以我訂購了幾臺。根據(jù)賣家的描述（如下所示），該設(shè)備專為 3 VDC 下的 16 至 20 mA 運行而定制，我發(fā)現(xiàn)它具有內(nèi)置限流電阻。驅(qū)動線激光器唯一需要的是 3-VDC 電源！

我為線激光器安裝了一個小“驅(qū)動電路”，因為我認(rèn)為后續(xù)設(shè)計改進(jìn)的可能性很小。以下是該線激光驅(qū)動器的第一版示意圖。如您所見，使用標(biāo)準(zhǔn) 555 定時器 IC 可以創(chuàng)建一個簡單的線激光驅(qū)動器，其電流驅(qū)動能力高達(dá) 200 mA（最大值取決于電源電壓）。粗略的想法也可以修改為增加脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 驅(qū)動能力，如果使用晶體管輸出驅(qū)動器，則輸出驅(qū)動（灌入或源出）能力將提高許多倍。

我們通常認(rèn)為 555 是一個計時器，但它實際上是驅(qū)動小線激光器的一個很好的選擇。當(dāng)引腳 2 和 6 的電壓高于電源電壓的 2/3 時，輸出切換為低電平（接近 0 V/GND），如果它們低于電源電壓的 1/3，則輸出擺高（比電源電壓低 1.2 到 1.7 V）。請注意，標(biāo)準(zhǔn)（雙極）555 定時器 IC 具有一些不適合電池供電電路的特性。它需要 5 V 的最低工作電壓和相對較高的靜態(tài)電源電流。在輸出轉(zhuǎn)換期間，它也會產(chǎn)生高達(dá) 100 mA 的電流尖峰。給定電路具有“硬”開/關(guān)開關(guān) (S1)，建議的電源是標(biāo)準(zhǔn) USB 移動電源。

此外，線激光二極管（給定示意圖中的 LD）可以很容易地由脈沖驅(qū)動器控制。在連接線激光器之前，應(yīng)注意了解電子驅(qū)動器脈沖信號，因為半導(dǎo)體激光二極管容易因電子脈沖器電路中的瞬態(tài)（電流毛刺）而發(fā)生災(zāi)難性故障。對于更長的脈沖寬度和不短于 200 ns 的上升/下降時間，555 定時器 IC 可用于通過一個限流串聯(lián)電阻以標(biāo)稱電流水平（大約 20 至 30 mA）直接驅(qū)動線激光二極管。再次，確保來自 555 芯片的驅(qū)動尖峰不會過多！

面包板試用

我的快速實驗室實驗是在一個由穩(wěn)壓 5 VDC 電源供電的迷你面包板組件上進(jìn)行的。下面你可以從我的工作臺上看到幾個（可憐的）快照。10nF 電容器 C3 已在面包板上省略。

如果您查看上面的實驗室快照，您會發(fā)現(xiàn)線激光部分與早期的網(wǎng)絡(luò)圖像有些不同。我不想保守秘密，所以我將描述我在那里做了什么以節(jié)省一些金錢和時間。

不久前，我在網(wǎng)上發(fā)現(xiàn)了一個非常便宜（2 美元）的“激光尾燈”清單，我很好奇，因為他們有激光來生成“激光自行車線”。由于我一直在尋找中國以外的有趣事物，因此我從網(wǎng)上商店購買了它。

令人驚訝的是，我在激光尾燈內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩個封裝的線激光模塊（雖然設(shè)計得不好）。激光線發(fā)生器模塊有一個紅色激光二極管（帶有串聯(lián)電阻）和線生成光學(xué)器件，該光學(xué)元件楔入一個緊密的塑料管中。

我從激光尾燈上取下了一個激光模塊，并在我的面包板原型中使用。一對紅線激光模塊加上一些其他有用的（也許是可破解的）電子產(chǎn)品只需 2 美元——這就是我買它的原因。

自行車激光尾燈在 3 VDC（1.5-V AAA 電池 x2）上運行，我在“穩(wěn)定”模式（它也有閃爍模式）下通過微控制器驅(qū)動的線激光模塊測量了大約 2.4 V。由于我的設(shè)計的估計輸出為 2.6 V，我只需將線激光模塊直接連接到電路的輸出點，如圖所示。它工作正常，沒有黑煙！

從晚上到早上！

在標(biāo)準(zhǔn)光敏電阻 (LDR) 的幫助下，很容易將基本電路變成自動激光虛擬地板標(biāo)記。您只需將單個 LDR 與 10-uF 電容器 (C4) 并聯(lián)即可。如果是這樣，該電路僅在日落和日出之間或移入黑暗時工作。

我的面包板組件中使用的 5-mm LDR 夜間電阻大于 75 KΩ，在正常日光下小于 2KΩ。所以我一直使用 10-KΩ 電阻器 (R1)，數(shù)學(xué)顯示電阻值為 12 KΩ，即R1 = √ (2K x 75K) = 12.25 KΩ！

這是修改后設(shè)計的快速面包板測試設(shè)置。在測試中，我（無意中）使用了另一個 5-mW 紅點激光二極管和一個 43-Ω 串聯(lián)電阻和一個 GL5528 LDR。測試時，在新的紅點激光二極管上測得約 3.4 V。

外殼/最后的接觸

不幸的是，我還沒有一個好的外殼來包裝我的激光束。但是我有一堆看起來像這樣的可愛想法（感謝https://www.lasershop.de）。

是的，它會比我想象中的更好，因為它可以安裝在天花板上或墻上，在地板上發(fā)射一條長的激光路線。我會在下周晚些時候試試這個。

最后的想法

該設(shè)計有一些固有的缺點，但總的來說，它非常有用，并且很好地完成了預(yù)期的工作。簡而言之，對于愛好者來說，這是一個快速的解決方案，可以讓他們在家里制作一個廉價而愉快的激光虛擬地面標(biāo)記器。希望這將有助于未來建設(shè)更多的低功率和高功率可見激光項目。請繼續(xù)關(guān)注我將如何利用這一閃光想法的未來想法。直到那時快樂的激光線！

審核編輯 黃昊宇