DIY激光虚拟地板标记

本文介绍了使用廉价且易于获得的组件的激光虚拟地板标记的基本设计理念。

这里介绍的激光虚拟地板标记是专门开发的便携式激光投影仪，用于在各种地板上投射耐磨的虚拟线标记。即使在非常恶劣的环境中，紧凑型激光光束机也可用于轻松标记人行道、车道、停车线或危险区域。如果需要，可以用不同的颜色来区分不同的区域。

炉石！

激光束的关键部件是“线激光”，通常可以在零售店以折扣价找到。线激光器是一种小型设备，它使用激光器和光学透镜将激光束投射为一条线而不是一个点。这可以通过使光束通过柱面透镜或鲍威尔透镜来实现。下图描绘了一个常见的 5-mW 650-nm线激光器。常见激光玩具中的可见半导体激光器也发射约 650 ±20 nm，通常属于 IIIA 类激光产品类别，在 4.5 至 6 V 的直流偏置条件下输出小于 5 mW。

小心处理时，3A (IIIA) 级激光被认为是安全的。意外接触只有很小的潜在危险。值得注意的是，可见3R级与美国法规中的IIIA级相似。

您可以查看此链接以查看一系列紧凑且价格合理的激光模块，这些模块可在 635 nm 或 650 nm 处生成具有均匀强度分布的精确线（58° 或 88° 全角线，工厂聚焦在 100 cm）。

低功率激光二极管有多种封装形式。通常，激光二极管从其腔体的两端发光，并且大多数具有与激光二极管集成的监控光电二极管。下图显示了采用罐式封装的激光二极管和监控光电二极管排列。在这里查看进一步阅读。

这是一个常见的低功率激光二极管数据表的片段。查找突出显示的部分。请注意，阈值电流 (Ith) 是开始产生激光的电流。

基本电子产品

由于我遇到了几台中国线激光器，所以我订购了几台。根据卖家的描述（如下所示），该设备专为 3 VDC 下的 16 至 20 mA 运行而定制，我发现它具有内置限流电阻。驱动线激光器唯一需要的是 3-VDC 电源！

我为线激光器安装了一个小“驱动电路”，因为我认为后续设计改进的可能性很小。以下是该线激光驱动器的第一版示意图。如您所见，使用标准 555 定时器 IC 可以创建一个简单的线激光驱动器，其电流驱动能力高达 200 mA（最大值取决于电源电压）。粗略的想法也可以修改为增加脉冲宽度调制 (PWM) 驱动能力，如果使用晶体管输出驱动器，则输出驱动（灌入或源出）能力将提高许多倍。

我们通常认为 555 是一个计时器，但它实际上是驱动小线激光器的一个很好的选择。当引脚 2 和 6 的电压高于电源电压的 2/3 时，输出切换为低电平（接近 0 V/GND），如果它们低于电源电压的 1/3，则输出摆高（比电源电压低 1.2 到 1.7 V）。请注意，标准（双极）555 定时器 IC 具有一些不适合电池供电电路的特性。它需要 5 V 的最低工作电压和相对较高的静态电源电流。在输出转换期间，它也会产生高达 100 mA 的电流尖峰。给定电路具有“硬”开/关开关 (S1)，建议的电源是标准 USB 移动电源。

此外，线激光二极管（给定示意图中的 LD）可以很容易地由脉冲驱动器控制。在连接线激光器之前，应注意了解电子驱动器脉冲信号，因为半导体激光二极管容易因电子脉冲器电路中的瞬态（电流毛刺）而发生灾难性故障。对于更长的脉冲宽度和不短于 200 ns 的上升/下降时间，555 定时器 IC 可用于通过一个限流串联电阻以标称电流水平（大约 20 至 30 mA）直接驱动线激光二极管。再次，确保来自 555 芯片的驱动尖峰不会过多！

面包板试用

我的快速实验室实验是在一个由稳压 5 VDC 电源供电的迷你面包板组件上进行的。下面你可以从我的工作台上看到几个（可怜的）快照。10nF 电容器 C3 已在面包板上省略。

如果您查看上面的实验室快照，您会发现线激光部分与早期的网络图像有些不同。我不想保守秘密，所以我将描述我在那里做了什么以节省一些金钱和时间。

不久前，我在网上发现了一个非常便宜（2 美元）的“激光尾灯”清单，我很好奇，因为他们有激光来生成“激光自行车线”。由于我一直在寻找中国以外的有趣事物，因此我从网上商店购买了它。

令人惊讶的是，我在激光尾灯内发现了两个封装的线激光模块（虽然设计得不好）。激光线发生器模块有一个红色激光二极管（带有串联电阻）和线生成光学器件，该光学元件楔入一个紧密的塑料管中。

我从激光尾灯上取下了一个激光模块，并在我的面包板原型中使用。一对红线激光模块加上一些其他有用的（也许是可破解的）电子产品只需 2 美元——这就是我买它的原因。

自行车激光尾灯在 3 VDC（1.5-V AAA 电池 x2）上运行，我在“稳定”模式（它也有闪烁模式）下通过微控制器驱动的线激光模块测量了大约 2.4 V。由于我的设计的估计输出为 2.6 V，我只需将线激光模块直接连接到电路的输出点，如图所示。它工作正常，没有黑烟！

从晚上到早上！

在标准光敏电阻 (LDR) 的帮助下，很容易将基本电路变成自动激光虚拟地板标记。您只需将单个 LDR 与 10-uF 电容器 (C4) 并联即可。如果是这样，该电路仅在日落和日出之间或移入黑暗时工作。

我的面包板组件中使用的 5-mm LDR 夜间电阻大于 75 KΩ，在正常日光下小于 2KΩ。所以我一直使用 10-KΩ 电阻器 (R1)，数学显示电阻值为 12 KΩ，即R1 = √ (2K x 75K) = 12.25 KΩ！

这是修改后设计的快速面包板测试设置。在测试中，我（无意中）使用了另一个 5-mW 红点激光二极管和一个 43-Ω 串联电阻和一个 GL5528 LDR。测试时，在新的红点激光二极管上测得约 3.4 V。

外壳/最后的接触

不幸的是，我还没有一个好的外壳来包装我的激光束。但是我有一堆看起来像这样的可爱想法（感谢https://www.lasershop.de）。

是的，它会比我想象中的更好，因为它可以安装在天花板上或墙上，在地板上发射一条长的激光路线。我会在下周晚些时候试试这个。

最后的想法

该设计有一些固有的缺点，但总的来说，它非常有用，并且很好地完成了预期的工作。简而言之，对于爱好者来说，这是一个快速的解决方案，可以让他们在家里制作一个廉价而愉快的激光虚拟地面标记器。希望这将有助于未来建设更多的低功率和高功率可见激光项目。请继续关注我将如何利用这一闪光想法的未来想法。直到那时快乐的激光线！

审核编辑 黄昊宇