BG3301U1

BG3301U1 - Laser animation projection control device

Info

Publication number: BG3301U1
Application number: BG4403U
Authority: BG
Inventors: Румен Андреев; Валериев Илчев Светозар; Златолилия Илчева; Димов Андреев Румен; Светозар Илчев; Костадинов Гайдарски Иван; Иван Гайдарски; Симанова Илчева Златолилия
Original assignee: Институт По Информационни И Комуникационни Технологии - Бан
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2019-10-31

Abstract

A device for controlling the projection of laser animations in indoor and outdoor spaces with remote control via a wireless communication connection is developed for applications in compact, lightweight, low-cost and waterproof laser systems. The device in combination with a scanner control electronic board represents the electronics necessary for the projection of laser animations as well as indoors and outdoors in changing weather conditions. The device also allows remote control and collection of sensory data via its wireless communication connection.

Description

2577 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 11.2/29.11.2019 (54) УСТРОЙСТВО ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ПРОЖЕКЦИЯТА НА ЛАЗЕРНИ АНИМАЦИИ Област на техниката2577 Descriptions to utility registration certificates № 11.2 / 29.11.2019 (54) LASER ANIMATION PROJECTION CONTROL DEVICE

Настоящият полезен модел се отнася най-общо до устройство за управление на прожекцията на лазерни анимации в закрити и открити пространства с отдалечено управление чрез безжична комуникационна връзка. По-специално, полезният модел се отнася до устройство, което управлява в реално време полупроводникови лазерни диоди с различен цвят и система от подвижни огледала с цел да прожектира лазерни анимации на отдалечена повърхност.This utility model generally relates to a device for controlling the projection of laser animations in indoor and outdoor spaces with remote control via a wireless communication link. In particular, the utility model refers to a device that controls in real time semiconductor laser diodes of different colors and a system of movable mirrors in order to project laser animations on a distant surface.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Лазерните системи за мултимедийни прожекции на анимации, често в синхрон с музикални ефекти, набират все по-голяма популярност при провеждането на музикални събития на открито и закрито, церемонии по откриване на спортни и други събития, честване на национални и лични празници и т.н. Популяризирането на тези системи става възможно благодарение на напредъка в областта на полупроводниковите лазерни диоди, оптичните огледала и лещи, електрониката, както и разработката на софтуерните програми и инструменти, необходими за създаването на лазерни анимации.Laser systems for multimedia projections of animations, often in sync with musical effects, are gaining popularity in holding music events indoors and outdoors, opening ceremonies of sports and other events, celebrations of national and personal holidays, etc. . The popularization of these systems has been made possible by advances in semiconductor laser diodes, optical mirrors and lenses, electronics, and the development of software programs and tools needed to create laser animations.

Типичната лазерна система за мултимедийни цели съдържа един или повече полупроводникови лазерни диоди, монтирани в месингов, меден или друг топлопроводим корпус. Диодните корпуси са позиционирани върху метална, най-често алуминиева или месингова плоча по такъв начин, че лазерните лъчи, излъчвани от всеки лазерен диод, се събират в един лъч посредством оптични компоненти, като дихроични призми и огледала. В идеалния случай се цели постигането на максимално чист и ярък бял цвят.A typical multimedia laser system comprises one or more semiconductor laser diodes mounted in a brass, copper or other thermally conductive housing. Diode housings are positioned on a metal, most often aluminum or brass plate in such a way that the laser beams emitted by each laser diode are collected in a single beam by optical components such as dichroic prisms and mirrors. Ideally, the goal is to achieve the purest and brightest white color.

След преминаването през дихроичните призми и огледала, лазерният лъч преминава през две бързо движещи се огледала, които го отклоняват и го насочват към определена точка на проекционната повърхност - екран в далечината, стена на сграда, облак, склон на хълм и т.н. Всяко огледало е монтирано на ос, която се завърта с висока скорост посредством галванометрично устройство, контролирано от електронна платка. Осите на двете огледала са перпендикулярни една на друга. По този начин върху желаната повърхнина в далечината може да бъде прожектирана лазерна анимация от бързо движещия се лазерен лъч, като максималният размер на анимацията зависи от разстоянието от лазера до повърхнината и ъгъла на завъртане на всяко огледало. Скоростта на анимацията зависи от качеството на галванометричните устройства (наричани още скенери), като обичайните скорости на прожектиране варират от 20 кило-точки за секунда (англ. kilo-points per second, kpps) до 40 kpps. Обикновено, скенерите се управляват от специализирана електронна платка (скенерна платка).After passing through dichroic prisms and mirrors, the laser beam passes through two fast-moving mirrors, which deflect it and direct it to a certain point on the projection surface - a screen in the distance, a wall of a building, a cloud, a hillside, etc. Each mirror is mounted on an axis that rotates at high speed by means of a galvanometric device controlled by an electronic board. The axes of the two mirrors are perpendicular to each other. In this way, a laser animation from the fast-moving laser beam can be projected on the desired surface in the distance, the maximum size of the animation depending on the distance from the laser to the surface and the angle of rotation of each mirror. The speed of the animation depends on the quality of the galvanometric devices (also called scanners), and the usual projection speeds range from 20 kilo-points per second (kpps) to 40 kpps. Typically, scanners are controlled by a specialized electronic board (scanner board).

Всяка група лазерни диоди - червени, зелени или сини - се управлява от отделна електронна платка драйвер за лазерни диоди. Драйверът има вход за аналогов или цифров сигнал, като модулацията на напрежението на входния сигнал се превръща от драйвера в модулация на тока, който преминава през съответната група лазерни диоди. Драйверите на лазерните диоди и скенерната платка са свързани към централна ILDA (International Laser Display Association) платка. Тази платка приема и интерпретира аналогови входни сигнали в съответствие със спецификацията на ILDA Standard Projector (TSP) и/или цифрови сигнали, които най-често се предават чрез Ethernet LAN връзка. Източник на тези сигнали може да бъде стационарен компютър, лаптоп, таблет или друго подобно устройство. Спецификацията на ILDA Standard Projector дефинира сигналите, необходими за управлението на един стандартен лазерен проектор, техните нива на напрежение и използвания конектор за връзка между лазерния проектор и устройствата за генериране и управление на лазерни ефекти.Each group of laser diodes - red, green or blue - is controlled by a separate electronic driver for laser diodes. The driver has an input for an analog or digital signal, and the voltage modulation of the input signal is converted from the driver into a modulation of the current that passes through the corresponding group of laser diodes. The laser diode and scanner board drivers are connected to a central ILDA (International Laser Display Association) board. This board receives and interprets analog input signals according to the ILDA Standard Projector (TSP) specification and / or digital signals that are most commonly transmitted over an Ethernet LAN connection. The source of these signals can be a desktop computer, laptop, tablet or other similar device. The ILDA Standard Projector specification defines the signals required to control a standard laser projector, their voltage levels, and the connector used to connect the laser projector to the laser effect generation and control devices.

Тъй като лазерните диоди генерират значително количество топлина, често са необходими допълнителни компоненти, които са отговорни за охлаждането на лазерната система - елементи на Пелтие (термоелектрическо охлаждане, англ. thermoelectric cooling, TEC) и вентилатори. Задачата на ТЕС-охлаждането е да изпомпва бързо и да предава топлината от лазерните диоди към металната монтажна плоча и металния корпус на системата. Вентилаторите имат за цел да създадат въздушен поток, достатъчен за извеждане на топлината извън лазерната система. Охлаждащите елементи на лазерната система се нуждаят от собствен електронен контрол, за да функционират оптимално.Because laser diodes generate a significant amount of heat, additional components are often needed that are responsible for cooling the laser system - Peltier elements (thermoelectric cooling, TEC) and fans. The task of TES cooling is to pump quickly and transfer heat from the laser diodes to the metal mounting plate and the metal housing of the system. The fans aim to create an air flow sufficient to dissipate heat outside the laser system. The cooling elements of the laser system need their own electronic control to function optimally.

2578 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 11.2/29.11.20192578 Descriptions to certificates for registration of utility models № 11.2 / 29.11.2019

Лазерните системи за мултимедийни прожекции на анимации обикновено имат максимална оптична изходна мощност, варираща от няколко вата до няколко десетки вата. Такава изходна мощност представлява значителна опасност за човешкото око и поради това се налага вземането на специални предпазни мерки за осигуряване на безопасна работа. Използва се специален ключ за активиране на лазерната система, като по този начин се гарантира, че само упълномощени лица могат да стартират прожектирането на лазерната анимация. В случай на извънредна ситуация се използва защитен превключвател (англ. emergency stop-button) за изключване на лазерния лъч. Физически оптичен затвор (англ. optical shutter) често се използва за физическо блокиране на лазерния лъч с цел предотвратяване на излизането му от лазерната система.Laser systems for multimedia projections of animations usually have a maximum optical output power ranging from a few watts to several tens of watts. Such power output poses a significant danger to the human eye and therefore requires special precautions to ensure safe operation. A special key is used to activate the laser system, thus ensuring that only authorized persons can start projecting the laser animation. In the event of an emergency, a safety stop-button is used to turn off the laser beam. An optical optical shutter is often used to physically block a laser beam to prevent it from escaping the laser system.

Обикновено, лазерната система съдържа и допълнителни компоненти като захранващи блокове, контролен панел, въздушни филтри против прах и др. Контролният панел обикновено се монтира на задната стена на корпуса на системата и се свързва към централната ILDA платка. Освен типичните 25-пинови D-Sub входни и изходни конектори за ILDA аналогови сигнали, контролният панел може също така да съдържа конектори за цифрови сигнали - напр. RJ-45 конектори за Ethernet мрежова връзка. Допълнителни елементи на панела могат да бъдат потенциометри за задаването на интензитета на лазерните лъчи на всеки цветови канал, ключове или бутони за огледално обръщане на анимациите по X и по Y осите, дисплей за показване на температурите на лазерните диоди и други работни параметри, слот за SD карта за съхранение на лазерни анимации, и т.н.Typically, the laser system also contains additional components such as power supplies, control panel, dust filters, etc. The control panel is usually mounted on the rear wall of the system housing and connected to the central ILDA board. In addition to the typical 25-pin D-Sub input and output connectors for ILDA analog signals, the control panel may also contain connectors for digital signals - e.g. RJ-45 connectors for Ethernet network connection. Additional elements of the panel can be potentiometers for setting the intensity of the laser beams of each color channel, switches or buttons for mirroring the animations on the X and Y axes, display for displaying the temperatures of the laser diodes and other operating parameters, slot for SD card for storing laser animations, etc.

Лазерните системи за прожектиране на анимации са мощни, но те са сравнително големи по размери (например кубична форма с дължина на страната между 50 cm и 75 cm), тежки (обикновено над 10 kg), скъпи, често не са водоустойчиви и обикновено изискват скъпа софтуерна поддръжка. За някои приложения - напр. за изобразяването на рекламна анимация на открито, прожектирането на техническа информация в производствените съоръжения, показването на обществена информация за гражданите на железопътни и автобусни гари и др., тези системи са неподходящи. Те са ненужно мощни и сложни, неудобни за инсталиране, прекадено скъпи за закупуване и експлоатация, и са податливи на повреда от влагата при инсталиране и използване на открито.Laser animation projection systems are powerful, but they are relatively large in size (eg cubic shape with a side length between 50 cm and 75 cm), heavy (usually over 10 kg), expensive, often not waterproof and usually require expensive software support. For some applications - e.g. for the display of advertising animation in the open air, the projection of technical information in the production facilities, the display of public information for the citizens at railway and bus stations, etc., these systems are inappropriate. They are unnecessarily powerful and complex, inconvenient to install, too expensive to purchase and operate, and are susceptible to moisture damage during installation and outdoor use.

При гореописаните решения можем да обобщим наличието на функционални блокове като: драйвери за червен, зелен и син лазерни диоди, филтърен блок, блок за контрол на скенерите, блок за интернет комуникация и микроконтролерен блок.In the above solutions we can summarize the presence of functional units such as: drivers for red, green and blue laser diodes, filter unit, scanner control unit, internet communication unit and microcontroller unit.

Техническа същност на полезния моделTechnical essence of the utility model

Настоящият полезен модел представлява устройство за управление на прожекцията на лазерни анимации в закрити и открити пространства с отдалечено управление чрез безжична комуникационна връзка. То реализира и обединява функциите на драйверите на лазерните диоди, централната ILDA платка и управлението на охлаждащите елементи на лазерна система от типа, кратко описан по-горе. В комбинация с електронна платка за управление на скенерите устройството реализира електрониката, необходима за прожектирането на лазерни анимации както на закрито, така и на открито при променливи метеорологични условия.This utility model is a device for controlling the projection of laser animations in indoor and outdoor spaces with remote control via wireless communication. It implements and combines the functions of the laser diode drivers, the central ILDA board and the control of the cooling elements of a laser system of the type briefly described above. In combination with an electronic board for controlling the scanners, the device realizes the electronics needed for the projection of laser animations both indoors and outdoors in changing weather conditions.

Целта на устройството е да позволи създаването на компактна, лека, евтина и водоустойчива лазерна система за приложения, насочени към публичния сектор, маркетинговите компании и производствената индустрия. Потребителите от тези сектори обикновено нямат опит в лазерните системи, така че системата трябва да бъде надеждна и лесна за управление, без да е необходим специализиран софтуер за създаване на мултимедийно лазерно шоу. Устройството е предвидено за самостоятелно възпроизвеждане на лазерна анимация, но също така позволява дистанционно управление и събиране на сензорни данни (напр. за температура и влажност) чрез безжичната си комуникационна връзка.The purpose of the device is to allow the creation of a compact, lightweight, inexpensive and waterproof laser system for applications aimed at the public sector, marketing companies and the manufacturing industry. Users in these sectors usually have no experience in laser systems, so the system must be reliable and easy to operate without the need for specialized software to create a multimedia laser show. The device is designed for self-playback of laser animation, but also allows remote control and collection of sensor data (eg for temperature and humidity) via its wireless communication connection.

Температурата и влажността в корпуса на лазерната система могат да се регулират активно от устройството, с което се поддържат оптимални работни характеристики на лазерните диоди и електронните елементи при условия на открито, където лазерната система е изложена на атмосферните влияния.The temperature and humidity in the housing of the laser system can be actively regulated by the device, which maintains optimal performance of the laser diodes and electronic elements in outdoor conditions, where the laser system is exposed to the weather.

При едно изпълнение, устройството за управление на прожекцията на лазерни анимации включва следните функционални блокове: три драйвера за лазерни диоди (по един драйвер за всеки един от цвеIn one embodiment, the laser animation projection control device includes the following function blocks: three laser diode drivers (one driver for each color

2579 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 11.2/29.11.2019 товите канали - червен, зелен и син), филтърен блок на захранването, блок за контрол на скенерите, блок за Интернет комуникация и микроконтролерен блок. При едно изпълнение, микроконтролерният блок се състои от микроконтролер, сензор за измерване на температура, сензор за измерване на температура и влажност, EEPROM памет, microSD карта, блок за контрол на охлаждащия вентилатор и нагревателите и литиева батерия. Нагревателите се състоят от алуминиеви резистори или други подходящи за целта елементи. Литиевата батерия е монтирана на цокъл или е директно запоена за печатната платка.2579 Descriptions to utility registration certificates № 11.2 / 29.11.2019 new channels (red, green and blue), power supply filter unit, scanner control unit, Internet communication unit and microcontroller unit. In one embodiment, the microcontroller unit consists of a microcontroller, a temperature measuring sensor, a temperature and humidity measuring sensor, an EEPROM memory, a microSD card, a cooling fan and heater control unit, and a lithium battery. The heaters consist of aluminum resistors or other suitable elements. The lithium battery is mounted on a socket or is directly soldered to the PCB.

При едно изпълнение, драйверите за лазерни диоди се състоят от импулсен регулатор, индуктор, входни кондензатори, изходни кондензатори, съпротивление за настройка на работната честота, тример и съпротивления за настройка на работния ток и вход за активиращ сигнал.In one embodiment, the laser diode drivers consist of a pulse regulator, inductor, input capacitors, output capacitors, operating frequency tuning resistor, trimmer and operating current tuning resistors, and activation signal input.

При едно изпълнение, устройството е реализирано под формата на печатна платка е едностранен или двустранен монтаж на компонентите, като се използват както SMD (англ. Surface Mounted Device) компоненти, така и компоненти за класически монтаж - основно конектори. Блокът за Интернет комуникация е реализиран под формата на допълнителна печатна платка (англ. add-on board) е интегрирана на него антена за безжична комуникация, като има възможност и за присъединяване на външна антена чрез подходящ за целта конектор. Допълнителната печатна платка е разположена в предната част на устройството, като под предна част се разбира тази част, която е физически най-близо до отвора за излаз на лазерния лъч в кутията на лазерната система.In one embodiment, the device is implemented in the form of a printed circuit board is single-sided or double-sided mounting of components, using both SMD (Surface Mounted Device) components and components for classic mounting - mainly connectors. The block for Internet communication is realized in the form of an additional printed circuit board (English add-on board), an antenna for wireless communication is integrated on it, and there is a possibility for connecting an external antenna through a suitable connector. The additional printed circuit board is located in the front part of the device, and by the front part is meant that part which is physically closest to the exit exit of the laser beam in the box of the laser system.

Сензорът, измерващ температура и сензорът, измерващ температура и влага са разположени на разстояние един от друг, за да осигурят възможност за измерване на температурата в две отделни точки в корпуса на лазерната система.The temperature measuring sensor and the temperature and humidity measuring sensor are located at a distance from each other to allow the temperature to be measured at two separate points in the housing of the laser system.

Устройството използва стандартно мрежово захранване е постоянно напрежение за предоставяне на мощност към драйверите за лазерните диоди и микроконтролерния блок и друго двуполярно мрежово захранване, което е свързано към блока за контрол на скенерите. Двете мрежови захранвания могат да са разположени в корпуса на лазерната система или извън него.The device uses a standard AC power supply to provide power to the drivers for the laser diodes and the microcontroller unit and another bipolar mains supply that is connected to the scanner control unit. Both mains power supplies can be located inside or outside the laser system housing.

Производството на устройството за управление прожекцията на лазерни анимации се осъществява чрез обичайните за електронни изделия производствени стъпки и процеси.The production of the device for controlling the projection of laser animations is carried out through the usual production steps and processes for electronic products.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Фигура 1 е блок схема на устройство за управление на прожекцията на лазерни анимации в закрити и открити пространства е отдалечено управление чрез безжична комуникационна връзка.Figure 1 is a block diagram of a device for controlling the projection of laser animations in indoor and outdoor spaces is remote control via a wireless communication connection.

Фигура 2 е блок схема на драйверите за лазерни диоди, съдържащи се в устройството за управление на прожекцията на лазерни анимации от Фиг. 1.Figure 2 is a block diagram of the laser diode drivers contained in the laser animation projection control device of Figure 2; 1.

Фигура 3 представя техническа реализация на лазерна система е участие на устройство за управление на прожекцията на лазерни анимации от Фиг. 1.Figure 3 shows a technical implementation of a laser system involving a device for controlling the projection of laser animations of Figs. 1.

Примери за изпълнение на полезния моделExamples of implementation of the utility model

Полезният модел представлява устройство за управление на прожекцията на лазерни анимации в закрити и открити пространства е отдалечено управление чрез безжична комуникационна връзка. На фиг. 1 е показана блок схема на едно изпълнение на това устройство.The utility model is a device for controlling the projection of laser animations in indoor and outdoor spaces and remote control via wireless communication. In FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of this device.

Устройството за управление на прожекцията на лазерни анимации 100 се състои от следните функционални блокове: три идентични драйвера 110, 120 и 130 съответно за червен, зелен и син лазерен диод, филтърен блок 140, блок за контрол на скенерите 150, блок за Интернет комуникация 160 и микроконтролерен блок 170.The laser animation projection control device 100 consists of the following functional blocks: three identical drivers 110, 120 and 130 respectively for red, green and blue laser diode, filter block 140, scanner control unit 150, Internet communication unit 160 and a microcontroller unit 170.

В този пример на реализация, устройството за управление на прожекцията на лазерни анимации 100 представлява печатна платка е необходимите електронни елементи и конектори за свързване на захранващи блокове и лазерен диод. Предвидени са монтажни отвори за закрепване на платката към корпуса на лазерната система. Устройството за управление на прожекцията на лазерни анимации поддържа стандартно захранване е постоянно напрежение от 9V до 24V и двуполярно захранване е постоянно напрежение в диапазона ±15V до ±24V. Максималният ток през лазерните диоди е е големина до 1,4А. При нужда се осъществява и последователно свързване на няколко диода от един и същи вид, като основното ограничение е изходното напрежение на драйверите 110, 120 и 130 да бъде е 2-3 волтаIn this embodiment, the laser animation projection control device 100 is a printed circuit board and the necessary electronic elements and connectors for connecting power supplies and a laser diode. Mounting holes are provided for attaching the board to the housing of the laser system. The projection control device for laser animations supports a standard power supply with a constant voltage of 9V to 24V and a bipolar power supply with a constant voltage in the range of ± 15V to ± 24V. The maximum current through the laser diodes is up to 1.4A. If necessary, several diodes of the same type are connected in series, the main limitation being the output voltage of the drivers 110, 120 and 130 to be 2-3 volts

2580 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 11.2/29.11.2019 по-високо от сумата на работните напрежения на диодите.2580 Descriptions to utility registration certificates № 11.2 / 29.11.2019 higher than the sum of the operating voltages of the diodes.

На фиг. 2 е показана блок схема на едно изпълнение на всеки от драйверите 110,120и130от фиг. 1.In FIG. 2 shows a block diagram of one embodiment of each of the drivers 110, 120 and 130 of FIG. 1.

Драйверът 110, който както бе пояснено е еднакъв с драйверите 120 или 13 0, се състои от следните функционални блокове: импулсен регулатор 210, индуктор 220, входни кондензатори 230, изходни кондензатори 240, съпротивление за настройка на работната честота на индуктора 250, тример и съпротивления за настройка на тока 260 и вход за активиращ сигнал 270.The driver 110, which as explained is the same as the drivers 120 or 13 0, consists of the following functional blocks: pulse regulator 210, inductor 220, input capacitors 230, output capacitors 240, resistance to adjust the operating frequency of the inductor 250, trimmer and resistances for current adjustment 260 and input for activating signal 270.

Импулсният регулатор 210 (напр. А6211 на Allegro MicroSystems) генерира необходимия ток за лазерния диод (или група диоди) от съответния цветови канал. Входната мощност, идваща от стандартното захранване с напрежение 9V до 24V, се преобразува в изходна мощност, подавана към диода, със загуба от 10% до 15% в зависимост от работните параметри на импулсния регулатор 210 (входно и изходно напрежение, работна честота и др.). Импулсният регулатор 210, чрез вход за обратна връзка, управлява динамично изходния ток и съответно консумацията и яркостта на свързания лазерен диод.The pulse controller 210 (eg A6211 of Allegro MicroSystems) generates the required current for the laser diode (or group of diodes) from the corresponding color channel. The input power coming from the standard power supply with voltage 9V to 24V is converted into output power supplied to the diode, with a loss of 10% to 15% depending on the operating parameters of the pulse regulator 210 (input and output voltage, operating frequency, etc. .). The pulse regulator 210, via a feedback input, dynamically controls the output current and, accordingly, the consumption and brightness of the connected laser diode.

Индукторът 220 е с големина от 15 μΗ - 47 μΗ (напр. SDI104R - 150М, производител Core Master) в зависимост от избрания лазерен диод и в комбинация с един или повече изходни кондензатори 240 (стойности между 1 pF - 3 pF, напр. CL21B105KBFNNNE, производител Samsung) осигурява временното съхранение на генерираната от импулсния регулатор 210 мощност.The inductor 220 has a size of 15 μΗ - 47 μΗ (eg SDI104R - 150M, manufacturer Core Master) depending on the selected laser diode and in combination with one or more output capacitors 240 (values between 1 pF - 3 pF, eg CL21B105KBFNNNE , manufactured by Samsung) provides temporary storage of the power generated by the pulse controller 210.

Входните кондензатори 230 (стойности от 10 pF, напр. CL31A106KBHNNNE, производител Samsung) изглаждат входното напрежение и служат като временен буфер за съхранение на енергия, която може бързо да бъде отдадена към регулатора 210 при повишаване на консумацията на лазерния диод.The input capacitors 230 (values of 10 pF, eg CL31A106KBHNNNE, manufactured by Samsung) smooth out the input voltage and serve as a temporary buffer for storing energy that can be quickly given to the controller 210 as the consumption of the laser diode increases.

Съпротивлението 250 за настройка на работната честота на регулатора 210 има влияние върху работните параметри на регулатора 210 - напр. максимално и минимално изходно напрежение, ефективност, минимална големина на индуктора 220 и др. Обичайните стойности са между 51 kQ и 100 kQ. като работната честота се настройва обикновено между 700 KHz и 1.3 MHz.The resistance 250 for setting the operating frequency of the controller 210 has an effect on the operating parameters of the controller 210 - e.g. maximum and minimum output voltage, efficiency, minimum size of the inductor 220, etc. The usual values are between 51 kQ and 100 kQ. the operating frequency is usually set between 700 KHz and 1.3 MHz.

Тримерът и съпротивленията за настройка на тока 260 определят максималния размер на тока през лазерния диод при подаден константен активиращ сигнал на входа 270. Тримерът (със стойност между 5 kQ и 10 kQ. напр. 3296W-1-103LF, производител Bourns) и едно от съпротивленията (със стойност между 2 kQ и 4.7 kQ) образуват резисторен делител на напрежение. Работният ток през диода преминава през останалите съпротивления (до три броя), които са свързани паралелно едно на друго и имат еднакви стойности, които могат да бъдат 1 Ω или 10 Ω. Стойности от 1 Ω се използват за ток над 200 mA, а стойности от 10 Ω се използват за ток под 400 mA. За работен ток в интервала 200 mA до 400 mA могат да се използват както съпротивления със стойност от 1 kQ, така и съпротивления със стойност от 10 Ω. Двата края на резисторния делител на напрежение са свързани с двата края на гореспоменатата група от паралелно свързани съпротивления, а средната точка е свързана към входа за обратна връзка на импулсния регулатор 210.The trimmer and current setting resistors 260 determine the maximum amount of current through the laser diode when a constant activation signal is applied to input 270. The trimmer (with a value between 5 kQ and 10 kQ, eg 3296W-1-103LF, manufacturer Bourns) and one of the resistors (between 2 kQ and 4.7 kQ) form a resistive voltage divider. The operating current through the diode passes through the other resistors (up to three), which are connected in parallel to each other and have the same values, which can be 1 Ω or 10 (. Values of 1 Ω are used for currents above 200 mA, and values of 10 Ω are used for currents below 400 mA. For operating currents in the range 200 mA to 400 mA, both resistors with a value of 1 kQ and resistors with a value of 10 Ω can be used. The two ends of the resistor voltage divider are connected to the two ends of the aforementioned group of resistors connected in parallel, and the midpoint is connected to the feedback input of the pulse regulator 210.

Входът за активиращ сигнал 270 (цифров или аналогов) определя дали импулсният регулатор 210 подава напрежение и регулира тока към лазерния диод или го изключва. При импулсен регулатор от типа А6211 този вход е цифров, като управлението се осъществява чрез широчинно-импулсна модулация (ШИМ), генерирана от микроконтролерния блок 170 на фиг. 1. При напрежение над 1.8V, лазерният диод се активира, а при напрежение под 0.4V диодът е изключен. Ако на входа за активиращ сигнал 270 не е подаден сигнал от микроконтролерния блок 170, то тогава лазерният диод също е изключен.The activation signal input 270 (digital or analog) determines whether the pulse regulator 210 supplies voltage and regulates the current to the laser diode or turns it off. In the case of a pulse regulator of the A6211 type, this input is digital, the control being carried out by means of pulse-width modulation (PWM) generated by the microcontroller unit 170 in fig. 1. At voltage above 1.8V, the laser diode is activated, and at voltage below 0.4V the diode is switched off. If no signal from the microcontroller unit 170 is applied to the activation signal input 270, then the laser diode is also turned off.

Филтърният блок 140 на фиг. 1 се състои от предпазител, трансил, електролитен кондензатор и многослоен керамичен кондензатор. Предпазителят е SMD елемент с размер 1206 или 1812 и максимална стойност на работния ток от 2А до 10А (напр. ОМК 63, производител Schurter). При превишаване на работния ток предпазителят изгаря и трябва да бъде сменен. Трансилът (напр. SMAJ24CA, производител Vishav) защитава устройството 100 от моментни стойности на захранващото напрежение над 24V. Електролитният кондензатор е със стойност около 100 pF (напр. CK1V101M-CRE77, производител Fujicon). Многослойният керамичен кондензатор (англ. Multi-Layer Ceramic Capacitor, MLCC) е със стойност между 100 nF и 10 pF и размер 1206 (напр. CL31A106KBHNNNE). Двата кондензатора изглаждат входното напрежение и служат като временен буфер за съхранение на енергия, която може бързо да бъде отдадена към останалите блокове на устройството в случай на нужда.The filter unit 140 in FIG. 1 consists of a fuse, a transil, an electrolytic capacitor and a multilayer ceramic capacitor. The fuse is an SMD cell with a size of 1206 or 1812 and a maximum operating current of 2A to 10A (eg OMK 63, manufactured by Schurter). If the operating current is exceeded, the fuse blows and must be replaced. The transistor (eg SMAJ24CA, manufacturer Vishav) protects the device 100 from instantaneous values of the supply voltage above 24V. The electrolytic capacitor has a value of about 100 pF (eg CK1V101M-CRE77, manufactured by Fujicon). The Multi-Layer Ceramic Capacitor (MLCC) has a value between 100 nF and 10 pF and a size of 1206 (eg CL31A106KBHNNNE). The two capacitors smooth out the input voltage and serve as a temporary buffer to store energy that can be quickly transferred to the other units of the device in case of need.

2581 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 11.2/29.11.20192581 Descriptions to certificates for registration of utility models № 11.2 / 29.11.2019

Блокът за контрол на скенерите 150 генерира два двуполярни управляващи сигнала към двата галванометъра, управляващи подвижните огледала на лазерната система - един сигнал за оста X и един сигнал за оста Y. Съгласно ILDA стандартизацията, всеки от двуполярните сигнали е в диапазона ±10V.The scanner control unit 150 generates two bipolar control signals to the two galvanometers controlling the moving mirrors of the laser system - one signal for the X axis and one signal for the Y axis. According to ILDA standardization, each of the bipolar signals is in the range ± 10V.

Сигналите се генерират чрез скалиране и отместване на два аналогови сигнала, идващи от два аналогови изхода на микроконтролера 171, е диапазон на напрежението от 0V до 3.3V и сравнително висок изходен импеданс. Обработката на сигналите се осъществява поотделно, като за скалирането и отместването на всеки сигнал се използват два последователно свързани операционни усилвателя. Операционните усилватели се захранват от двуполярно захранване е постоянно напрежение в диапазона ±15V до ±24V, като за повечето модели операционни усилватели, напр. OPA1679IDR или ОРА4171AIDR е производител Texas Instruments, се използва захранване е напрежение ±15 V. За превръщането на двата управляващи аналогови сигнали в двуполярни сигнали са необходими общо 2x2=4 операционни усилвателя, като за по-голяма компактност се използва само една интегрална схема в SOIC корпус, която съдържа всичките 4 усилвателя. Двата аналогови изхода на микроконтролера 171, които са източник на управляващите аналогови сигнали, са свързани е тази интегрална схема.The signals are generated by scaling and shifting two analog signals coming from two analog outputs of the microcontroller 171, has a voltage range from 0V to 3.3V and a relatively high output impedance. The signals are processed separately, using two series-connected operational amplifiers to scale and shift each signal. Operational amplifiers are powered by bipolar power supply is a constant voltage in the range of ± 15V to ± 24V, as for most models of operational amplifiers, e.g. OPA1679IDR or ОРА4171AIDR is manufactured by Texas Instruments, power supply is used voltage ± 15 V. A total of 2x2 = 4 operational amplifiers are needed to convert the two control analog signals into bipolar signals, and for greater compactness only one integrated circuit in SOIC is used. housing that contains all 4 amplifiers. The two analog outputs of the microcontroller 171, which are the source of the control analog signals, are connected in this integrated circuit.

За всеки сигнал, първият операционен усилвател е в неинвертираща конфигурация. Към положителния му вход се свързва сигнала, идващ от микроконтролерния блок 170. Изходът на този операционен усилвател се предава към положителния вход на съответния сигнал на скенерната платка в лазерната система и едновременно е това този сигнал служи като входен сигнал за втория операционен усилвател. Вторият операционен усилвател е в инвертираща конфигурация и създава огледално копие на своя входен сигнал, който се предава към отрицателния вход на съответния сигнал на скенерната платка в лазерната система. Връзката между скенерната платка и устройството за управление на прожекцията на лазерни анимации 100 се реализира чрез подходящи трипинови конектори (напр. CI3103P1V00 и CI3103S0000, производител CVILUX).For each signal, the first operational amplifier is in a non-inverting configuration. The signal coming from the microcontroller unit 170 is connected to its positive input. The output of this operational amplifier is transmitted to the positive input of the corresponding signal on the scanner board in the laser system and at the same time this signal serves as an input signal for the second operational amplifier. The second operational amplifier is in an inverting configuration and creates a mirror image of its input signal, which is transmitted to the negative input of the corresponding signal on the scanner board in the laser system. The connection between the scanner board and the laser animation projection control device 100 is realized via suitable trypin connectors (eg CI3103P1V00 and CI3103S0000, manufactured by CVILUX).

Блокът за Интернет комуникация 160 реализира връзката на устройството за управление на прожекцията на лазерни анимации 100 е Интернет. Този блок е реализиран чрез отделна допълнителна печатна платка, която се запоява върху основната печатна платка на устройството 100. Централен елемент на блока 160 е специализираният микроконтролер за Интернет комуникация, напр. ESP8266. Този микроконтролер комуникира активно е централния микроконтролер 171 чрез UART комуникационен интерфейс (UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmiter е интерфейс, поддържащ серийно приемане и предаване на данни е определена скорост, обозначавана най-често като baud rate) и съдържа собствен фърмуер.The Internet communication unit 160 realizes the connection of the laser animation projection control device 100 to the Internet. This block is realized by a separate additional printed circuit board, which is soldered on the main printed circuit board of the device 100. A central element of the block 160 is the specialized microcontroller for Internet communication, e.g. ESP8266. This microcontroller actively communicates with the central microcontroller 171 via a UART communication interface (UART - Universal Asynchronous Receiver / Transmitter is an interface that supports serial reception and data transmission is a certain speed, most often referred to as baud rate) and contains its own firmware.

Чрез микроконтролер от тип ESP8266 се реализира Интернет връзка посредством комуникационните стандарти 802.11 b/g/n (WiFi или WLAN). Фърмуерът на този микроконтролер реализира специализиран уеб сървър, който осигурява графичен потребителски интерфейс (GUI), достъпен чрез браузър. Този интерфейс се използва за настройка на параметри и помага при дистанционното отстраняване на грешки във фърмуера на основния микроконтролер 171. Някои работни параметри на Интернет връзката, които се задават чрез GUI са например работният режим на WLAN връзката - клиент или сървър. SSID идентификатора на мрежата, парола и режим на удостоверяване, IP адрес и комуникационен порт на MQTT сървъра и др. Фърмуерът поддържа DHCP и SNTP, които улеснява конфигурацията на IP адреса и прави текущото време достъпно за лазерната система.An Internet connection via the 802.11 b / g / n communication standards (WiFi or WLAN) is realized through a microcontroller of type ESP8266. The firmware of this microcontroller implements a specialized web server that provides a graphical user interface (GUI) accessible through a browser. This interface is used to set parameters and helps to remotely debug the firmware of the main microcontroller 171. Some operating parameters of the Internet connection that are set via the GUI are, for example, the operating mode of the WLAN connection - client or server. Network SSID, password and authentication mode, IP address and communication port of the MQTT server, etc. The firmware supports DHCP and SNTP, which simplifies IP address configuration and makes the current time available to the laser system.

Блокът за интернет комуникация 160 предоставя подходящ конектор (двойна рейка от 2x5=10 пила) за независимото програмиране на фърмуер и провеждане на тестове е микроконтролера ESP8266. Програмирането или активирането на нов фърмуер е възможно и посредством основния микроконтролер 171. Антената за WLAN комуникация е вградена в блока 160. Чрез специален конектор (напр. U.FL) има възможност за свързване на външна антена, закрепена към корпуса на лазерната система.The Internet communication unit 160 provides a suitable connector (double rack of 2x5 = 10 files) for independent firmware programming and testing is the ESP8266 microcontroller. Programming or activating a new firmware is also possible via the main microcontroller 171. The WLAN communication antenna is integrated in the block 160. Through a special connector (eg U.FL) it is possible to connect an external antenna attached to the laser system housing.

Микроконтролерният блок 170 се състои от микроконтролер 171, сензор за измерване на температура 172, сензор за измерване на температура и влажност 173, EEPROM памет 174, microSD карта 175, блок за контрол на вентилатора и нагревателите 176 и литиева батерия 177. Функционалните блокове 172 до 177 са свързани е микроконтролера 171.The microcontroller unit 170 consists of a microcontroller 171, a temperature sensor 172, a temperature and humidity sensor 173, an EEPROM memory 174, a microSD card 175, a fan and heater control unit 176 and a lithium battery 177. The function blocks 172 to 177 are connected is the microcontroller 171.

При едно изпълнение, микроконтролерът 171, е 32-битов ARM Cortex-M микроконтролер под форIn one embodiment, the microcontroller 171 is a 32-bit ARM Cortex-M microcontroller

2582 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 11.2/29.11.2019 мата на специализирана интегрална схема, напр. STM32F303RDT6 от серията F3, работещ на 72MHz. Той може успешно да обработва лазерни анимации със скорост от 25 кадъра/s и разполага е достатъчно ресурси за изпълнение на други задачи като четене от картата е памет, получаване на команди за дистанционно управление, измерване на работната температура и др. Микроконтролерът 171 се състои от ядро (англ. core), изпълняващо програмните инструкции и периферни модули, които предоставят на разположение различни комуникационни интерфейси, броячи и таймери, аналогово-цифрови преобразуватели (АЦП), цифрово-аналогови преобразуватели (ЦАП) и др. Реализиран е часовник за измерване на времето (англ. Real-Time Clock, RTC), чиято функционалност при липса на захранващо напрежение (изключена лазерна система) се поддържа от литиевата батерия 177 (напр. CR2032 е напрежение от 3 V). Литиевата батерия 177 се запоява директно на печатната платка на устройството 100 или се закрепва към печатната платка чрез подходящ цокъл. Тя е свързана е микроконтролера 171, като при използване на цокъл той осигурява освен механичното закрепване и електрическия контакт е полюсите на батерията.2582 Descriptions to certificates for registration of utility models № 11.2 / 29.11.2019 of a specialized integrated circuit, e.g. STM32F303RDT6 from the F3 series, operating at 72MHz. It can successfully process laser animations at a speed of 25 frames / s and has enough resources to perform other tasks such as reading from the card's memory, receiving commands for remote control, measuring operating temperature and more. The microcontroller 171 consists of a core, executing program instructions and peripheral modules, which provide various communication interfaces, counters and timers, analog-to-digital converters (ADC), digital-to-analog converters (DAC) and others. A real-time clock (RTC) has been implemented, the functionality of which in the absence of supply voltage (laser system off) is supported by the lithium battery 177 (eg CR2032 is a voltage of 3 V). The lithium battery 177 is soldered directly to the printed circuit board of the device 100 or attached to the printed circuit board by a suitable socket. It is connected to the microcontroller 171, and when using a socket, it provides in addition to the mechanical fastening and the electrical contact is the poles of the battery.

Микроконтролерът 171 има връзка е блока за контрол на скенерите 150, блока за Интернет комуникация 160 и трите драйвера 110, 120 и 130.The microcontroller 171 has a connection to the scanner control unit 150, the Internet communication unit 160 and the three drivers 110, 120 and 130.

Скенерите се управляват чрез блока за контрол на скенерите 150, който получава два аналогови сигнала от периферния модул за цифрово-аналогово преобразуване (ЦАП) на микроконтролера 171. Периферният модул за ЦАП разполага е необходимите два аналогови канала, които са е достатъчно бърза скорост за това приложение. Изходното напрежение на ЦАП-модула варира от 0V до 3.3 V. Връзката е блока за Интернет комуникация 160 се осъществява чрез един от цифровите серийни UART интерфейси за комуникация.The scanners are controlled by the scanner control unit 150, which receives two analog signals from the peripheral module for digital-to-analog conversion (DAC) of the microcontroller 171. The peripheral module for the DAC has the necessary two analog channels, which is fast enough for this. application. The output voltage of the DAC module varies from 0V to 3.3 V. The connection of the Internet communication unit 160 is made through one of the digital serial UART communication interfaces.

Интензитетите на лазерните лъчи за всеки цветови канал се управляват чрез широчинно-импулсна модулация (ШИМ). Това е удобно решение, тъй като не е необходимо използването на аналогови управляващи сигнали и контролът на интензитета може да се извърши е помощта на два таймера на микроконтролера 171. Всеки таймер има два изходни канала, поддържащи ШИМ, които могат да бъдат конфигурирани отделно. След конфигурирането, таймерът автоматично генерира ШИМ-сигнали в зависимост от стойността на регистъра за улавяне и сравнение (англ. capture and compare register) за съответния изходен канал. За да промени интензивността на лазерния лъч, микроконтролерът променя широчината на запълване на импулсите на изходните канали, чрез промяна на стойностите в съответните регистри за улавяне и сравнение. Таймерният модул реализира действителната промяна на ШИМ без по-нататъшно участие на ядрото на микроконтролера 171.The intensities of the laser beams for each color channel are controlled by pulse width modulation (PWM). This is a convenient solution, as it is not necessary to use analog control signals and the intensity control can be performed using two timers of the microcontroller 171. Each timer has two output channels supporting PWM, which can be configured separately. After configuration, the timer automatically generates PWM signals depending on the value of the capture and compare register for the respective output channel. To change the intensity of the laser beam, the microcontroller changes the filling width of the pulses of the output channels by changing the values in the respective registers for capture and comparison. The timer module realizes the actual change of the PWM without further involvement of the microcontroller core 171.

Микроконтролерът 171 се програмира е фърмуер, който изпълнява няколко различни дейности в реално време - контрол на скенерите и интензитета на лъчите на лазерните диоди, зареждане в паметта на кадрите за анимация от microSD картата 175, получаване на дистанционни команди от Интернет и управление на мрежовите връзки съвместно е блока за Интернет комуникация 160 и не на последно място контрол на температурата и влажността в корпуса на лазерната система. Тези четири дейности налагат използването на операционна система в реално време (англ. Real-Time Operating System, RTOS), напр. FreeRTOS. Всяка дейност, спомената по-горе, се програмира като отделна програмна задача (англ. program task), т.е. като програмен код, който се изпълнява за определен период от време, преди RTOS да спре изпълнението му и да започне изпълнението на програмния код на следващата програмна задача. Дължината на времевите интервали, разпределяни за отделните задачи, може да се конфигурира заедно е приоритетна стойност за всяка задача.The microcontroller 171 is programmed as a firmware that performs several different activities in real time - control of the scanners and the intensity of the laser diodes, loading in the memory of the frames for animation from the microSD card 175, receiving remote commands from the Internet and managing network connections together is the block for Internet communication 160 and last but not least control of temperature and humidity in the housing of the laser system. These four activities require the use of a real-time operating system (RTOS), e.g. FreeRTOS. Each activity mentioned above is programmed as a separate program task, ie. as program code that is executed for a certain period of time before RTOS stops executing it and starts executing the program code of the next program task. The length of time intervals allocated to individual tasks that can be configured together is a priority value for each task.

Сензорът за температура 172 е отделна интегрална схема (напр. МСР9701А, производител Microchip), която измерва температурата в корпуса на лазерната система и я предава на микроконтролера 171. Конкретно, сензорът МСР9701А използва за целта аналогов сигнал, който индикира температурата чрез напрежение в интервала 0V - 3.3V. Това напрежение се измерва и интерпретира от един от аналоговите входове на микроконтролера 171.The temperature sensor 172 is a separate integrated circuit (eg MCP9701A, manufactured by Microchip) that measures the temperature in the housing of the laser system and transmits it to the microcontroller 171. Specifically, the sensor MCP9701A uses an analog signal that indicates the temperature by voltage in the range 0V - 3.3V. This voltage is measured and interpreted by one of the analog inputs of the microcontroller 171.

Сензорът за температура и влажност 173 е отделна интегрална схема (напр. SHT21, производител Sensirion), която измерва температурата и влажността в корпуса на лазерната система на място, което е отдалечено от местоположението на сензора за температура 172. Връзката на сензора за темпераThe temperature and humidity sensor 173 is a separate integrated circuit (eg SHT21, manufactured by Sensirion) that measures the temperature and humidity in the housing of the laser system at a location that is far from the location of the temperature sensor 172. The connection of the temperature sensor

2583 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 11.2/29.11.2019 тура и влажност 173 с микроконтролера 171 е цифрова и е реализирана посредством I2C интерфейс (I2C - Inter-Integrated Circuit - е нискоскоростен комуникационен сериен интерфейс за връзка между интегрални схеми, разположени на една и съща платка).2583 Descriptions to utility registration certificates № 11.2 / 29.11.2019 tura and humidity 173 with microcontroller 171 is digital and is realized through I2C interface (I2C - Inter-Integrated Circuit - is a low-speed communication serial interface for connection between integrated circuits located on the same board).

В зависимост от показанията на сензорите 172 и 173, измервани в реално време, микроконтролерът 171 задейства управляващите елементи от блока за контрол на вентилатора и нагревателите 176. Данните от сензорите 172 и 173 могат да се предават към други системи или средства за наблюдение и контрол чрез безжичната комуникационна връзка, реализирана от блока за Интернет комуникация 160.Depending on the readings of the sensors 172 and 173 measured in real time, the microcontroller 171 activates the control elements of the control unit of the fan and heaters 176. The data from the sensors 172 and 173 can be transmitted to other systems or means of monitoring and control by the wireless communication connection realized by the Internet communication unit 160.

EEPROM паметта 174 се използва за съхранение на конфигурационни настройки на контролера и данни от сензорите 172 и 173. В сравнение с флаш паметта на микроконтролера 171, тя позволява по-голям брой цикли за писане на данни и предоставя по байтов достъп, които са важни предимства за приложения, които се нуждаят от съхраняване и често актуализиране на тези данни. При едно изпълнение, EEPROM паметта 174 е реализирана, чрез специализирана интегрална схема (напр. 24LC512-1/ SN, производител Microchip), която комуникира с микропроцесора посредством I2C. Големината на EEPROM паметта варира от 1 кбит до 1024 кбита.EEPROM memory 174 is used to store controller configuration settings and data from sensors 172 and 173. Compared to the flash memory of microcontroller 171, it allows a larger number of data write cycles and provides byte access, which are important advantages. for applications that need to store and frequently update this data. In one embodiment, the EEPROM memory 174 is implemented by a specialized integrated circuit (e.g., 24LC512-1 / SN, manufactured by Microchip) that communicates with the microprocessor via I2C. The size of the EEPROM memory varies from 1 kbit to 1024 kbit.

MicroSD картата 175 се използва за съхранение на лазерни анимации и необходимите настройки за тяхното възпроизвеждане от конкретния хардуер в лазерната система. С големина, варираща от 1GB до 128GB, тя е по-голяма по размер от EEPROM паметта 174, но гарантира по-малък брой цикли за писане на данни. MicroSD картата 175 се монтира в специален слот, запоен за печатната платка на устройството 100. Този слот позволява смяната на microSD картата 175 в случай на необходимост, напр. за бързо актуализиране на анимациите чрез директна връзка с компютър. Връзката на microSD картата 175 с микроконтролера 171 се осъществява чрез един от неговите SPI комуникационни интерфейси (SPI Serial Peripheral Interface - е сериен високоскоростен интерфейс за обмен на данни, който най-често се използва за комуникация с периферни интегрални схеми на същата платка). За реализация на връзката на microSD картата 175 с микроконтролера 171 се използват четири входо-изхода на микроконтролера вход (англ. Master-In-Slave-Out, MISO), изход (англ. Master-Out-Slave-In, MOSI), синхронизиращ тактов сигнал (англ. Clock), сигнал за избор на подчинено устройство (англ. Slave-Select, SS).The microSD card 175 is used to store laser animations and the necessary settings for their reproduction by the specific hardware in the laser system. With a size ranging from 1GB to 128GB, it is larger in size than the 174 EEPROM memory, but guarantees fewer data cycles. The microSD card 175 is mounted in a special slot soldered to the printed circuit board of the device 100. This slot allows the replacement of the microSD card 175 in case of need, e.g. to quickly update animations via a direct computer connection. The connection of the microSD card 175 with the microcontroller 171 is made through one of its SPI communication interfaces (SPI Serial Peripheral Interface - is a serial high-speed interface for data exchange, which is most often used for communication with peripheral integrated circuits on the same board). To realize the connection of the microSD card 175 with the microcontroller 171, four input-outputs of the microcontroller are used. Input (Master-In-Slave-Out, MISO), output (Master-Out-Slave-In, MOSI), synchronizing Clock, Slave-Select (SS) signal.

Блокът за контрол на вентилатора и нагревателите 176 се състои от два канала за управление на сравнително мощни консуматори. Управлението на всеки от двата канала се осъществява чрез N-MOS транзистор (напр. IRLML6344, производител Infineon), който е свързан към цифров изход на микроконтролера 171. Каналът зауправление на вентилатора е снабден и с Schottky-диод (напр. SK34A). Този диод е свързан към двата пина на изходния конектор за свързване на вентилатора, като има за цел да неутрализира влиянието на индуктивността на двигателя му по време на изключването му. Конектори, които могат да се използват за свързването на вентилатора и нагревателите към устройството 100, са напр. CI3I02P1V00 и CI3102S0000, производител CVILUX. Микроконтролерът 171 управлява гейта (англ. gate) на всеки от транзисторите чрез цифров входо-изход, като по този начин може да включва или изключва вентилатора и нагревателите (най-често един или няколко алуминиеви резистора).The fan and heater control unit 176 consists of two channels for controlling relatively powerful consumers. Each of the two channels is controlled by an N-MOS transistor (eg IRLML6344, manufactured by Infineon), which is connected to the digital output of the microcontroller 171. The fan control channel is also equipped with a Schottky diode (eg SK34A). This diode is connected to the two pins of the output connector for connecting the fan, in order to neutralize the influence of the inductance of its motor during its shutdown. Connectors that can be used to connect the fan and heaters to the device 100 are e.g. CI3I02P1V00 and CI3102S0000, manufacturer CVILUX. The microcontroller 171 controls the gate of each of the transistors via a digital input-output, thus being able to turn on or off the fan and heaters (usually one or more aluminum resistors).

На фиг. 3 е показана примерна техническа реализация на лазерна система 300, използваща предложеното устройство за управление на прожекцията на лазерни анимации 100.In FIG. 3 shows an exemplary technical implementation of a laser system 300 using the proposed device for controlling the projection of laser animations 100.

Мрежовите захранвания 301 генерират необходимите работни напрежения от електрическата мрежа, която обикновено е с напрежение 110V-240V в зависимост от географския регион. Проводниците 307 свързват физически мрежовите захранвания с устройството 100. Механичният ключ 302 прекъсва захранващите напрежения, с което изключва лазерната система. Червените, зелените и сините лазерни диоди, обозначени съответно като 304,305 и 306, се свързват с отделни проводници 308 към диодните драйвери, които са част от устройството 100. Трите лъча (червен, зелен и син) 317, излъчвани от лазерните диоди, се комбинират в един лъч 314 от оптичните компоненти 316 - напр. дихроични призми и огледала.The mains power supplies 301 generate the required operating voltages from the mains, which is usually 110V-240V depending on the geographical region. The wires 307 physically connect the mains power supplies to the device 100. The mechanical switch 302 interrupts the supply voltages, thereby shutting off the laser system. The red, green and blue laser diodes, denoted 304,305 and 306 respectively, are connected by separate wires 308 to the diode drivers that are part of the device 100. The three beams (red, green and blue) 317 emitted by the laser diodes are combined in one beam 314 of the optical components 316 - e.g. dichroic prisms and mirrors.

Устройството 100 изпраща към скенерната платка 3 09 двуполярни аналогови сигнали за управление на скенерите 313. Скенерната платка 309 контролира свързаните с нея скенери 313, които отклоняват с висока скорост комбинирания лазерен лъч 314. По този начин те осъществяват прожекцията на лазерната анимация върху подходяща за целта отдалечена повърхност 315.The device 100 sends to the scanner board 3 09 bipolar analog signals to control the scanners 313. The scanner board 309 controls the associated scanners 313, which deflect at high speed the combined laser beam 314. In this way, they project the laser animation on a suitable target. remote surface 315.

2584 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 11.2/29.11.20192584 Descriptions to certificates for registration of utility models № 11.2 / 29.11.2019

Устройството 100 е свързано с вентилатораЗ 11 и нагревателите 312, като ги управлява в реално време с цел поддържането на оптимална работна температура и влажност в корпуса на лазерната система 300.The device 100 is connected to the fan 3 and the heaters 312, controlling them in real time in order to maintain optimal operating temperature and humidity in the housing of the laser system 300.

Външната антена 310 може да бъде свързана чрез специален конектор (напр. U.FL) към блока за Интернет комуникация 160 на устройството 100 при нужда от по-добър безжичен комуникационен сигнал. Тя се закрепва на подходящо място към корпуса на лазерната система 300.The external antenna 310 may be connected via a special connector (e.g., U.FL) to the Internet communication unit 160 of the device 100 in need of a better wireless communication signal. It is attached in a suitable place to the housing of the laser system 300.

Приложение на полезния моделApplication of the utility model

Предложеният полезен модел намира приложение при създаването на компактна, лека, евтина и водоустойчива лазерна система за приложения, насочени към публичния сектор, маркетингови и рекламни агенции и производствената индустрия. Целевите потребители обикновено нямат опит в лазерните системи, така че управлението на системата трябва да бъде интуитивно и надеждно и без необходимост от сложен графичен софтуер, какъвто често се използва при системите за създаване и прожектиране на мултимедийно лазерно шоу.The proposed utility model finds application in the creation of a compact, lightweight, inexpensive and waterproof laser system for applications aimed at the public sector, marketing and advertising agencies and the manufacturing industry. The target users are usually inexperienced in laser systems, so system management must be intuitive and reliable and without the need for complex graphics software, which is often used in systems for creating and projecting a multimedia laser show.

Чрез управлението на микроклимата в корпуса на лазерната система, устройството за управление осигурява възможност за работа на лазерната система на открито. Чрез интегрираната памет и часовника за измерване на времето се постига самостоятелното прожектиране на лазерна анимация през различно време на денонощието. Интегрираната Интернет връзка позволява дистанционно управление, актуализиране на анимациите, събиране на данни за микроклимата и е от ключово значение за интегрирането на лазерната система във вече съществуваща цифрова информационна инфраструктура при крайните клиенти. По този начин лазерните системи с предложеното устройство за управление стават пълноценна част в автоматизацията на работните процеси при клиентите.By controlling the microclimate in the housing of the laser system, the control device provides the ability to operate the laser system outdoors. Through the integrated memory and the clock for measuring the time, the independent projection of laser animation is achieved at different times of the day. The integrated Internet connection allows remote control, updating of animations, data collection on the microclimate and is crucial for the integration of the laser system in the already existing digital information infrastructure for end customers. In this way, the laser systems with the proposed control device become a full part in the automation of customer workflows.

Крайната цел на предложеното устройство за управление е оптимизирането на процесите и техниките за предоставяне на информация - за индустриални или търговски цели, и по-успешното привличане на човешкото внимание чрез ярка лазерна анимация, която е ясно видима дори в сравнително светли среди.The ultimate goal of the proposed control device is to optimize the processes and techniques for providing information - for industrial or commercial purposes, and more successfully attract human attention through bright laser animation, which is clearly visible even in relatively bright environments.

Claims

A laser animation projection control device (100), comprising:

red, green and blue laser diode drivers (PO, 120, 130);

filter block (140);

a scanner control unit (150);

internet communication unit (160); and a microcontroller unit (170);

characterized in that: the microcontroller unit includes a microcontroller (171), a temperature sensor (172), a temperature and humidity sensor (173), a microSD card (175) and a fan and heater control unit (176);

the drivers for red, green and blue laser diode (110, 120,130) include a pulse regulator (210) and a voltage divider in which a variable resistance - a trimmer - participates;

each of the drivers for red, green and blue laser diode (PO, 120 and 130) is connected to a digital output of the microcontroller (171);

the microcontroller (171) is connected simultaneously to a temperature sensor (172) and a temperature and humidity sensor (173);

the microSD card (175) is connected to the microcontroller (171) via four microcontroller inputs;

the scanner control unit (150) includes four operational amplifiers contained in an integrated circuit to which two analog outputs of the microcontroller (171) are connected;

the Internet communication unit (160) includes a microcontroller for Internet communication and a connector for an external antenna;

the fan and heater control unit (176) includes two N-MOS transistors that are connected to the digital outputs of the microcontroller (171).