Trung tâm đào tạo thiết kế vi mạch Semicon

Giới thiệu

Mùa hè là mùa của sự sáng tạo. Bởi vì, những sinh viên như chúng ta có nhiều thời gian cho việc nghỉ ngơi nhiều hơn, được về với ngôi nhà thân yêu gắng bó với ta suốt những năm tháng học trò. Bởi vì, những người sáng tạo không bao giờ để thời gian của mình rơi vào vòng xoáy của những cuộc chơi (tuy nhiên đôi khi ta phải sống khác), và từ đó, thời gian chúng ta dành cho sự sáng tạo nhiều hơn, cũng từ đó, chúng ta dám mạo hiểm hơn đào sâu hơn vào khả năng tiềm ẩn của mình.

Mùa hè này, tôi đã thử làm cho mình một chiếc máy cắt laser, một thứ mà tôi đã nung nấu từ lâu, nhưng do không có đủ đồ nghề để làm nên tạm ghác, từ tháng này qua tháng khác,... Tuy nhiên, mùa hè này là một sự thay đổi, tôi sẽ làm được nó và phải làm cho được nó. Và trong quá trình đó, tôi muốn các bạn cũng có thể tự làm cho mình một chiếc máy cắt laser tương tự. Yeah, chúng ta bắt đầu thôi nào.

Những thứ cần chuẩn bị

1. 02 máy SCAN cũ hoăc hỏng cảm quang. Nói chung các bạn chỉ cần cái động cơ bước và cơ cấu truyền động dây curoa của nó bên trong là đủ rồi. Giá mỗi máy khoảng từ 100-150k, các bạn nên đi săn mấy cái này nhé, chứ không có là không làm được đâu
2. 01 đèn laser 250mW hoặc hơn, tôi khuyên các bạn nên mua màu xanh dương hoặc màu tím để dễ mua được kính. (Màu đỏ có giá rẻ hơn nhưng kính nó khó tìm và đắt hơn). Giá tầm 150k (red) đến 1tr2. Tùy loại bạn nhé, tối thiểu 250mW thì bạn muốn khắc gì cũng được
3. 01 laser housing (nếu bạn mua bút laser thì không cần mua cái này chỉ cần độ phần gá vào máy là ok). Nếu không tìm mua được laser housing thì bạn tự làm một cái cũng được. Chỉ cần một cục nhôm đủ to, hình khối hộp chữ nhật khoang một lỗ đủ to để nhét con laser diode vào, sau đó gắn keo dán sắt cứng lại là được.
4. Dây USB nối dài (3m) - 60k.
5. Kính bảo vệ mắt, tùy vào màu sắc laser bạn mua kính phù hợp. Tôi mua loại kính chống laser xanh và tím giá 150k.
6. 02 mạch easy driver module, giá tầm 75k mỗi mạch. Mình nghĩ bạn nên mua 3 - 4 con, để lỡ có chuyện gì khỏi mắc công đi mua nữa.
7. Arduino Nano hoăc Promini. Không có thì các bạn chơi con Uno cũng được. Giá tầm 200k đổ lại.
8. Dây điện, dây hơ nóng, nhôm, ốc vít,... các bạn có thể tậm dụng đồ hư ở nhà.
9. Mỏ hàn, máy khoan, máy cắt (hên xui),

Tiến hành làm

0. Một số lưu ý trước khi làm

Đây là một dự án không dễ vì vậy bạn nên nhờ sự giúp đỡ của bạn bè, anh chị em, ba mẹ và nếu có thể thì cả thú cưng của bạn. Trong quá trình làm, có một số thứ có thể gây hại trực tiếp cho mắt như laser, nên bạn phải mua kính laser và loại laser phù hợp trước khi tiến hành làm. Chứ nếu làm mà không có kính bảo hộ thì mắt bạn không sớm thì muộn sẽ bị giảm thị lực, ví dụ: không cận => cận => mờ mắt => mù. Nên các bạn cẩn thận nhé, có tiền mua laser mà không có tiền mua kính là không được à nha. Ở nước ngoài, người ta nhiều lúc không mua kính vì họ mua luôn miếng mica chống laser để bảo vệ cả những người xung quanh luôn à nha.

Bởi vì nó không dễ dàng nên nến bạn nhắm không có đủ đồ nghề thì chưa nên làm vì khi làm xong những phần công việc nhất định mà không tìm được đồ làm tiếp thì sẽ rất tốn thời gian, kinh nghiệm của mình là chuẩn bị đồ gần xong hết (tức là mua hàng qua mạng và hàng chưa về), lúc đó mới tiến hành làm những thứ đã chuẩn bị.

Trong quá trình làm sau đây, các bạn có thể nhảy cóc làm bước 2, 3 trước nếu có điều kiện, chứ không nhất thiết theo 1, 2, 3,..

Chúc các bạn thành công! Ở mỗi bước, tôi sẽ ghi hướng dẫn cụ thể và kinh nghiệm của mình.

1. Tìm kiếm laser và điều khiển nó

Ở Hà Nội hay thành phố Hồ Chí Minh thì tìm kiếm một bộ laser bao gồm laser diode (đèn laser) và một thấu kính aixiz là một điều dễ dàng. Các bạn chỉ cần ra chợ nhật Tảo là có ngay. Còn với những bạn ở xa thì các bạn thể vào trang laservietnam.com chọn mục laser diode và lựa cho mình một bộ phù hợp với khả năng kinh tế của mình. Khuyến khích các bạn không nên mua màu đỏ vì kính của nó rất khó tìm.

Laser Diode

Aixiz (cái này cũng được xem là housing, nhưng tản nhiệt hơi yếu)

Bộ housing này dễ gia cố hơn, nếu không mua được thì bạn kiếm cục tản nhiệm trong mấy cái UPS rồi khoan lỗ nhét laser diode và aixiz vào là xong.

Laser diode đã được gắn vào aixiz

Khi đã sắm cho mình một bộ laser thì làm thế nào để test được laser đó nó có hoạt động được hay không?

Laser diode thực chất là một diode phát quang giống như bóng đèn LED bình thường mà thôi, vì vậy nói một cách nôm na thì ta chỉ cần một con điện trở vài chục ôm (để cho cường độ dòng điện lớn) là có thể test được. Dễ nhất là bạn ra ngoài tiệm mua 5 con điện trở 70ohm 2W rồi gắn vào nguồn 3V là xong, hoặc 6V hay 12V là được. Nên nhớ với loại diode bé hơn 250mW thì bạn nên test ở mức 6V thôi để dòng không quá lớn, đủ để test đèn laser nó sáng là đủ. Vì nếu chơi 12V, con điện trở sẽ nóng rất nhanh và đèn laser lúc đó cũng sáng mạnh (dòng lớn) có thể gây hại cho mắt.

Tuy nhiên, để nó sáng ổn định và có thể điều chỉnh được độ sáng sau này thì tôi khuyên bạn nên lắp mạch như sau

Cái laser diode mình thay bằng bộ laser vì có chân âm, chân dương (đen, đỏ) rồi nên rất dễ xác định. Con tụ 10mfd là 10 uF, bạn dùng tụ lớn hay nhỏ hơn đều được, thực chất càng lớn càng tốt. Con diode để chống ngắn mạch, chỗ 2 điện trở 10ohm mắc song song ra 5ohm các bạn thể thay bằng điện trở 1 Ohm hoặc 0.5Ohm nếu điều khiển các mạch laser công suất con hơn. Ở mức này dòng ra laser chỉ đạt max 200mA thôi nha => 250mW. Con LM317 có thể chịu tải lên 1.5A (nếu có tản nhiệt) nên các bạn đừng lo lắng. Chỗ input voltage 7.2V thì nó ra 200mA nếu cao hơn thì dòng nó cũng cao hơn xíu, các bạn nên dùng đồng hồ đo điện để kiểm tra trước khi mua laser (lúc đó nhỏ chỉnh biến trở để dòng đạt tối thiểu 100mA nha, không là đèn nó không có chịu sáng đâu).

Bước này khá đơn giản nhưng đòi hỏi nhiều thời gian vì bạn khó mà có thể mua được laser diode trong 1 ngày tại các tỉnh lẻ.

Làm thế nào để điều khiển laser diode bằng Arduino?

Nếu bạn chỉ muốn làm một mạch điều khiển laser đơn giản cho nhiệm vụ cắt giấy đơn thuần thì bạn chỉ cần thay thế các button (switch) ở trên bằng một module relay và làm thế nào để điều khiển module relay đó thì các bạn xem thêm ở đây.

Tuy nhiên, nếu các bạn muốn đi sâu hơn, tức là điều khiển được cường độ dòng điện đi qua diode laser. Như đã nói ở trên chỉ cân điều khiển áp đi vào là ok. Như vậy, chúng ta sẽ thay cái switch bằng một bộ điều khiển nguồn vào bằng transistor. Cái này mình chưa thử và chỉ mới cho kLaserCutter dừng lại ở mức cắt giấy thôi nên vấn đề này khi mình thử nghiệm sẽ nói thêm sau.

2. Tìm kiếm máy quét (scanner) và điều khiển nó

Chúng ta sẽ làm việc dễ trước, đó là đặt mua 2 mạch easy driver, bạn chỉ cần google từ khóa "bán easy driver module" là xong ngay, lựa chọn cửa hàng quen thuộc hoặc rẻ nhất đối với bạn và chiến thôi. Nếu có điều kiện thì bạn mua luôn mấy miếng tản nhiệt nhỏ gắn lên IC luôn, cái này chắc ở đâu cũng bán hehe. Cái chỗ easy driver mà các bạn tìm không được thì các bạn có thể tìm một cách driver khác bất kì điều khiển động cơ bước có hỗ trợ micro stepping và điều khiển theo STEP và DIR là được.

Rồi, việc khó đây, cái này thì khá là khó tìm nhưng nó là giải pháp tối ưu nhất, vì bây giờ dù bạn có mua lẻ stepper với cơ cấu truyền động không thì cũng hết gần 1 triệu bạc,... trong khi đó máy scan có chỗ bán xácc hỉ 50k hoặc cho không cho người đam mê khoa học... (rất tiếc lúc mình hỏi mua trên 8 người thì hết 8 người hết hàng... - do tin cũng đăng lầu òi). Tuy nhiên, các bạn có thể may mắn hơn thế, qua quá trình mình tìm kiếm xác máy scan thì có được một số kinh nghiệm nhỏ nhỏ sau. Các bạn ở Hà Nội hay HCM thì cứ lên chợ giời hoặc chợ Nhật Tảo mà quất về thôi, còn các bạn ở tỉnh lẻ nên nhờ người quen hoặc nhờ anh em họ hàng gì đó ở trong HCM mua giùm. Còn nếu bí quá thì lên các trang buôn bán rao vặt ở tỉnh các bạn mà đăng tin. Mình rất may mắn khi được một anh ở phuyenraoban.com bán lại cái máy scan còn ngon đời 2001, nó còn tốt hơn con scanner 300k anh hai mình tìm được ở HCM ở một số mặt nào đó. Vì vậy, khi thấy cái máy scan có hơi cũ thì các bạn cũng không cần quá lo lắng đâu nhé.

Bây giờ, cứ cho là bạn đã có máy scan đi, việc quan trọng tiếp theo là làm thế nào để test cái động cơ bước trong máy scan?

Ở đầu phần 2 nhỏ này, tôi có đề cập đến một khái niệm mới là microstepping, nó là như thế nào nhỉ ? Nói nôm na là nó sẽ giúp cái động cơ bước của bạn bước "rộng" hơn vì mỗi step của động cơ bước được chia ra làm 2, làm 4,... Như vậy số step của động cơ bước lần lượt được nhân đôi, nhân tứ,...Và với mạch easy driver này bạn có thể làm cho số bước tăng 8 lần.

Hầu hết các loại động cơ bước trong máy scan đều là loại 2 pha lưỡng bực bipolar stepper (nghĩa là nó có 4 dây hoặc 5 dây, dây thứ 5 là loại stepper có một dây chung (command)), còn với loại unipolar stepper (động cơ bước đơn cực) => 6 dây thì chúng ta không chơi được, các bạn đừng mua loại máy scan dùng loại stepper này.

Đến phần quang trọng đây, chúng ta sẽ làm một mạch đơn giản để xem thử nó sống hay đã chết nhé. Bạn hãy lắp mạch này vào.

Bạn gắn nguồn từ 6-27V vào chỗ jack cắm 2.1mm kia nhé.

Có một số lưu ý nhỏ nhé, hầu hết dây nối chân của stepper trong máy scan đều giống nhau hết chỉ có cái nó hoán vị vị trí ra mà thôi. Cán bạn hãy đánh dấu 4 chân của động cơ bước trong máy scan như sau nhé.

Sau đó upload đoạn code này, nếu có chạy tròn tròn liên tục thì động cơ bước của bạn hoạt động tốt đó.

void setup() { 
    pinMode(8, OUTPUT);
    pinMode(9, OUTPUT);
    digitalWrite(8, LOW);
    digitalWrite(9, LOW);
}
 
void loop() {
    digitalWrite(9, HIGH);
    delay(1);
    digitalWrite(9, LOW);
    delay(1);          
}

Đến bước này, nếu 2 stepper trong 2 máy scan đều hoạt động tốt, bạn có thể thở phào nhẹ nhỏm rồi đấy.

Đến phần làm mạch để gắn cái module này vô, uhm, cái này rất dễ, hãy sáng tạo nhé, chỉ cần lấy mấy header cái hàn vào mạch đồng thôi mà. Ngoài ra, bạn chỉ cần nối thêm 2 chân MS1 và MS2 vào cực dương để kích hoạt mức microstepping 8, vì sao lại mắc MS1 và MS2 vào cực dương (5V), các bạn xem thêm ở bảng sau.

Mình không vẽ mạch ở đây vì nó quá đơn giản.

3. Gia công phần cứng

Các bạn cần thực hiện xong bước 2 trước khi chuyển qua bước 3.

Như vậy, chúng ta đã có được module điều khiển 2 động cơ bước, module điều khiển laser, laser, 2 động cơ bước và 2 cơ cấu truyền động cho trục X và trục Y. Bây giờ, tùy vào tình hình của máy scan của các bạn mà chúng ta làm thôi.

Phần này là phần khó nhất, vì nếu bạn không làm cho trục X và trục Y nó vuông góc với nhau thì khi cắt giấy sau này nó sẽ bị nghiêng một góc đúng bằng trị tuyệt đối góc giữa trục X và Y hiện tại với góc 90 độ. Như vậy, bạn cần một người giúp đỡ trong trường hợp này, và cần đến tay nghề chính xác của bạn và họ.

Ở phần này, yêu cầu các bạn phải tùy cơ ứng biến vì nó phụ thuộc vào cơ cấu bên ngoài của máy scan, nên tôi sẽ chụp ảnh toàn cục phần khung của kLaserCutter để các bạn xem và ứng biến với máy scan của mình.

Trục Y nằm dưới. Lúc này hắn chưa có đế bàn

Tôi đã cắt phần đế đen của nắp máy scan từ đó làm đế A4

Kiềng 3 chân giữ tấm ván này lại, vì nó hơi cong cong ở dưới nên chúng ta nên dùng vít dài để hở nhằm thay đổi được góc đặt nếu thay vật liệu (ví dụ từ giấy => gỗ)