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記的基本設計理念。

這里介紹的激光虛擬地板標記是專門開發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記。即使在非常惡劣的環境中，緊湊型激光光束機也可用于輕松標記人行道、車道、停車線或危險區域。如果需要，可以用不同的顏色來區分不同的區域。

爐石！

激光束的關鍵部件是“線激光”，通常可以在零售店以折扣價找到。線激光器是一種小型設備，它使用激光器和光學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。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體激光器也發射約 650 ±20 nm，通常屬于 IIIA 類激光產品類別，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光，并且大多數具有與激光二極管集成的監控光電二極管。下圖顯示了采用罐式封裝的激光二極管和監控光電二極管排列。在這里查看進一步閱讀。

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

基本電子產品

由于我遇到了幾臺中國線激光器，所以我訂購了幾臺。根據賣家的描述（如下所示），該設備專為 3 VDC 下的 16 至 20 mA 運行而定制，我發現它具有內置限流電阻。驅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“驅動電路”，因為我認為后續設計改進的可能性很小。以下是該線激光驅動器的第一版示意圖。如您所見，使用標準 555 定時器 IC 可以創建一個簡單的線激光驅動器，其電流驅動能力高達 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制 (PWM) 驅動能力，如果使用晶體管輸出驅動器，則輸出驅動（灌入或源出）能力將提高許多倍。

我們通常認為 555 是一個計時器，但它實際上是驅動小線激光器的一個很好的選擇。當引腳 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，標準（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電源電流。在輸出轉換期間，它也會產生高達 100 mA 的電流尖峰。給定電路具有“硬”開/關開關 (S1)，建議的電源是標準 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動器控制。在連接線激光器之前，應注意了解電子驅動器脈沖信號，因為半導體激光二極管容易因電子脈沖器電路中的瞬態（電流毛刺）而發生災難性故障。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電阻以標稱電流水平（大約 20 至 30 mA）直接驅動線激光二極管。再次，確保來自 555 芯片的驅動尖峰不會過多！

面包板試用

我的快速實驗室實驗是在一個由穩壓 5 VDC 電源供電的迷你面包板組件上進行的。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，您會發現線激光部分與早期的網絡圖像有些不同。我不想保守秘密，所以我將描述我在那里做了什么以節省一些金錢和時間。

不久前，我在網上發現了一個非常便宜（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，因此我從網上商店購買了它。

令人驚訝的是，我在激光尾燈內發現了兩個封裝的線激光模塊（雖然設計得不好）。激光線發生器模塊有一個紅色激光二極管（帶有串聯電阻）和線生成光學器件，該光學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“穩定”模式（它也有閃爍模式）下通過微控制器驅動的線激光模塊測量了大約 2.4 V。由于我的設計的估計輸出為 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！

在標準光敏電阻 (LDR) 的幫助下，很容易將基本電路變成自動激光虛擬地板標記。您只需將單個 LDR 與 10-uF 電容器 (C4) 并聯即可。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)，數學顯示電阻值為 12 KΩ，即R1 = √ (2K x 75K) = 12.25 KΩ！

這是修改后設計的快速面包板測試設置。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記器。希望這將有助于未來建設更多的低功率和高功率可見激光項目。請繼續關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