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自制廉价的LED+LCD型投影仪

开发技术 开发技术 2周前 (07-30) 21次浏览

文档标识符:PROJECTOR_T-D-P6

作者:DLHC

最后修改日期:2020.7.30

本文链接:https://www.cnblogs.com/DLHC-TECH/p/PROJECTOR_T-D-P6.html

 

 

前言

     厌倦了手机屏幕?渴望在晚上体验电影院带给你的身临其境的感觉?买不起昂贵的投影仪?本文尝试使用LED光源、LCD显示屏、LCD驱动板、扬声器、光学透镜以及自制的电路,教你制造一台基于LCD、配备有运放的“家庭影院”。

     首先,投影仪有两类:一类基于LCD技术,通过将光源投影在LCD上并且穿过LCD进行成像,这类投影仪原理简单,易于DIY,价格便宜。

     另外一类基于DLP(Digital Light Processing)技术,其核心是一个DMD(Digital Micromirror Device)芯片,分别将R、G、B光投射到DMD芯片上,DMD芯片上的“微镜子阵列”反射或阻断相应的R、G、B光线,经过DMD反射的光线进行后续的成像。基于DLP技术的投影仪原理复杂、不适合于DIY玩家,价格很昂贵。极客玩家可以Google “pi projector”。本教程介绍LCD技术。

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图1.0-LCD显示屏

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图1.1-DMD芯片

     制作LED投影仪并不难,懂了光学部分和电路部分的原理后,多做实验,找到光学透镜之间的距离参数,把所有的元件组装在一起就可以了。这个项目要求制作者有足够的耐心,在制作的过程中你可能会面临很多困难。建议制作者先看看本文最后面别人的教程,总结自己该怎么做、要注意什么。本文作者制做这个项目花了大概3周,总共花了250元左右,失败了4次。这篇文章不会面面俱到,但是我会尽可能多的提供经验。

 

电路部分

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图2.0-电路总体设计框图

     电源使用功率大于30w的开关电源,为投影仪提供12v的直流电压。电源的功率应大于你的投影仪内部电路消耗的最大功率。

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图2.1-开关电源

     电路主干路上串接一个250v,3A的保险丝,防止投影仪过载或短路而损坏电路。

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图2.2-保险丝

     12v电源主板为各支路提供12v的电压,方便后续组装。

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图2.3-12v电源主板

     系统的LED光源,额定电压12v,额定功率20w,背部接了一块铝散热器和风扇以散热。

     LED散热风扇,为LED散热。额定电压12v,额定功率2.16w。

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图2.4-LED散热风扇

     注意,投影仪对光源要非常高(尽可能亮),因为光线穿过LCD后会削弱很多,推荐光源的功率大于20w。但功率不是越大越好,功率越大,对散热器的要求就越高。

     同时,LED光源最好是单个的点光源。如果使用LED整列,投影画面不会很好(但是LED单点光源很贵,也可以考虑使用灯泡)。本文使用的LED整列。

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图2.5-LED阵列型光源及铝散热器

     副风扇,为投影仪内部的LCD、菲涅尔透镜散热。额定电压5v,额定功率1w,通过7805为其提供5v电压(系统总电压为12v)。

     LCD及菲涅尔透镜由塑料及玻璃制成,LED发出的光会将其加热,所以需要散热。

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图2.6-副风扇

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图2.7-7805驱动板原理图

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图2.8-7805驱动板(背部带一小块散热器)

     使用TDA2822M双路功率放大器,板上ASM1117-2.5为其提供2.5V的电源电压(实测2.5V效果最好,如果提高电源电压,会失真),左右声道输入处并接一个拨码开关以选择立体声或单声道,输出端串接2K双联可调电阻以调节音量,最后连接左右扬声器。

     实测:20mA@2.5v,功率50mW。

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图2.9-TDA2822M

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图2.10-功放原理图

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图2.11-功放板(正)

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图2.12-功放板(反)

     LCD驱动板,将外部输入的HDMI信号进行解码,驱动40pin的4.3英寸LCD显示图像。同时,外接了5个按键开关,分别是“信源”、“音量+”、“音量-”、“菜单”、“电源”。驱动板与LCD之间通过延长的排线连接(购买的时候索要延长线)。

     驱动板额定电压5v,额定功率6w。使用7805为其提供5v电压。

     注意,解码时主控IC和LDO非常烫,应该添加散热片。同时7805也需要添加散热片。

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图2.13-4.3英寸LCD显示屏(已去除背光)

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图2.14-LCD驱动板

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图2.15-7805驱动板原理图

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图2.16-7805驱动板

 

光学部分

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图3.0-光学系统原理图(源)

     光源使用20w的LED光源,背部贴有大型的铝制散热片和风扇以散热。

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图3.1-LED光源及散热器

     LED聚光透镜,安装在LED上,聚集LED发出的光,使更多的光通过LCD,提高投影亮度(购买时索要配套的零件)。出来的光线呈60°角。

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图3.2-聚光透镜

     显示组由两片菲涅尔透镜和LCD构成。前菲涅尔透镜尺寸14cm * 9cm、焦距为12cm。后菲涅尔透镜尺寸14cm * 9cm、焦距为18.5cm。LCD为4.3英寸,比菲涅尔透镜尺寸小一些。(LCD与菲涅耳透镜的尺寸应该尽量接近,防止投影出白光)

     第一片菲涅尔透镜将点光源转换为平行光以投射到LCD上,后一片菲涅尔透镜对从LCD透射出的光进行聚焦。(菲涅尔透镜有螺纹的一端面向LCD,LCD注意要左右颠倒安装)

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图3.3-菲涅尔透镜

     短焦镜头,将来自后菲涅尔透镜的光聚焦,并投影成像。(不推荐短焦镜头,使用长焦镜头)

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图3.4-短焦镜头

 

整体布局

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图4.0-整体布局图

     思考要用什么样的东西装下上面说的那些元件,同时思考这些东西的位置,然后就开工。

 

完成后

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     图5.0-内部(1)

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     图5.1-内部(2)

 

补充:如何从手机中分离出用于投影的LCD液晶屏

     首先,找一个正常工作的旧手机。我们应该选择屏幕大、非一体式显示屏(现代智能手机很多都是一体屏,拆解时需要加热以融化粘接的胶),并且尽量可以拆除触控屏的手机。对于投影仪,屏幕越大,分辨率越高,投出的图像越清晰;现代智能手机很多是电容触控的一体式显示屏,这种屏幕拆解比较困难。所以,尽量找旧手机(比如:基于塞班系统的诺基亚手机),这类手机大多是电阻屏,易于拆解。找到了合适的手机,拆出显示屏(这里的“显示屏”包括光源以及一些光学系统),参考以下步骤分离出LCD显示屏(这里的“LCD显示屏”指的是可以直接用于投影的显示屏,不含光源以及自带的光学系统)。

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图6.0-待拆解的LCD显示屏(LCD有效尺寸:5.5cm * 4.2cm)

     注意,用于投影的LCD显示屏共有四层,分别是偏振光片、玻璃、玻璃、偏振光片。在拆解的时候不要将偏振光片误认为是贴的膜而拆除!!!偏振光片通常是灰黑色透明。以下内容聚焦拆解LCD屏幕。

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图6.1-LCD原理图

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图6.2-实际的LCD侧面视图(可以看见上述4层结构) 

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图6.3-偏振光片

     1.去除后面的金属外壳

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图6.4

     2.去除后面的透明塑料片(上文所指的“光学系统”)

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图6.5

     3.移除LED光源

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图6.6

     4.继续移除透明塑料薄片(上文所指的“光学系统”)

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图6.7

     5.继续移除透明塑料薄片(上文所指的“光学系统”)

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图6.8

     6.移除LCD四周的塑料框架

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图6.9

     7.清洁LCD表面,完成

 

总结

     DIY LED投影仪从原理上并不难,当你明白光学部分和电学部分的原理后就可以开干。建议先准备齐所有的材料,做光学实验,确定各光学镜片的相关参数、距离。然后做电学实验,看看能不能投影出图像。最后,把所有的部分放在一个盒子里。

      这次做出来的投影仪,由于采用了短焦镜头,投影仪到银幕的距离较短(70cm左右),且边缘的图像无法正常聚焦,需要使用弧形弯曲的幕布解决。

 

更多阅读

     《不花冤枉钱 自己动手制作投影机》

     《How To Make a Small DIY LED Projector》(有道翻译)

     《DIY LED PROJECTOR》

     《DIY 2k(2560×1440) LED Beam Projector》

     《DIY Multimedia LED Projector (video Manual)》

     《更多资料》(lqr9)

 

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