Andreas Kaiser
Automatische Ausrichtung & Steuerlogik
Entwicklung der Ausrichtungslogik (Pan/Tilt), Firmware-Prototyping auf ESP32 und Integration der G-Code-Steuerung.
Deutsch – Dieses Projekt demonstriert, wie Daten mithilfe eines Laserstrahls kabellos übertragen werden können. Ein Lasersender sendet Informationen als Lichtsignale, die von einem Empfänger erkannt werden. Damit diese Form der optischen Kommunikation zuverlässig funktioniert, muss der Laserstrahl sehr genau ausgerichtet sein – schon kleine Abweichungen führen zu Signalverlust. Dafür wurde ein automatisches Ausrichtungssystem entwickelt: Der Empfänger besitzt mehrere Lichtsensoren, die erkennen, aus welcher Richtung der Laser kommt. Ein Mikrocontroller wertet die Messwerte aus und steuert zwei Motoren, die das Empfangsmodul selbstständig in die optimale Position drehen. So bleibt die Verbindung auch bei Bewegung stabil. Alle Komponenten – Laser, Empfänger, Sensoren und Elektronik – sind auf einer speziell entwickelten Platine integriert, was das System kompakt und robust macht. Das Ergebnis ist ein anschauliches Demonstrationsmodell, das zeigt, wie optische Datenübertragung funktioniert und wie automatische Regelung die Präzision sicherstellt.
English – This project demonstrates how data can be transmitted wirelessly using a laser beam. A laser sender transmits information as light pulses, which are detected by a receiver. For this type of optical communication to work reliably, the laser must be aligned very precisely—even slight deviations can cause the signal to weaken or fail. To solve this, an automatic alignment system was developed. The receiver is equipped with multiple light sensors that detect the direction of the incoming beam. A microcontroller processes the sensor data and controls two small motors, which adjust the receiver so it automatically points toward the optimal position. This keeps the link stable even when the system moves. All components—laser, receiver, sensors, and electronics—are integrated on a custom-designed PCB, making the system compact and robust. The result is a clear demonstration model that shows how optical data transmission works and how automatic control maintains a stable, precise connection.
Im Folgenden werden Mechanik, Elektronik und Steuerlogik des Projekts vorgestellt.
Basierend auf einem offenen 3D-Modell eines Pan/Tilt-Mounts, angepasst auf zwei Achsen. Die dritte Slider-Achse wurde entfernt, um Gewicht und Komplexität zu reduzieren.
Ein ESP32 steuert die Schrittmotoren über ein CNC-Shield mit DRV8825-Treibern. Für die ersten Prototypen wird open-loop gefahren; später sind Encoder-Feedback und Hall-Sensoren zum Homing vorgesehen.
Testweise wird die Bewegung über G-Code (z.B. FluidNC/GRBL) angesteuert. Die finale Steuerlogik soll den Laser automatisch auf das Empfängermodul ausrichten und bei Störungen nachregeln.