Abstract

   Our  goal  is  to  construct  a  mechanism  that  allows  us  to precisely  launch  laser  light  through  a  fiber  optic  cable  and measure  the  collimated  output.  We  currently  have  no measurement  equipment  with  fine  enough  resolution  to sample  the  angular  intensity  of  the  beam.  Using  an  Arduino UNO microcontroller, 5V Unipolar Stepper Motor, and proper gearing  we  can  control  the  fiber  optic  outputs  angular movement  precisely.  The  code  for  our  stepper  motor  was written  in  the  open  source  Arduino  environment.  We  are continuing our effort to set up the mechanical system that will rotate the platform holding the fiber optic output.

MaterialsWe are attempting to create a stepper motor driven platform that allows precise angular control of the laser output. Below is an image of the fiber optic laser set-up. 

Our 5V, 1A, 4-Phase Unipolar Stepper Motor and Arduino Uno microcontroller were purchased from Jameco Electronics. The Arduino is being used to control the stepper motor.

A  2004 Darlington Array was also used to properly transfer the Arduino’s output to the stepper motor. 

MethodsWithin  the  stepper  motor  are  a  series  of  magnets  and electromagnetic coils that can be charged in such a fashion as to move  the  stepper  motor  in  small  increments.  The  motor  can make  full  steps,  half  steps,  or  a  combination  of  both.  The diagrams below display this concept.

The  image below shows the circuitry for our stepper motor. We are  using  a  9V  battery  in  combination  with  a  5V  regulator  for power.  We  powered  the  stepper  motor  from  a  separate  power source using a powered breadboard.

Our code is written in the open source Arduino environment as  seen below.

Current Status

With  the  ability  to  control  the  stepper  motor  using  code written to the Arduino, we will continue our efforts to set up a mechanical system that will optimize our precise control of the laser  beam  output.  Our  options  include  using  a  Tamiya  High Efficiency  worm  gear  box  (below)  that  offers  both  216:1  and 336:1 gear ratios. 

Our  second  option  includes  a  simple  gear  transfer  using  an inexpensive gear set that can be seen below.

The  5V  Unipolar  Stepper  Motor  makes  1.8°+/-  5%  steps, making 200 steps equivalent to one full rotation. A 216:1 ratio would result in each step moving the output 0.008°. To reduce error  in  the  calculated  angular  displacement  we  would  move multiple steps before each output measurement.  

References

"12  Volt  Unipolar  Stepper  Motor." Www.parrallax.com.  Web.  3  Apr. 2012. <http://dscl.lcsr.jhu.edu/wiki/images/9/98/Stepper_Motor_27964.pdf>.

"Arduino  -  StepperUnipolar." Arduino.  Web.  4  Apr.  2012. <http://arduino.cc/hu/Tutorial/StepperUnipolar>.

"Getting  Started  with  Arduino  (Make:  Projects) [Paperback]." Amazon.com: Getting Started with Arduino (Make: Projects) (9780596155513): Massimo Banzi: Books.  Web.  2  Apr.  2012. <http://www.amazon.com/Getting-Started-Arduino-Make-Projects/dp/0596155514>.

"Tamiya America  Item #72004 | Worm Gear Box H.E." Tamiya America. Web. 11 Apr. 2012. <http://www.tamiyausa.com/product/item.php?product-id=72004>.

Stepper Motor Control with a Microprocessor for Laser Beam Data Analysis Colin Gregory, Erkan Gulturk

Bridgewater State University, Bridgewater MA 02325Mentor: Edward F. Deveney Ph.D