自制廉價的LED+LCD型投影儀

文檔標識符：PROJECTOR_T-D-P6

作者：DLHC

最後修改日期：2020.7.30

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前言

厭倦了手機屏幕？渴望在晚上體驗電影院帶給你的身臨其境的感覺？買不起昂貴的投影儀？本文嘗試使用LED光源、LCD顯示屏、LCD驅動板、揚聲器、光學透鏡以及自制的電路，教你製造一臺基於LCD、配備有運放的“家庭影院”。

首先，投影儀有兩類：一類基於LCD技術，通過將光源投影在LCD上並且穿過LCD進行成像，這類投影儀原理簡單，易於DIY，價格便宜。

另外一類基於DLP(Digital Light Processing)技術，其核心是一個DMD(Digital Micromirror Device)芯片，分別將R、G、B光投射到DMD芯片上，DMD芯片上的“微鏡子陣列”反射或阻斷相應的R、G、B光線，經過DMD反射的光線進行後續的成像。基於DLP技術的投影儀原理複雜、不適合於DIY玩家，價格很昂貴。極客玩家可以Google “pi projector”。本教程介紹LCD技術。

圖1.0-LCD顯示屏

圖1.1-DMD芯片

製作LED投影儀並不難，懂了光學部分和電路部分的原理後，多做實驗，找到光學透鏡之間的距離參數，把所有的元件組裝在一起就可以了。這個項目要求製作者有足夠的耐心，在製作的過程中你可能會面臨很多困難。建議製作者先看看本文最後面別人的教程，總結自己該怎麼做、要注意什麼。本文作者製做這個項目花了大概3周，總共花了250元左右，失敗了4次。這篇文章不會面面俱到，但是我會盡可能多的提供經驗。

電路部分

圖2.0-電路總體設計框圖

電源使用功率大於30w的開關電源，爲投影儀提供12v的直流電壓。電源的功率應大於你的投影儀內部電路消耗的最大功率。

圖2.1-開關電源

電路主幹路上串接一個250v,3A的保險絲，防止投影儀過載或短路而損壞電路。

圖2.2-保險絲

12v電源主板爲各支路提供12v的電壓，方便後續組裝。

圖2.3-12v電源主板

系統的LED光源，額定電壓12v，額定功率20w，背部接了一塊鋁散熱器和風扇以散熱。

LED散熱風扇，爲LED散熱。額定電壓12v，額定功率2.16w。

圖2.4-LED散熱風扇

注意，投影儀對光源要非常高(儘可能亮)，因爲光線穿過LCD後會削弱很多，推薦光源的功率大於20w。但功率不是越大越好，功率越大，對散熱器的要求就越高。

同時，LED光源最好是單個的點光源。如果使用LED整列，投影畫面不會很好(但是LED單點光源很貴，也可以考慮使用燈泡)。本文使用的LED整列。

圖2.5-LED陣列型光源及鋁散熱器

副風扇，爲投影儀內部的LCD、菲涅爾透鏡散熱。額定電壓5v，額定功率1w，通過7805爲其提供5v電壓(系統總電壓爲12v)。

LCD及菲涅爾透鏡由塑料及玻璃製成，LED發出的光會將其加熱，所以需要散熱。

圖2.6-副風扇

圖2.7-7805驅動板原理圖

圖2.8-7805驅動板(背部帶一小塊散熱器)

使用TDA2822M雙路功率放大器，板上ASM1117-2.5爲其提供2.5V的電源電壓(實測2.5V效果最好，如果提高電源電壓，會失真)，左右聲道輸入處並接一個撥碼開關以選擇立體聲或單聲道，輸出端串接2K雙聯可調電阻以調節音量，最後連接左右揚聲器。

實測：[email protected]，功率50mW。

圖2.9-TDA2822M

圖2.10-功放原理圖

圖2.11-功放板(正)

圖2.12-功放板(反)

LCD驅動板，將外部輸入的HDMI信號進行解碼，驅動40pin的4.3英寸LCD顯示圖像。同時，外接了5個按鍵開關，分別是“信源”、“音量+”、“音量-”、“菜單”、“電源”。驅動板與LCD之間通過延長的排線連接(購買的時候索要延長線)。

驅動板額定電壓5v，額定功率6w。使用7805爲其提供5v電壓。

注意，解碼時主控IC和LDO非常燙，應該添加散熱片。同時7805也需要添加散熱片。

圖2.13-4.3英寸LCD顯示屏(已去除背光)

圖2.14-LCD驅動板

圖2.15-7805驅動板原理圖

圖2.16-7805驅動板

光學部分

圖3.0-光學系統原理圖(源)

光源使用20w的LED光源，背部貼有大型的鋁製散熱片和風扇以散熱。

圖3.1-LED光源及散熱器

LED聚光透鏡，安裝在LED上，聚集LED發出的光，使更多的光通過LCD，提高投影亮度(購買時索要配套的零件)。出來的光線呈60°角。

圖3.2-聚光透鏡

顯示組由兩片菲涅爾透鏡和LCD構成。前菲涅爾透鏡尺寸14cm * 9cm、焦距爲12cm。後菲涅爾透鏡尺寸14cm * 9cm、焦距爲18.5cm。LCD爲4.3英寸，比菲涅爾透鏡尺寸小一些。(LCD與菲涅耳透鏡的尺寸應該儘量接近，防止投影出白光)

第一片菲涅爾透鏡將點光源轉換爲平行光以投射到LCD上，後一片菲涅爾透鏡對從LCD透射出的光進行聚焦。(菲涅爾透鏡有螺紋的一端面向LCD，LCD注意要左右顛倒安裝)

圖3.3-菲涅爾透鏡

短焦鏡頭，將來自後菲涅爾透鏡的光聚焦，並投影成像。(不推薦短焦鏡頭，使用長焦鏡頭)

圖3.4-短焦鏡頭

整體佈局

圖4.0-整體佈局圖

思考要用什麼樣的東西裝下上面說的那些元件，同時思考這些東西的位置，然後就開工。

完成後

圖5.0-內部(1)

圖5.1-內部(2)

補充：如何從手機中分離出用於投影的LCD液晶屏

首先，找一個正常工作的舊手機。我們應該選擇屏幕大、非一體式顯示屏(現代智能手機很多都是一體屏，拆解時需要加熱以融化粘接的膠)，並且儘量可以拆除觸控屏的手機。對於投影儀，屏幕越大，分辨率越高，投出的圖像越清晰；現代智能手機很多是電容觸控的一體式顯示屏，這種屏幕拆解比較困難。所以，儘量找舊手機(比如：基於塞班系統的諾基亞手機)，這類手機大多是電阻屏，易於拆解。找到了合適的手機，拆出顯示屏(這裏的“顯示屏”包括光源以及一些光學系統)，參考以下步驟分離出LCD顯示屏(這裏的“LCD顯示屏”指的是可以直接用於投影的顯示屏，不含光源以及自帶的光學系統)。