自制廉价的LED+LCD型投影仪

文档标识符：PROJECTOR_T-D-P6

作者：DLHC

最后修改日期：2020.7.30

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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。

图1.0-LCD显示屏

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

图2.6-副风扇

图2.7-7805驱动板原理图

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。

图2.9-TDA2822M

图2.10-功放原理图

图2.11-功放板(正)

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。

图2.13-4.3英寸LCD显示屏(已去除背光)

图2.14-LCD驱动板

图2.15-7805驱动板原理图

图2.16-7805驱动板

光学部分

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。

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。

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)

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)

图3.4-短焦镜头

整体布局

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

图5.0-内部(1)

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)。

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。

图6.1-LCD原理图

图6.2-实际的LCD侧面视图(可以看见上述4层结构)

图6.3-偏振光片

1.去除后面的金属外壳

图6.4

2.去除后面的透明塑料片(上文所指的“光学系统”)

图6.5

3.移除LED光源

图6.6

4.继续移除透明塑料薄片(上文所指的“光学系统”)

图6.7

5.继续移除透明塑料薄片(上文所指的“光学系统”)

图6.8

6.移除LCD四周的塑料框架

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(2560x1440) LED Beam Projector》

《DIY Multimedia LED Projector (video Manual)》

《更多资料》(lqr9)

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