DropArt - precyzyjny zderzacz fotograficzny z dwiema kroplami: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Witam wszystkich, W tym instruktażowym przedstawiam mój projekt dla sterowanego komputerowo zderzacza z dwoma kroplami cieczy. Zanim przejdziemy do szczegółów projektu, myślę, że warto dokładnie wyjaśnić, jaki jest cel projektu.

Zabawna, interesująca i piękna gałąź fotografii polega na robieniu zdjęć kropel cieczy, które uderzają w kałużę podobnej cieczy. To samo w sobie może dawać ciekawe obrazy. Aby uzyskać naprawdę fajne obrazy, musimy zderzyć dwie krople cieczy. Tak więc pierwsza kropla uderza w kałużę cieczy i tworzy coś, co nazywam „wylewem”, który unosi się z kałuży bezpośrednio nad miejscem, w którym uderzyła pierwsza kropla. Teraz druga kropla, precyzyjnie dobrana w czasie, uderza w górną część „górnego dziobka”, wyrzucając płyn na zewnątrz, tworząc niesamowite i niepowtarzalne kształty.

Celem mojego projektu DropArt jest zapewnienie następujących funkcji:

• Aby uwolnić kroplę cieczy o powtarzalnym rozmiarze
• Aby uwolnić drugą kroplę cieczy o powtarzalnym rozmiarze i precyzyjnym czasie w stosunku do pierwszej kropli
• Aby sterować migawką aparatu w celu uchwycenia kolizji upuszczenia
• Kontrolować głowicę lampy błyskowej, aby w precyzyjnym momencie zamrozić kolizję
• Zapewnienie przyjaznego dla użytkownika samodzielnego kontrolera zapewniającego możliwość kontrolowania wszystkich parametrów i wielu konfiguracji
• Aby zapewnić przyjazny dla użytkownika interfejs użytkownika oparty na systemie Windows lub GUI podłączony przez USB
• Aby zapewnić bootloader ułatwiający ponowne flashowanie oprogramowania przez USB

Powinna również istnieć odpowiednia ochrona między tablicą kontrolną a podłączonym aparatem i lampami błyskowymi.

Krok 1: Przyjrzyjmy się najpierw niektórym wynikom…

Zanim przejdziemy do szczegółów projektu, przyjrzyjmy się najpierw niektórym wynikom projektu DropArt. Jeśli jako czytelnikowi podobają się wyniki, możesz chcieć dokładniej przyjrzeć się projektowi i być może spróbować samodzielnie zbudować taki, dla którego będę wspierać.

Ważne aspekty fotografii DropArt

Należy zauważyć, że w celu uzyskania najlepszych wyników aparat jest ustawiony w trybie B (lub żarówki). Oznacza to, że dopóki przesłona jest wciśnięta, przesłona pozostaje otwarta. Uważam, że ten tryb najlepiej sprawdza się w fotografii DropArt. Właściwie to lampa błyskowa uchwyci chwilę, a nie migawka aparatu. Aby uzyskać krótki czas trwania błysku, moc błysku powinna być ograniczona do minimum. Zwykle używam dwóch małych lamp błyskowych ustawionych na ręczną niską moc wyjściową (patrz zdjęcie na końcu). Jedna lampa błyskowa jest połączona z kontrolerem DropArt i wyzwalana za pomocą kabla. Druga głowica lampy jest optycznie podporządkowana pierwszej.

Ponieważ jesteśmy w trybie B, nadmiar światła otoczenia spowoduje rozmycie obrazu. Dlatego fotografię kroplową należy wykonywać w przygaszonym oświetleniu – akurat tyle światła, by zobaczyć, co robimy. Zwykle robię zdjęcia przy około f11, więc efekty spowodowane światłem otoczenia są zminimalizowane.

Podstawowa technika i konfiguracja

Należy zauważyć, że każda konfiguracja będzie się nieznacznie różnić i musisz być cierpliwy i metodyczny. Po zderzeniu dwóch kropli wyniki będą prawie w 100% powtarzalne. Do podstawowej konfiguracji poniżej używałem wody z kranu z czerwonym barwnikiem spożywczym. Dozownik kropli znajdował się około 25 cm nad kałużą cieczy.

Upewnij się, że syfon Mariotte został oczyszczony z płynu za pomocą funkcji oczyszczania (patrz przykład wideo), a także upewnij się, że poziom płynu nie spada poniżej dna syfonu Mariotte.

• Najpierw zacznij od jednej kropli o rozmiarze 35 ms
• Ustaw opóźnienie migawki na 100 ms
• Ustaw opóźnienie błysku na 150 ms
• Zwiększaj opóźnienie błysku w przyrostach o +10 ms, aż zobaczysz kroplę u góry ramki
• Możesz teraz zwiększyć opóźnienie błysku w całej sekwencji upuszczania
• Zwiększaj opóźnienie błysku, aż uzyskasz pełną pojedynczą wylewkę
• Teraz dodaj drugi rozmiar kropli 35ms i opóźnienie około 150ms
• Dostosuj opóźnienie upuszczania dwóch w krokach +/-10 ms, aż pojawi się w górnej części ramki nad pierwszym wylewem
• Dostosuj opóźnienie dwóch kropli, aż druga kropla zderzy się z górnym dziobkiem z pierwszej kropli

Teraz masz podstawowe zderzenie, możesz pobawić się ustawieniami, aby uzyskać pożądany efekt.

Ciecze o różnej gęstości będą wymagały różnych ustawień, ale można je przechowywać w różnych konfiguracjach.

Krok 2: Film poklatkowy z kolejnymi kroplami

Tutaj przedstawiam wideo - to seria oddzielnych kolejnych kropel zrobionych jako zdjęcia z 10 lub 5 ms wyprzedzającymi interwałami błysków, aby zamrozić ruch. Następnie połączyłem powstałe w ten sposób nieruchome obrazy, aby stworzyć krótką animację życia kropli i późniejszego zderzenia z drugą kroplą.

Krok 3: Mechaniczny dozownik kropli DropArt

Prawdopodobnie najważniejszą częścią projektu DropArt jest mechaniczny dozownik kropli. Ta część konstrukcji ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia stałego, regularnego rozmiaru kropli.

Sercem konstrukcji jest zawór mechaniczny, który jest otwierany i zamykany za pomocą normalnie zamkniętego solenoidu 12V ze sprężyną. Ten solonoid jest precyzyjnie sterowany za pomocą płytki sterującej opartej na mikroprocesorze.

Naczynie z cieczą to akrylowa rurka o średnicy zewnętrznej 36 mm i średnicy wewnętrznej 30 mm. Aby zamknąć rurkę, wydrukowałem w 3D w HIPS zaślepkę, która jest przystosowana do standardowych łączników rurowych 1/4 cala (patrz zdjęcia). Krople dozowane są z końcówki węża z zadziorami - również z gwintem 1/4 cala.

Górna część tuby akrylowej jest uszczelniona gumowym korkiem w rozmiarze 29. Gumowa zatyczka jest dostarczana ze środkowym otworem, w którym zamontowałem plastikową rurkę, aby utworzyć syfon Mariotte (patrz odpowiedni rozdział dotyczący syfonu Mariotte).

Solonoid jest zamknięty w małym plastikowym pudełku projektowym i podłączony do zewnętrznego gniazdka elektrycznego.

Krok 4: Projekt i przegląd tablicy kontrolnej DropArt

W tym dziale przedstawiam krótki film przedstawiający prototypową płytkę sterującą DropArt i jej budowę.

Krok 5: Schemat płytki kontrolnej DropArt

Obraz tutaj pokazuje schemat panelu sterowania. Widzimy, że dzięki wykorzystaniu potężnego mikrokontrolera PIC schemat jest stosunkowo prosty.

Możesz pobrać schemat tutaj:

www.dropbox.com/sh/y4c6jrt41z2zpbp/AAC1ZKA…

UWAGA: w filmach zastosowany regulator napięcia to mały typ 78L05. Sugeruję każdemu, kto buduje ten projekt, użyć większego 7805 w pakiecie TO220

Krok 6: DropArt - faktycznie korzysta z systemu

W tej sekcji przedstawiam film szczegółowo opisujący, jak faktycznie korzystać z systemu sterowania DropArt. Film obejmuje korzystanie z samodzielnego sprzętu, a także z interfejsu użytkownika lub GUI opartego na systemie Windows.

Krok 7: DropArt - badanie precyzji i powtarzalności

W tym kroku staram się opisać sekwencję dwóch kropli i zilustrować dokładność czasową projektu DropArt.

Podziały oscyloskopu poziomego 50ms/mark.

Najpierw rozważ drugi z dwóch obrazów. To jest bardzo prosty ślad z mojego oscyloskopu, wyświetlający podstawowy tik 1 ms, który stanowi podstawę czasu dla całego czasu projektu. Ten tik jest generowany w mikroprocesorze PIC przy użyciu wbudowanego zegara sprzętowego zaprogramowanego do generowania przerwania w określonym momencie. Korzystając z tej podstawy czasu, można bardzo dokładnie kontrolować wielkość kropli, opóźnienie między kroplami, opóźnienie migawki i opóźnienie błysku, zapewniając bardzo powtarzalne wyniki.

Rozważmy teraz pierwszy z dwóch obrazów:

Środkowy niebieski ślad pokazuje uwolnienie dwóch kropli. Każda kropla ma okres rozmiaru 50ms i opóźnienie drop2 150ms

Dolny różowy ślad to błysk błysku z opóźnieniem 300 ms po zwolnieniu drop 1 i czasie podtrzymania 30 ms

Górny żółty ślad pokazuje spust migawki. Ma zaprogramowane opóźnienie 200ms. Zakłada się jednak, że aparat ma opóźnienie migawki wynoszące 100 ms, więc zwolnienie migawki następuje o 100 ms wcześniej niż zaprogramowano. Migawka pozostaje otwarta na czas trwania sekwencji (tryb aparatu B). Migawka jest zamykana po upływie 30ms okresu włączenia lampy.

Krok 8: Syfon Mariotte - wyjaśniony

Bardzo ważnym aspektem projektu jest sposób kontrolowania ciśnienia cieczy na wejściu do zaworu. Wraz ze spadkiem poziomu cieczy w zbiorniku spada ciśnienie na wejściu do zaworu, a tym samym zmniejsza się natężenie przepływu cieczy. Wielkość kropli w dowolnym momencie otwarcia zaworu zmniejsza się wraz ze spadkiem poziomu w zbiorniku. To sprawia, że kontrolowanie kolizji kropli jest dynamiczne i zależne od poziomu cieczy. Film wideo w tym kroku wyjaśnia, jak rozwiązano ten problem.

Drugi bardzo krótki film pokazuje, w jaki sposób można użyć funkcji czyszczenia DropArt do zalewania syfonu Mariotte, a także do czyszczenia lub czyszczenia zaworu mechanicznego.

Krok 9: Bootloader używany do ponownego flashowania PIC

Ten krótki film demonstruje i wyjaśnia działanie bootloadera PIC, który może być użyty do ponownego flashowania PIC przez USB, negując potrzebę korzystania z dedykowanego programatora PIC.

Krok 10: Lista części DropArt

W załączniku znajduje się dokument tekstowy z listą części, których użyłem do instruktażu

To jest lista części wymaganych do zbudowania projektu DropArt. Wszystkie części z pierwszego paska są dostępne od ręki. Wyjątkiem jest zaślepka do pojemnika na płyn akrylowy, który wydrukowałem w 3D. Do tego kroku dołączyłem akrylową końcówkę rury OD 36mm modeI (format STL).

Składniki aktywne

Mikrokontroler PIC18F2550. W dostarczonej części jest to nie zaprogramowana część, więc należy ją sflashować za pomocą oprogramowania układowego DropArt. Jeśli masz odpowiedniego programistę, możesz to zrobić sam, lub mogę wysłać ci wstępnie sflashowaną część lub możesz wysłać mi pustą część do flashowania

• Niebieski szeregowy moduł LCD IIC 20x4 znaków
• Regulator napięcia 78L05
• Optoizolator AN25 lub podobny – 2 szt.
• MOC3020 optotriak
• IRF9530 P-kanałowy FET lub podobny
• TLS106 SCR Tyrystor lub podobny
• Diody 2 wyłączone

Elementy pasywne

• Dioda 1N4001 (zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją)
• Kondensatory ceramiczne 100nf 3 szt.
• Kondensator elektrolityczny 22 uf 16 v lub podobny 2 wył
• Kondensatory ceramiczne 22pf 2 szt.
• 4 MHz kryształ HC49/4H z ołowiem
• SIL 8-pinowy izolowany rezystor sieciowy 1,8K 2 szt.
• SIL 8-pinowa sieć wspólnego rezystora 4.7k 1 szt.
• Rezystor 470R 1/4W 1 szt.
• Rezystor 10K 1/4W 2 wyłączony

Złącza

• Gniazdo zasilania do montażu na płycie 2,5 mm
• Wtyczka/gniazdo do montażu w obudowie 2,5 mm
• Gniazdo jack 2,5 mm mono (elektrozawór)
• Gniazdo jack mono 3,5 mm 2 wyłączone (migawka i lampa błyskowa)
• Gniazdo żeńskie USB typu B 90 stopni DIP
• Nagłówek pinowy 2,54 mm 4-drożny
• DIL 28-pinowe toczone gniazdo IC
• DIL 6pin toczone gniazdo IC 3 wyłączone

Inne

• Płyta prototypowa FR-4 o wymiarach 12 cm x 8 cm pokryta otworami
• Naciśnij, aby zrobić miniaturowe przyciski z otworem
• Obrotowy przełącznik enkodera 2-bitowy kodowany na szaro
• Pokrętło sterujące pasujące do enkodera obrotowego;

Mechanika

• Przezroczysta rura akrylowa 36mm OD 30mm ID i 18cm długości
• Zaślepka (nadruk 3D) pasująca do rury akrylowej OD 36mm
• Syfon Mariotte pasujący do środka zatyczki o długości 16cm
• Zatyczka gumowa rozmiar 29 z otworem centralnym
• Końcówka węża kolczastego z gwintem 1/4” x 4mm z otworem
• Żeńskie złącze grodziowe BSPP z nakrętką mocującą 1/4 cala
• Nypel lufy 1/4 cala
• Elektryczny zawór elektromagnetyczny 12 V DC 4 W powietrze/gaz/woda/paliwo normalnie zamknięty 1/4 cala dwukierunkowy;

Krok 11: Wnioski i myśli

Naprawdę podobało mi się budowanie i doskonalenie tego projektu. Moje projekty prawie zawsze zaczynają się od tego samego punktu wyjścia. Zainteresowałem się czymś, co może wymagać specjalistycznego sprzętu. Znalazłem i często kupowałem sprzęt, więc często jestem rozczarowany jakością i funkcjonalnością, a następnie czuję się zmuszony do zaprojektowania i zbudowania własnego sprzętu, aby właściwie wykonać wymaganą pracę. Tak właśnie było w przypadku projektu DropArt.

Projekt DropArt umożliwia mi teraz wykonywanie kolizji kropli cieczy z prawie 100% powtarzalnością, dzięki czemu mogę skoncentrować się na obrazach, a nie na frustracji związanej z robieniem setek obrazów w nadziei na kilka kolizji kropli.

Produkuję i publikuję te artykuły instruktażowe z trzech powodów. Po pierwsze, bardzo lubię tworzyć Instructable, ponieważ zapewnia sposób na udokumentowanie projektu i działa jako zamknięcie. Po drugie, mam oczywiście nadzieję, że ludzie będą czytać i cieszyć się tym artykułem, a może nawet nauczą się czegoś nowego. I po trzecie, aby zapewnić pomoc i wsparcie każdemu, kto chce spróbować swoich sił w budowaniu projektu. Całe życie zawodowe spędziłem jako inżynier projektujący w elektronice i oprogramowaniu; od najmłodszych lat wyjątkowo zapalony hobbysta elektroniki. Naprawdę lubię pomagać innym, którzy być może chcą budować dla siebie, ale potrzebują tylko trochę wskazówek i wsparcia.

Załączone obrazy pokazują moją konfigurację DropArt w moim warsztacie.

Zachęcamy do komentowania lub prywatnej wiadomości, jeśli potrzebujesz dalszych szczegółów.

Wielkie dzięki, Dave