DropArt - Precision Two Drop Photographic Collider: 11 Steps (with Pictures)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Ahoj všichni a všichni, V tomto instruktážním programu představuji svůj návrh počítačem řízeného srážeče dvou kapalných kapek. Myslím, že než začneme s podrobnostmi návrhu, má smysl přesně vysvětlit, co je účelem návrhu.

Zábavná, zajímavá a krásná větev fotografie zahrnuje pořizování snímků kapalných kapiček, které dopadají na kaluž podobné kapaliny. To samo o sobě může vytvářet zajímavé obrázky. Abychom získali opravdu skvělé obrázky, musíme srazit dvě kapalné kapky. První kapka tedy zasáhne kaluž kapaliny a vytvoří to, čemu říkám „up-tryska“, která stoupá z bazénu přímo nad místo, kde dopadla první kapka. Nyní druhá kapka, přesně načasovaná, narazí na horní část „výtoku“, čímž vybuchne kapalina směrem ven a vytvoří úžasné a jedinečné tvary.

Účelem mého návrhu DropArt je poskytnout následující funkce:

• K uvolnění kapalné kapky s opakovatelnou velikostí
• K uvolnění druhé kapky kapaliny s opakovatelnou velikostí a přesným načasováním s ohledem na první kapku
• Ovládání spouště fotoaparátu pro zachycení kolize při pádu
• Chcete -li ovládat bleskovou hlavu a zmrazit kolizi v přesném okamžiku
• Poskytnout uživatelsky přívětivý samostatný ovladač poskytující možnost ovládat všechny parametry a více konfigurací
• Poskytnout uživatelsky přívětivé uživatelské rozhraní nebo GUI připojené přes USB
• Poskytnout bootloader pro usnadnění opětovného blikání firmwaru přes USB

Mezi řídicí deskou a připojeným fotoaparátem a bleskem by měla být také dostatečná ochrana.

Krok 1: Podívejme se nejprve na některé výsledky …

Než se dostaneme k detailům návrhu, podívejme se nejprve na některé výsledky z projektu DropArt. Pokud se vám, jako čtenáři, líbí výsledky, možná budete chtít podívat se dále na design a možná budete mít potíže s vlastní výstavbou, pro kterou vám poskytnu podporu.

Důležité aspekty fotografování DropArt

Je třeba poznamenat, že pro dosažení nejlepších výsledků je kamera nastavena na režim B (nebo žárovka). To znamená, že dokud je spoušť stlačena, zůstane závěrka otevřená. Toto je režim, který považuji za nejlepší pro fotografování DropArt. Je to vlastně blesk, který zachycuje okamžik, a nikoli závěrka fotoaparátu. Aby bylo dosaženo krátké doby záblesku, měl by být výstupní výkon záblesku omezen na minimum. Obvykle používám dvě malé zábleskové jednotky nastavené na manuální nízký výstupní výkon (viz obrázek v závěru). Jedna záblesková jednotka je spojena s ovladačem DropArt a je aktivována kabelem. Druhá záblesková hlava je opticky otrocká od té první.

Když jsme v režimu B, nadměrné okolní světlo způsobí rozmazání obrazu. Proto by kapková fotografie měla být prováděna za tlumeného osvětlení - jen tolik světla, aby bylo vidět, co děláte. Obecně fotím kolem f11, takže efekty vlivem okolního světla jsou minimalizovány.

Základní technika a nastavení

Je třeba poznamenat, že každé nastavení se bude mírně lišit a musíte být trpěliví a metodičtí. Jakmile máte základní kolizi dvou kapek, zjistíte, že výsledky jsou téměř 100% opakovatelné. Pro níže uvedené základní nastavení jsem použil vodu z vodovodu s červeným potravinářským barvivem. Dávkovač kapek byl asi 25 cm nad zásobníkem tekutin.

Zajistěte, aby byl sifon Mariotte vypuštěn z kapaliny pomocí funkce čištění (viz příklad videa) a také zajistěte, aby hladina kapaliny neklesla pod dno sifonu Mariotte.

• Nejprve začněte s velikostí jediné kapky 35 ms
• Nastavte zpoždění závěrky na 100 ms
• Nastavte zpoždění blesku na 150 ms
• Zvyšte zpoždění blesku o +10 ms, dokud se v horní části rámečku nezobrazí pokles
• Nyní můžete zvýšit zpoždění blesku v celé sekvenci poklesu
• Pokračujte ve zvyšování zpoždění blesku, dokud nebudete mít plný jeden výtok
• Nyní přidejte velikost druhé kapky 35 ms a zpoždění přibližně 150 ms
• Upravte dvě prodlevy poklesu o +/- 10 ms, dokud se nezobrazí v horní části rámečku nad prvním výtokovým výtokem
• Upravte zpoždění dvou kapek, dokud se druhá kapka nesrazí s výtokem od první kapky

Nyní dochází k základní kolizi, kterou si můžete pohrát s nastavením a dosáhnout požadovaného efektu.

Kapaliny různé hustoty budou vyžadovat různá nastavení, ale můžete je uložit v různých konfiguracích.

Krok 2: Časosběrné video po sobě jdoucích kapek

Zde uvádím video - toto je řada samostatných po sobě jdoucích poklesů, které byly pořízeny jako fotografie s 10 ms nebo 5 ms postupujícími intervaly záblesků pro zmrazení pohybu. Výsledné statické obrázky jsem poté spojil dohromady a vytvořil krátkou animaci života kapky a následné kolize s druhou kapkou.

Krok 3: Mechanický dávkovač DropArt

Pravděpodobně nejdůležitější částí projektu DropArt je mechanický dávkovač kapek. Tato část návrhu je zásadní pro zajištění konzistentní pravidelné velikosti kapek.

Srdcem konstrukce je mechanický ventil, který se otevírá a zavírá pomocí 12v pružinou zatíženého normálně zavřeného solonoidu. Tento solonoid je přesně řízen pomocí řídicí desky na bázi mikroprocesoru.

Nádobka na kapalinu je 36 mm OD, 30 mm ID akrylová trubice. Abych trubku uzavřel, nechal jsem 3D vytisknout v HIPS koncovku, která je navržena tak, aby přijímala standardní 1/4 palcové tvarovky (viz obrázky). Kapky jsou dávkovány z ocasu ostnaté hadice - také 1/4 palcového závitu.

Horní část akrylové trubice je utěsněna gumovou zátkou velikosti 29. Gumová zátka je dodávána se středovým otvorem, do kterého jsem namontoval plastovou trubku pro vytvoření sifonu Mariotte (viz konkrétní část sifonu Mariotte).

Solonoid je uzavřen v malé plastové krabičce a připojen k vnější elektrické zásuvce.

Krok 4: Návrh a přehled ovládacího panelu DropArt

V této části představuji krátké video s přehledem ovládací desky prototypu DropArt a její konstrukce.

Krok 5: Schéma ovládacího panelu DropArt

Na obrázku je schéma ovládacího panelu. Vidíme, že pomocí výkonného mikrokontroléru PIC je schéma relativně jednoduché.

Schéma si můžete stáhnout zde:

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

POZNÁMKA: ve videích je jako regulátor napětí použit malý typ 78L05. Doporučuji každému, kdo staví tento design, použít větší 7805 v balíčku TO220

Krok 6: DropArt - skutečné používání systému

V této části představuji video s podrobným popisem, jak skutečně používat řídicí systém DropArt. Video pokrývá samostatný hardware a také uživatelské rozhraní nebo grafické uživatelské rozhraní Windows.

Krok 7: DropArt - zkoumání přesnosti a opakovatelnosti

V tomto kroku se pokusím popsat sekvenci dvou poklesů a ilustrovat přesnost časování projektu DropArt.

Horizontální dělení osciloskopu 50 ms / značka.

Zpočátku zvažte druhý ze dvou obrázků. Jedná se o velmi jednoduchou stopu z mého osciloskopu zobrazující základní 1ms tick, která tvoří časovou základnu pro veškeré načasování projektu. Toto zaškrtnutí je generováno v mikroprocesoru PIC pomocí vestavěného hardwarového časovače naprogramovaného pro generování přerušení v přesném časovém bodě. Pomocí této časové základny lze velmi přesně ovládat velikost poklesu, zpoždění mezi poklesy, zpoždění závěrky a zpoždění záblesku a vytvářet velmi opakovatelné výsledky.

Nyní zvažte první ze dvou obrázků:

Středně modrá stopa ukazuje uvolnění dvou kapek. Každá kapka má periodu velikosti 50 ms a zpoždění kapky 2 150 ms

Dolní růžová stopa je záblesk se zpožděním 300 ms po uvolnění kapky 1 a době přidržení 30 ms

Horní žlutá stopa ukazuje uvolnění závěrky. To má naprogramované zpoždění 200ms. Předpokládá se však, že fotoaparát má zpoždění závěrky 100 ms, takže spoušť je o 100 ms dříve, než bylo naprogramováno. Po dobu sekvence zůstane závěrka otevřená (režim fotoaparátu B). Po uplynutí 30ms doby záblesku se závěrka zavře.

Krok 8: Mariotte sifon - vysvětleno

Velmi důležitým aspektem návrhu je způsob řízení tlaku kapaliny na vstupu do ventilu. Když hladina kapaliny v nádržce klesá, tlak na vstupu do ventilu klesá, takže klesá i průtok kapaliny. Velikost kapky pro daný čas, kdy je ventil otevřený, klesá s poklesem hladiny nádrže. Díky tomu je řízení kolizí pádů dynamické a závislé na hladině kapaliny. Video v tomto kroku vysvětluje, jak byl tento problém vyřešen.

Druhé velmi krátké video ukazuje, jak lze funkci čištění DropArt použít k naplnění sifonu Mariotte a také k čištění nebo čištění mechanického ventilu.

Krok 9: Bootloader slouží k opětovnému blikání PIC

Toto krátké video ukazuje a vysvětluje činnost zavaděče PIC, který lze použít k opětovnému flashování PIC přes USB, čímž se ruší nutnost používat vyhrazený programátor PIC.

Krok 10: Seznam dílů DropArt

V příloze je dokument aplikace Word obsahující části, které jsem použil pro instruktáž

Toto je seznam dílů potřebných k sestavení projektu DropArt. Všechny lišty dílů jsou k dispozici samostatně. Výjimkou je koncovka pro nádobu s akrylovou kapalinou, kterou jsem 3D vytiskl. K tomuto kroku jsem připojil akrylovou trubku OD 36 mm koncový režim modeI (formát STL).

Aktivní komponenty

Mikrokontrolér PIC18F2550. Jak je dodáno, jedná se o neprogramovanou část, takže je třeba ji aktualizovat pomocí firmwaru DropArt. Pokud máte vhodného programátora, můžete to udělat sami, nebo vám mohu poslat předem nahranou část nebo mi můžete poslat prázdnou část pro blikání

• Modrý sériový modul LCD IIC 20x4 znaků
• Stabilizátor napětí 78L05
• Optoizolátor AN25 nebo podobný-2 off
• Opto-triak MOC3020
• IRF9530 P-kanálový FET nebo podobný
• Tyristor TLS106 SCR nebo podobný
• LED 2 nesvítí

Pasivní komponenty

• 1N4001 dioda (ochrana proti přepólování)
• 3 keramické kondenzátory 100nf
• 22uf 16v elektrolytický kondenzátor nebo podobný 2 vypnuto
• 22pf keramické kondenzátory 2 off
• 4MHz krystal HC49/4H s vývodem
• SIL 8 pin izolovaná síť odporů 1,8 K 2 vypnuto
• Síť 8 pinů společného rezistoru 4,7 k 1 vypnuto
• Rezistor 1/4W 470R 1 vypnutý
• 10K 1/4W rezistor 2 vypnut

Konektory

• 2,5 mm zásuvka pro montáž na desku
• 2,5 mm napájecí šňůra/zásuvka pro montáž na šasi
• 2,5mm mono jack konektor (solenoid)
• 3,5 mm konektor mono jack 2 vypnutý (závěrka a blesk)
• Zásuvka USB typu B 90 stupňů DIP
• Kolíková lišta 2,54 mm 4cestná
• 28pinový otočný pinový konektor DIL DIL
• DIL 6pin otočený pin IC zásuvka 3 vypnuta

jiný

• Prototypovací deska FR-4 12 cm x 8 cm pokovená otvorem
• Stisknutím provedete miniaturní tlačítka skrz otvor
• Přepínač rotačního kodéru 2 bitové Kódování šedé
• Ovládací knoflík vhodný pro rotační kodér

Mechanika

• Průhledná akrylová trubka o průměru 36 mm s vnitřním průměrem 30 mm a délkou 18 cm
• Koncová krytka (3D tisk) pro akrylovou trubku s průměrem 36 mm
• Typ sifonu Mariotte, aby se vešel do středu zátky o délce 16 cm
• Gumová zátka velikost 29 se středovým otvorem
• Ocas s ostnatou hadicí se závitem 1/4”x 4 mm existuje
• BSPP samice přepážky s upevňovací maticí 1/4 palce
• Sudová vsuvka 1/4 palce
• Elektrický solenoidový ventil 12V DC 4W vzduch/plyn/voda/palivo normálně uzavřený 1/4 '' obousměrně

Krok 11: Závěr a myšlenky

Opravdu jsem si užil budování a zdokonalování tohoto projektu. Moje projekty téměř vždy začínají ze stejného výchozího bodu. Začal jsem se zajímat o něco, co může vyžadovat speciální vybavení. Když jsem našel a často kupoval vybavení, jsem tak často zklamán kvalitou a funkčností a následně se cítím nucen navrhnout a postavit si vlastní vybavení, abych správně vykonával požadovanou práci. To byl skutečně případ projektu DropArt.

Projekt DropArt mi nyní umožňuje provádět kolize kapalných kapek s téměř 100% opakovatelností, takže se mohu soustředit spíše na obrázky, než na frustraci pořizování stovek obrázků v naději, že dojde k několika kolizím pádem.

Tyto instruktabilní články vyrábím a zveřejňuji ze tří důvodů. Za prvé mě opravdu baví produkovat Instructable, protože poskytuje způsob, jak dokumentovat projekt a funguje jako uzavření. Za druhé, zjevně doufám, že si lidé článek přečtou a užijí si ho, možná se dokonce něco nového dozvědí. A za třetí, poskytnout pomoc a podporu každému, kdo se chce stavět na projektu. Celý svůj pracovní život jsem strávil jako konstruktér v oblasti elektroniky a softwaru; od raného věku mimořádně nadšený milovník elektroniky. Opravdu mě baví pomáhat druhým, kteří možná chtějí stavět pro sebe, ale potřebují trochu vedení a podpory.

Přiložené obrázky ukazují moje nastavení DropArt v mé dílně.

Pokud potřebujete další podrobnosti, neváhejte komentovat nebo soukromou zprávu.

Mnohokrát děkuji, Dave