Vysokorychlostní hodiny pro zpomalená videa: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Téměř každý s moderním smartphonem má vysokorychlostní kameru, kterou lze použít k vytváření velkolepých zpomalených videí. Pokud ale chcete změřit, jak dlouho vlastně trvá, než praskne mýdlová bublina nebo vybuchne meloun, může být pro vaše videa obtížné zobrazit čas: stopky mají velmi malý displej a přesnost pouze 1/100 sekundy. Pokud chcete provádět kvantitativní měření, zjistil jsem, že publikovaná snímková frekvence fotoaparátu není něco, na co se můžete spolehnout!

Naštěstí je opravdu snadné zkonstruovat hodiny s přesností ms a jasnými velkými číslicemi pomocí Arduina a 4místného 7segmentového displeje. Navíc 12 pinů ze standardního 0,56”displeje přesně odpovídá rozložení pinů Arduino Nano a lze na něj přímo pájet.

Na tomto časovači není spuštění/zastavení/reset. Po zapnutí se spustí a po 10 sekundách přetéká. Myšlenka je taková, že pro měření trvání určitého procesu měříme časový rozdíl mezi koncem a začátkem.

Krok 1: Materiály

• Arduino Nano bez pájených hlaviček.
• 0,56”4místný 7segmentový displej. Společná anoda nebo společná katoda jsou v pořádku

V případě, že jej chcete umístit do robustní krabice a napájet 2 bateriemi AA, přidejte:

• Elektronický projektový box 60x100x25
• Držák baterie 2xAA
• Zesílený modul
• Kolébkový přepínač zapnutí/vypnutí 10x15 mm

Potřebné nářadí

Páječka

Montáž do krabice:

• Rotační nástroj pro hrubé vyříznutí otvorů pro displej a přepínač
• Ruční pilníky pro jemné vyříznutí otvorů
• Pistole na horké lepidlo k upevnění součástí na místě.

Krok 2: Připojení Arduina k displeji

Je úžasné, že kolíky standardního 4místného 7segmentového displeje odpovídají rozložení Arduino Nano tak, že všech 12 pinů displeje se připojí k IO pinům Arduina. To umožňuje pájet displej přímo na Arduinu, aniž byste potřebovali desku plošných spojů, konektory nebo kabely.

Spájkujte spodní kolíky displeje (rozpoznatelné podle desetinných bodů a tisku) na analogové piny A0-A5. Připájejte horní kolíky displeje k digitálním pinům D4-D9.

Červené LED diody mají pokles napětí pouze 2 V, takže jejich připojení k 5 V obvykle není dobrý nápad a k omezení proudu se obvykle používá sériový odpor. Možná jsem však kvůli prokládání zjistil, že funguje bez sériových odporů. Pokud ne, zde je podrobný návod, jak přidat sériové odpory přímo na Arduino Nano

Krok 3: Kód

Nahrajte přiložený náčrtek do Arduino Nano. Tento kód je pro zobrazení se společnou anodou, ale řádky pro běžnou katodu lze odkomentovat.

Jakmile je kód nahrán, měl by se časovač spustit při každém spuštění Arduina. Mohli byste se zde zastavit nebo si v následující části prohlédnout příklad, jak jej namontovat do robustní krabice a napájet z baterie.

Několik komentářů ke kódu:

Čas je převzat z funkcí micro () namísto funkce millis (), a to ze dvou dobrých důvodů: Implementace Arduino v millis () je strašná: zvyšují se každých 1,024 ms a pak se jednou za čas přeskočí milisekunda kompenzovat! Ne všechny Arduino mají vysoce přesné krystaly. Pokud zjistíte, že jste vypnuti více než o permillu, můžete dělič upravit v řádku „nepodepsané dlouhé t = mikro ()/1000;“aby hodiny běhaly rychleji nebo pomaleji.

Číslice jsou prokládány, což znamená, že v určitou dobu svítí pouze jedna číslice. Při změně segmentů číslic jsou všechny číslice vypnuty, takže se v žádném okamžiku nezobrazí žádná číslice odpadu. Změřil jsem frekvenci aktualizace číslic na 750 mikrosekund, takže každá číslice se aktualizuje alespoň jednou za milisekundu!

Hodiny jsem pro rychlost vážně neoptimalizoval, protože současná rychlost je dost dobrá na zobrazení milisekund. Myslím, že Arduino by mohlo být vyrobeno tak, aby zobrazovalo další dvě číslice (což odpovídá 100 a 10 mikrosekundám), ale to by vyžadovalo

• Deaktivace přerušení a přímé použití časovačů
• Přímá manipulace s porty
• Připojení všech segmentů k jednomu portu a číslice k jinému portu
• Vyhněte se explicitnímu výpočtu hodnot číslic, ale místo toho použijte přírůstky (operace dělení a modulu jsou pomalé)

Pokud bych mohl získat zpomalenou kameru s rychlostí> 1 000 fps, mohl bych to zkusit, zatím jsem spokojen s přesností ms.

Krok 4: Montáž do krabice

K tomuto časovači se snadno vejde levný elektronický projektový box 100 x 60 x 25 mm, který není vodotěsný, spolu s bateriemi, rozšiřujícím modulem a vypínačem. Pro provoz na baterie poskytne kombinace 2 baterií AA se stupňovitým modulem bezpečné a stabilní napětí 5V pro Arduino. Umístěním spínače zapnutí/vypnutí přímo na baterii (místo na výstupu zesilovače) nejsou baterie ovlivněny únikem ze stupidového modulu a mohou vydržet roky, pokud se používají sporadicky.

Zesílený modul, který jsem použil, měl zásuvku USB, kterou jsem odstranil kleštěmi, abych mohl pájet vodiče na výstup. Alternativně můžete použít regulovatelné zesílení a nastavit jej na 5V výstup.

Začněte vyříznutím dvou otvorů, které odpovídají displeji a vypínači. Nakreslil jsem tužkou přibližné otvory, potom jsem otvory vyřízl trochu příliš malé pomocí rotačního nástroje a poté jsem je podal ručními pilníky na přesně odpovídající velikost.

Odřízněte část vícežilového flexibilního červeného a černého kabelu z bateriového boxu a připojte je k rozšiřujícímu modulu, přičemž kladný nebo záporný signál je přerušen vypínačem. Pak ze stupňovacího modulu přímo na GND a +5V nebo Arduino.

Pomocí horkého lepidla jsem udržel všechny prvky na svém místě: bateriový box, rozšiřující modul a kolem boků displeje.

Konečným výsledkem je časovač v robustní krabici s jednoduchým ovládáním!