DropArt - presný fotografický urýchľovač s dvoma kvapkami: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Ahoj jeden a všetci, V tomto návode predstavujem svoj návrh počítačom riadeného zrážača dvoch kvapalných kvapiek. Myslím, že skôr, ako sa pustíme do podrobností o dizajne, má zmysel presne vysvetliť, čo je účelom návrhu.

Zábavná, zaujímavá a krásna fotografická oblasť zahŕňa zachytenie obrázkov kvapôčok kvapaliny, ktoré zasiahnu kaluž podobnej kvapaliny. To samo o sebe môže vytvárať zaujímavé obrázky. Aby sme získali skutočne skvelé obrázky, musíme zraziť dve kvapalné kvapky. Prvá kvapka sa teda dotkne kaluže tekutiny a vytvorí to, čo nazývam „výtok“, ktorý stúpa z bazéna priamo nad miesto, kde dopadla prvá kvapka. Teraz druhá kvapka s presným načasovaním zasiahne vrchol „výtoku“, pričom exploduje tekutinu smerom von a vytvorí úžasné a jedinečné tvary.

Účelom môjho dizajnu DropArt je poskytnúť nasledujúce funkcie:

• Na uvoľnenie kvapalnej kvapky s opakovateľnou veľkosťou
• Uvoľnenie druhej kvapky kvapaliny s opakovateľnou veľkosťou a presným načasovaním vzhľadom na prvú kvapku
• Ovládanie spúšte fotoaparátu na zachytenie zrážky pri páde
• Ovládanie bleskovej hlavy na zmrazenie kolízie v presnom okamihu
• Poskytnúť užívateľsky prívetivý samostatný ovládač poskytujúci možnosť ovládať všetky parametre a viac konfigurácií
• Poskytnúť užívateľsky prívetivé užívateľské rozhranie založené na systéme Windows alebo grafické používateľské rozhranie pripojené cez USB
• Poskytnúť bootloader na uľahčenie opätovného blikania firmvéru cez USB

Tiež by mala byť primeraná ochrana medzi riadiacou doskou a pripojeným fotoaparátom a bleskom.

Krok 1: Pozrime sa najskôr na niektoré výsledky …

Predtým, ako sa dostaneme k detailom dizajnu, pozrime sa najskôr na niektoré výsledky projektu DropArt. Ak sa vám ako čitateľovi páčia výsledky, možno by ste sa chceli pozrieť bližšie na dizajn a možno by ste mali problém postaviť si ho sami, pre ktorý vám poskytnem podporu.

Dôležité aspekty fotografovania DropArt

Je potrebné poznamenať, že pre dosiahnutie najlepších výsledkov je fotoaparát prepnutý do režimu B (alebo žiarovky). To znamená, že pokiaľ je spúšť stlačená, uzávierka zostane otvorená. Toto je režim, ktorý považujem za najvhodnejší pre fotografovanie DropArt. Je to vlastne blesk, ktorý zachytáva okamih, a nie spúšť fotoaparátu. Aby sa dosiahlo krátke trvanie záblesku, výstupný výkon blesku by mal byť minimálny. Väčšinou používam dve malé zábleskové jednotky nastavené na manuálne nízky výstupný výkon (pozri obrázok v závere). Jedna jednotka blesku je spojená s ovládačom DropArt a je spustená pomocou kábla. Druhá záblesková hlava je opticky podradená prvému.

Keď sme v režime B, prebytok okolitého svetla spôsobí rozmazanie obrazu. Preto by sa kvapková fotografia mala vykonávať pri tlmenom osvetlení - dostatočnom množstve svetla, aby ste videli, čo robíte. Spravidla fotografujem snímky okolo f11, a preto sú efekty vplyvom okolitého svetla minimalizované.

Základná technika a nastavenie

Je potrebné poznamenať, že každé nastavenie sa bude mierne líšiť a musíte byť trpezliví a metodickí. Keď dôjde k základnému stretu dvoch kvapiek, zistíte, že výsledky sú takmer 100% opakovateľné. Na nižšie uvedené základné nastavenie som použil vodu z vodovodu s červeným potravinárskym farbivom. Dávkovač kvapiek bol asi 25 cm nad zásobníkom tekutín.

Zaistite, aby bol sifón Mariotte preplachovaný kvapalinou pomocou funkcie čistenia (pozri príklad videa) a tiež zaistite, aby hladina kvapaliny neklesla pod dno sifónu Mariotte.

• Najprv začnite s jednou kvapkou s veľkosťou 35 ms
• Nastavte oneskorenie uzávierky na 100 ms
• Nastavte oneskorenie blesku na 150 ms
• Predĺžte oneskorenie blesku o +10 ms, kým sa v hornej časti snímky nezobrazí pokles
• Teraz môžete zvýšiť oneskorenie blesku v celej sekvencii kvapiek
• Pokračujte v zvyšovaní oneskorenia blesku, kým nebudete mať celý jeden výtokový výtok
• Teraz pridajte veľkosť druhej kvapky 35 ms a oneskorenie približne 150 ms
• Upravte pokles o dve oneskorenia o +/- 10 ms, kým sa nezobrazí v hornej časti rámu nad prvým výtokovým výtokom
• Upravte oneskorenie dvoch kvapiek, kým sa druhá kvapka nezrazí s výtokom nahor z prvej kvapky

Teraz nastane základná kolízia a môžete sa hrať s nastaveniami, aby ste dosiahli požadovaný efekt.

Kvapaliny rôznej hustoty budú vyžadovať rôzne nastavenia, ale môžete ich uložiť v rôznych konfiguráciách.

Krok 2: Časozberné video po sebe idúcich kvapiek

Tu uvádzam video - sériu samostatných po sebe idúcich kvapiek snímaných ako fotografie s 10 ms alebo 5 ms postupujúcimi intervalmi zábleskov na zmrazenie pohybu. Výsledné statické obrázky som potom spojil a vytvoril krátku animáciu života kvapky a následnej kolízie s druhou kvapkou.

Krok 3: Mechanický dávkovač DropArt

Pravdepodobne najdôležitejšou súčasťou projektu DropArt je mechanický dávkovač kvapiek. Táto časť návrhu je rozhodujúca pre zaistenie konzistentnej pravidelnej veľkosti kvapiek.

Srdcom konštrukcie je mechanický ventil, ktorý sa otvára a zatvára pomocou 12 V pružinou zaťaženého normálne uzavretého solonoidu. Tento solonoid je presne riadený pomocou riadiacej dosky na báze mikroprocesora.

Nádobka na kvapalinu je 36 mm OD, 30 mm ID akrylová trubica. Na uzavretie trubice som nechal vytlačiť 3D koncovku HIPS v HIPS, ktorá je navrhnutá tak, aby akceptovala štandardné 1/4 palcové tvarovky (pozri obrázky). Kvapky sa dávkujú z ostnatej koncovky hadice - tiež zo závitu 1/4 palca.

Horná časť akrylovej trubice je utesnená gumovou zátkou veľkosti 29. Gumová zátka je dodávaná so stredovým otvorom, do ktorého som namontoval plastovú trubicu na vytvorenie sifónu Mariotte (pozri konkrétnu časť sifónu Mariotte).

Sólonoid je uzavretý v malom plastovom boxe a zapojený do externej elektrickej zásuvky.

Krok 4: Návrh a prehľad ovládacej dosky DropArt

V tejto časti uvádzam krátke video s prehľadom prototypu riadiacej dosky DropArt a jeho konštrukcie.

Krok 5: Schéma riadiacej dosky DropArt

Obrázok tu ukazuje schému ovládacej dosky. Vidíme, že pomocou výkonného mikrokontroléra PIC je schéma relatívne jednoduchá.

Schému si môžete stiahnuť tu:

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

POZNÁMKA: Vo videách je ako regulátor napätia použitý malý typ 78L05. Odporúčam každému, kto stavia tento dizajn, aby použil väčší 7805 v balení TO220

Krok 6: DropArt - skutočné používanie systému

V tejto časti uvádzam video s podrobnosťami o tom, ako skutočne používať ovládací systém DropArt. Video pokrýva samostatný hardvér a tiež používateľské rozhranie alebo grafické rozhranie Windows.

Krok 7: DropArt - skúmanie presnosti a opakovateľnosti

V tomto kroku sa pokúsim popísať sekvenciu dvoch kvapiek a ilustrovať presnosť načasovania projektu DropArt.

Horizontálne delenie osciloskopu 50ms / značka.

Na začiatku zvážte druhý z dvoch obrázkov. Toto je veľmi jednoduchá stopa z môjho osciloskopu, ktorá zobrazuje základné 1 ms kliešte, ktoré tvoria časovú základňu pre všetky načasovania projektu. Toto zaškrtnutie je generované v mikroprocesore PIC pomocou vstavaného hardvérového časovača naprogramovaného na generovanie prerušenia v presnom časovom bode. Pomocou tejto časovej základne je možné veľmi presne ovládať veľkosť kvapky, oneskorenie medzi kvapkami, oneskorenie uzávierky a oneskorenie blesku, čím sa dosiahnu veľmi opakovateľné výsledky.

Teraz zvážte prvý z dvoch obrázkov:

Stredná modrá stopa ukazuje uvoľnenie dvoma kvapkami. Každá kvapka má veľkosť 50 ms a oneskorenie 2 kvapky 150 ms

Spodná ružová stopa je blesk s oneskorením 300 ms po uvoľnení kvapky 1 a výdržou 30 ms

Horná žltá stopa zobrazuje spustenie. Toto má naprogramované oneskorenie 200 ms. Predpokladá sa však, že fotoaparát má oneskorenie uzávierky 100 ms, takže spustenie je o 100 ms skôr, ako bolo naprogramované. Závierka zostane otvorená počas celej doby sekvencie (režim fotoaparátu B). Po uplynutí 30 sekundového záblesku sa uzávierka zavrie.

Krok 8: Mariotte sifón - vysvetlené

Veľmi dôležitým aspektom konštrukcie je spôsob riadenia tlaku kvapaliny na vstupe do ventilu. Keď hladina kvapaliny v nádrži klesá, tlak na vstupe do ventilu klesá, a tým klesá aj prietok kvapaliny. Veľkosť kvapky v akomkoľvek danom čase, keď je ventil otvorený, sa znižuje, keď hladina nádrže klesá. Vďaka tomu je ovládanie zrážok pri páde dynamické a závislé od hladiny kvapaliny. Video v tomto kroku vysvetľuje, ako bol tento problém vyriešený.

Druhé veľmi krátke video ukazuje, ako je možné funkciu čistenia DropArt použiť na plnenie sifónu Mariotte, ako aj na čistenie alebo čistenie mechanického ventilu.

Krok 9: Zavádzač používaný na opätovné blikanie PIC

Toto krátke video ukazuje a vysvetľuje činnosť bootloadera PIC, ktorý je možné použiť na opätovné preblikanie PIC cez USB, čím sa vylučuje potreba používať vyhradený programátor PIC.

Krok 10: Zoznam náhradných dielov DropArt

V prílohe je dokument programu Word obsahujúci časti, ktoré som použil pre inštrukcie

Toto je zoznam dielov potrebných na zostavenie projektu DropArt. Všetky diely sú nedostupné. Výnimkou je koncový kryt nádoby na tekutú akrylovú hmotu, ktorý som 3D vytlačil. K tomuto kroku som pripevnil akrylovú trubicu OD 36 mm koncový uzáver modeI (formát STL).

Aktívne komponenty

Mikrokontrolér PIC18F2550. Ako je súčasťou dodávky, jedná sa o neprogramovanú časť, preto je potrebné ho nahrať s firmvérom DropArt. Ak máte vhodného programátora, môžete to urobiť sami, alebo vám môžem poslať vopred vytlačenú časť alebo mi môžete poslať prázdnu časť na blikanie

• Modrý sériový LCD modul IIC s rozmermi 20 x 4 znakov
• Regulátor napätia 78L05
• Optický izolátor AN25 alebo podobný-2 vypnuté
• Opto-triak MOC3020
• IRF9530 P-kanál FET alebo podobný
• Tyristor TLS106 SCR alebo podobný
• LED diódy 2 nesvietia

Pasívne komponenty

• 1N4001 dióda (ochrana proti prepólovaniu)
• 100nf keramické kondenzátory 3 vypnuté
• 22uf 16v elektrolytický kondenzátor alebo podobný 2 vypnuté
• 22pf keramické kondenzátory 2 vypnuté
• 4MHz kryštál HC49/4H s vývodom
• Sieť 8 -pinového izolovaného rezistora SIL 1,8 K 2 vyp
• Sieť 8 -pinového spoločného rezistora 4,7 k 1 vypnutá
• Rezistor 1/4W 470R 1 vypnutý
• 10K 1/4W odpor 2 vypnutý

Konektory

• 2,5 mm elektrická zásuvka pre montáž na dosku
• 2,5 mm napájacia zástrčka/zásuvka pre montáž na šasi
• 2,5 mm konektor mono jack (solenoid)
• 3,5 mm konektor mono jack 2 vypnutý (uzávierka a blesk)
• 90-stupňová zásuvka DIP USB typu B
• Kolíková koncovka 2,54 mm 4 -smerná
• 28pinový otočný kolík IC DIL
• DIL 6pin otočný kolíkový konektor IC 3 vypnutý

Iné

• 12 cm x 8 cm prototypová doska FR-4 pokovovaná otvorom
• Stlačením urobíte miniatúrne tlačidlá cez dieru
• Otočný prepínač snímača 2 -bitový, s kódovaním sivou
• Ovládací gombík vhodný pre rotačný snímač

Mechanika

• Priehľadná akrylová rúrka s priemerom 36 mm s vnútorným priemerom 30 mm a dĺžkou 18 cm
• Koncová krytka (3D tlač) pre akrylátovú rúrku s priemerom 36 mm
• Mariotte sifónový typ, ktorý sa zmestí do stredu špičky, dlhý 16 cm
• Gumová zátka veľkosti 29 so stredovým otvorom
• Ocas s ostnatou hadicou so závitom 1/4 "x 4 mm existuje
• BSPP zásuvková tvarovka s upevňovacou maticou 1/4 palca
• Sudová vsuvka 1/4 palca
• Elektrický solenoidový ventil 12V DC 4W vzduch/plyn/voda/palivo je normálne zatvorený o 1/4 palca obojsmerne

Krok 11: Záver a myšlienky

Veľmi sa mi páčilo stavať a zdokonaľovať tento projekt. Moje projekty takmer vždy začínajú z rovnakého východiskového bodu. Začalo ma zaujímať niečo, čo môže vyžadovať špeciálne vybavenie. Keď som našiel a často kupoval vybavenie, som často sklamaný kvalitou a funkčnosťou a následne som nútený navrhnúť a postaviť si vlastné zariadenie, ktoré bude vykonávať potrebnú prácu správne. To bol skutočne prípad projektu DropArt.

Projekt DropArt mi teraz umožňuje vykonávať zrážky kvapalných kvapiek s takmer 100% opakovateľnosťou, aby som sa mohol sústrediť na obrázky, a nie na frustráciu zo stoviek obrázkov v nádeji, že dôjde k niekoľkým zrážkam.

Tieto články s pokynmi vyrábam a uverejňujem z troch dôvodov. Po prvé, veľmi ma baví produkovať Instructable, pretože poskytuje spôsob, ako zdokumentovať projekt a funguje ako uzávierka. Za druhé, očividne dúfam, že si ľudia článok prečítajú a užijú si ho, možno sa dokonca dozvedia niečo nové. A po tretie, poskytnúť pomoc a podporu každému, kto chce mať pri stavbe projektu čo najskôr. Celý svoj pracovný život som strávil ako dizajnér v oblasti elektroniky a softvéru; od raného detstva mimoriadne nadšený fanúšik elektroniky. Baví ma pomáhať druhým, ktorí možno chcú stavať pre seba, ale potrebujú trochu vedenia a podpory.

Priložené obrázky zobrazujú moje nastavenie DropArt v mojej dielni.

Ak potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte komentovať alebo súkromnú správu.

Veľká vďaka, Dave