DropArt - высокоточный фотоколлайдер с двумя каплями: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Привет всем, В этом руководстве я представляю свой дизайн управляемого компьютером коллайдера с двумя каплями жидкости. Прежде чем мы приступим к деталям дизайна, я думаю, имеет смысл объяснить, в чем именно заключается цель дизайна.

Веселая, интересная и красивая отрасль фотографии включает в себя съемку капель жидкости, когда они попадают в лужу с такой же жидкостью. Это само по себе может создавать интересные изображения. Чтобы получить действительно крутые изображения, нам нужно столкнуть две капли жидкости. Таким образом, первая капля попадает в лужу с жидкостью и создает то, что я называю «восходящим потоком», который поднимается из лужи прямо над тем местом, где упала первая капля. Теперь вторая капля, точно рассчитанная по времени, попадает в верхнюю часть «носика», взрывая жидкость наружу, создавая удивительные и уникальные формы.

Цель моего дизайна DropArt - предоставить следующие возможности:

• Чтобы выпустить жидкую каплю повторяемого размера
• Чтобы выпустить вторую каплю жидкости с повторяемым размером и точным синхронизацией по отношению к первой капле
• Управление затвором камеры для захвата столкновения с падением
• Для управления головкой вспышки, чтобы зафиксировать столкновение в точный момент времени
• Обеспечить удобный автономный контроллер, обеспечивающий возможность управления всеми параметрами и несколькими конфигурациями
• Обеспечить удобный пользовательский интерфейс на базе Windows или графический интерфейс, подключенный через USB.
• Предоставить загрузчик для облегчения перепрограммирования прошивки через USB.

Также должна быть соответствующая защита между платой управления и прикрепленными камерами и вспышками.

Шаг 1. Давайте сначала посмотрим на некоторые результаты …

Прежде чем переходить к деталям дизайна, давайте сначала рассмотрим некоторые результаты проекта DropArt. Если вам, как читателю, нравятся результаты, возможно, вы захотите глубже изучить дизайн и, возможно, сами попробуете создать его, и я окажу ему поддержку.

Важные аспекты фотографии DropArt

Следует отметить, что для достижения наилучших результатов камера установлена в режим B (или лампочка). Это означает, что, пока затвор находится в нажатом состоянии, он остается открытым. Я считаю, что этот режим лучше всего подходит для фотографий DropArt. На самом деле момент улавливает вспышка, а не затвор камеры. Чтобы добиться короткой продолжительности вспышки, выходная мощность вспышки должна быть минимальной. Я обычно использую две маленькие вспышки, настроенные вручную на малую выходную мощность (см. Изображение в заключении). Одна вспышка подключена к контроллеру DropArt и срабатывает через кабель. Вторая головка вспышки оптически подчинена первой.

Поскольку мы находимся в режиме B, избыток окружающего света вызовет размытие изображения. Поэтому съемку с падением следует выполнять при приглушенном освещении - ровно столько, чтобы видеть, что вы делаете. Обычно я снимаю изображения с диафрагмой около f11, поэтому эффекты окружающего света сведены к минимуму.

Базовая техника и настройка

Следует отметить, что каждая установка будет немного отличаться, и вам нужно набраться терпения и методичности. Как только вы столкнетесь с основным столкновением двух капель, вы обнаружите, что результаты почти на 100% воспроизводятся. Для базовой настройки ниже я использовал водопроводную воду с красным пищевым красителем. Дозатор капель находился примерно на 25 см над резервуаром с жидкостью.

Убедитесь, что сифон Mariotte очищен от жидкости с помощью функции продувки (см. Пример видео), а также убедитесь, что уровень жидкости не опускается ниже дна сифона Mariotte.

• Сначала начните с одной капли размером 35 мс
• Установите задержку затвора на 100 мс.
• Установите задержку вспышки на 150 мс.
• Увеличивайте задержку вспышки с шагом + 10 мс, пока не увидите, что в верхней части кадра появляется капля.
• Теперь вы можете увеличить задержку вспышки на протяжении всей последовательности падения.
• Продолжайте увеличивать задержку вспышки, пока у вас не будет полного единственного каплевидного носика
• Теперь добавьте вторую каплю размером 35 мс и задержку около 150 мс.
• Отрегулируйте задержку второй капли с шагом +/- 10 мс, пока она не появится в верхней части кадра над первым выпускным носиком.
• Отрегулируйте задержку второй капли, пока вторая капля не столкнется с носиком, выходящим из первой капли.

Теперь у вас есть базовое столкновение, вы можете поиграть с настройками, чтобы получить желаемый эффект.

Для жидкостей с разной плотностью потребуются разные настройки, но вы можете сохранить их в разных конфигурациях.

Шаг 2: видео с интервальной съемкой последовательных падений

Здесь я представляю видео - это серия отдельных последовательных падений, сделанных как кадры с интервалом вспышки 10 мс или 5 мс, чтобы заморозить движение. Затем я соединил полученные неподвижные изображения, чтобы создать короткую анимацию жизни капли и последующего столкновения со второй каплей.

Шаг 3. Механический дозатор капель DropArt

Пожалуй, самая важная часть проекта DropArt - это механический дозатор капель. Эта часть конструкции имеет решающее значение для обеспечения постоянного постоянного размера капли.

Сердцем конструкции является механический клапан, который открывается и закрывается с помощью подпружиненного нормально закрытого солоноида 12 В. Прецизионное управление этим солоноидом осуществляется с помощью микропроцессорной платы управления.

Сосуд для жидкости представляет собой акриловую трубку с внешним диаметром 36 мм и внутренним диаметром 30 мм. Чтобы закрыть трубку, я напечатал на 3D-принтере HIPS торцевую крышку, которая предназначена для установки стандартных фитингов 1/4 дюйма (см. Изображения). Капли распределяются через зазубренный конец шланга - также с резьбой 1/4 дюйма.

Верхняя часть акриловой трубки закрыта резиновой пробкой 29 размера. Резиновая пробка снабжена центральным отверстием, в которое я вставил пластиковую трубку для создания сифона Mariotte (см. Специальный раздел о сифоне Mariotte).

Солоноид заключен в небольшую пластиковую коробку и подключен к внешней розетке.

Шаг 4. Дизайн и обзор панели управления DropArt

В этом разделе я представляю короткий видеообзор платы управления прототипом DropArt и ее конструкции.

Шаг 5: Схема панели управления DropArt

На изображении показана схема платы управления. Мы видим, что при использовании мощного микроконтроллера PIC схема относительно проста.

Вы можете скачать схему здесь:

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

ПРИМЕЧАНИЕ: в видеороликах используется регулятор напряжения малого размера 78L05. Я предлагаю всем, кто строит этот дизайн, использовать более крупный 7805 в пакете TO220

Шаг 6: DropArt - Фактическое использование системы

В этом разделе я представляю видео, в котором подробно рассказывается, как на самом деле использовать систему управления DropArt. Видео охватывает использование автономного оборудования, а также пользовательского интерфейса на базе Windows или графического интерфейса пользователя.

Шаг 7. DropArt - проверка точности и повторяемости

На этом этапе я пытаюсь описать последовательность из двух капель и проиллюстрировать точность синхронизации проекта DropArt.

Горизонтальное деление осциллографа 50 мс / отметка.

Сначала рассмотрим второе из двух изображений. Это очень простая кривая моего осциллографа, отображающая базовый тик в 1 мс, который формирует временную развертку для всех временных интервалов проекта. Этот тик генерируется микропроцессором PIC с использованием встроенного аппаратного таймера, запрограммированного для генерации прерывания в точный момент времени. Используя эту временную развертку, можно очень точно контролировать размер капли, задержку между каплями, задержку срабатывания затвора и задержку вспышки, что дает очень воспроизводимые результаты.

Теперь рассмотрим первое из двух изображений:

Средняя синяя кривая показывает выпуск с двумя каплями. Каждое падение имеет период размера 50 мс и задержку сброса 2 150 мс.

Нижняя розовая кривая - это вспышка с задержкой 300 мс после срабатывания капли 1 и временем удержания 30 мс.

Верхняя желтая кривая показывает спуск затвора. Это запрограммированная задержка 200 мс. Однако предполагается, что у камеры задержка срабатывания затвора составляет 100 мс, поэтому спуск затвора происходит на 100 мс раньше, чем запрограммировано. Затвор остается открытым в течение всего цикла (режим камеры B). Затвор закрывается по истечении 30 мсек.

Шаг 8: Сифон Мариотты - объяснение

Очень важный аспект конструкции - как контролировать давление жидкости на входе в клапан. Когда уровень жидкости в резервуаре падает, давление на входе в клапан падает, следовательно, падает и расход жидкости. Размер капли в любой момент времени, когда клапан открыт, уменьшается по мере падения уровня в резервуаре. Это делает управление столкновением капель динамичным и зависимым от уровня жидкости. Видео на этом шаге объясняет, как была решена эта проблема.

Во втором очень коротком видео показано, как функцию продувки DropArt можно использовать для заполнения сифона Mariotte, а также для продувки или очистки механического клапана.

Шаг 9: Загрузчик, используемый для перепрошивки PIC

Это короткое видео демонстрирует и объясняет работу загрузчика PIC, который можно использовать для повторной прошивки PIC через USB, что исключает необходимость использования специального программатора PIC.

Шаг 10: Список частей DropArt

Прилагается текстовый документ, в котором перечислены части, которые я использовал для инструктажа.

Это список частей, необходимых для создания проекта DropArt. Все части, кроме одной, доступны отдельно. Исключением является торцевая крышка для акриловой емкости для жидкости, которую я напечатал на 3D-принтере. Я прикрепил к этому этапу акриловую трубку OD 36 мм с торцевой крышкой ModeI (формат STL).

Активные компоненты

Микроконтроллер PIC18F2550. При поставке это незапрограммированная часть, поэтому ее необходимо обновить прошивкой DropArt. Если у вас есть подходящий программатор, вы можете сделать это самостоятельно, или я могу отправить вам предварительно прошитую часть, или вы можете отправить мне пустую часть для прошивки

• Синий последовательный ЖК-модуль IIC 20x4 символов
• 78L05 регулятор напряжения
• Оптоизолятор AN25 или аналогичный - 2 шт.
• Опто-симистор MOC3020
• IRF9530 P-channel FET или аналогичный
• TLS106 SCR Thyristor или аналогичный
• Светодиоды 2 выключены

Пассивные компоненты

• Диод 1N4001 (защита от обратной полярности)
• Керамические конденсаторы 100 нФ 3 шт.
• Электролитический конденсатор 22 мкФ 16 В или аналогичный 2 шт.
• Керамические конденсаторы 22pf 2 шт.
• Кристалл, 4 МГц, HC49 / 4H с выводами
• SIL 8-контактный изолированный резистор для сети 1,8 кОм 2 выкл.
• SIL 8-контактная сеть с общим резистором 4,7 кОм 1 выкл.
• 470R 1 / 4W резистор 1 шт.
• Резистор 10 кОм 1/4 Вт 2 выкл.

Разъемы

• Разъем питания 2,5 мм для монтажа на плату
• Вилка / розетка для монтажа на шасси 2,5 мм
• Моно-джек 2,5 мм (соленоид)
• Гнездо 3,5 мм для моно джек 2 выключено (затвор и вспышка)
• Гнездо USB типа B DIP под углом 90 градусов
• Заголовок штифта 2,54 мм, 4 стороны
• DIL 28-контактный токарный разъем IC
• DIL 6-контактный повернутый контакт IC, гнездо 3 выключено

Другой

• 12 см x 8 см макетная плата FR-4 с покрытием из сквозных отверстий
• Нажмите, чтобы сделать через отверстие миниатюрные пуговицы
• Переключатель поворотного энкодера 2 бита Серый код
• Ручка управления для поворотного энкодера

Механика

• Прозрачная акриловая труба, внешний диаметр 36 мм, внутренний диаметр 30 мм, длина 18 см
• Заглушка (3D-печать) для акриловой трубы OD 36 мм
• Тип сифона Mariotte подходит для центра пробки длиной 16 см
• Резиновая заглушка размером 29 с центральным отверстием
• Колючий хвостовик шланга с резьбой 1/4 дюйма x 4 мм с отверстием
• Фитинг переборки с внутренней резьбой BSPP с крепежной гайкой 1/4 дюйма
• Ниппель для цилиндра 1/4 дюйма
• 12 В постоянного тока 4 Вт электрический электромагнитный клапан воздух / газ / вода / топливо нормально закрытый 1/4 дюйма двухсторонний

Шаг 11: Заключение и размышления

Мне очень понравилось строить и совершенствовать этот проект. Мои проекты почти всегда начинаются с одной и той же отправной точки. Меня интересует то, что может потребовать специального оборудования. Найдя и часто покупая оборудование, я так часто разочаровываюсь в качестве и функциональности, и впоследствии чувствую себя вынужденным спроектировать и собрать свое собственное оборудование, чтобы выполнять требуемую работу должным образом. Так было и с проектом DropArt.

Проект DropArt теперь позволяет мне выполнять столкновения жидких капель с почти 100% повторяемостью, поэтому я могу сосредоточиться на изображениях, а не на разочаровании, связанном с сотнями изображений в надежде получить несколько столкновений капель.

Я создаю и публикую эти обучающие статьи по трем причинам. Во-первых, мне очень нравится создавать Instructable, поскольку он дает возможность задокументировать проект и действует как завершение. Во-вторых, я, очевидно, надеюсь, что люди будут читать и получать удовольствие от статьи, может быть, даже узнают что-то новое. И в-третьих, оказывать помощь и поддержку всем, кто хочет поработать над проектом. Я всю свою трудовую жизнь проработал инженером-конструктором в области электроники и программного обеспечения; с раннего возраста был исключительно увлеченным любителем электроники. Мне очень нравится помогать другим, которые, возможно, хотят строить для себя, но нуждаются лишь в небольшом руководстве и поддержке.

Прикрепленные изображения показывают мою настройку DropArt в моей мастерской.

Пожалуйста, не стесняйтесь комментировать или личное сообщение, если вам требуются какие-либо дополнительные подробности.

Большое спасибо, Дэйв