DropArt - Precision Two Drop Photographic Collider: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Γεια σε όλους, Σε αυτό το διδακτικό παρουσιάζω το σχέδιό μου για έναν υπολογιστή με δύο υπολογιστές συγκρούσεις υγρών σταγόνων. Πριν ξεκινήσουμε με τις λεπτομέρειες του σχεδιασμού, νομίζω ότι είναι λογικό να εξηγήσουμε ακριβώς ποιος είναι ο σκοπός του σχεδίου.

Ένας διασκεδαστικός, ενδιαφέρων και όμορφος κλάδος της φωτογραφίας περιλαμβάνει τη λήψη εικόνων σταγονιδίων υγρού καθώς χτυπούν μια δεξαμενή παρόμοιου υγρού. Αυτό από μόνο του μπορεί να παράγει ενδιαφέρουσες εικόνες. Για να πάρουμε μερικές πραγματικά δροσερές εικόνες, πρέπει να συγκρούσουμε δύο σταγόνες υγρού. Έτσι, η πρώτη σταγόνα χτυπά τη δεξαμενή του υγρού και δημιουργεί αυτό που ονομάζω "επάνω στόμιο", το οποίο ανεβαίνει από την πισίνα ακριβώς πάνω από το σημείο που επηρέασε η πρώτη σταγόνα. Τώρα μια δεύτερη πτώση, χρονομετρημένη με ακρίβεια, χτυπά στην κορυφή του «εκροή» που εκρήγνυται το υγρό προς τα έξω για να δημιουργήσει μερικά καταπληκτικά και μοναδικά σχήματα.

Ο σκοπός του σχεδιασμού μου DropArt είναι να παρέχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Για να απελευθερώσετε μια σταγόνα υγρού με επαναλαμβανόμενο μέγεθος
• Για να απελευθερώσετε μια δεύτερη σταγόνα υγρού με επαναλαμβανόμενο μέγεθος και χρονισμό ακριβείας σε σχέση με την πρώτη σταγόνα
• Για να ελέγξετε ένα κλείστρο κάμερας για να καταγράψετε μια σύγκρουση πτώσης
• Για τον έλεγχο μιας κεφαλής φλας για να παγώσει τη σύγκρουση σε συγκεκριμένη χρονική στιγμή
• Παρέχει ένα φιλικό προς το χρήστη αυτόνομο χειριστήριο που παρέχει τη δυνατότητα ελέγχου όλων των παραμέτρων και πολλαπλών διαμορφώσεων
• Για να παρέχετε μια φιλική προς το χρήστη διεπαφή χρήστη με Windows ή GUI συνδεδεμένη μέσω USB
• Παρέχετε ένα πρόγραμμα εκκίνησης για να διευκολύνετε το αναβοσβήσιμο του υλικολογισμικού μέσω USB

Θα πρέπει επίσης να υπάρχει επαρκής προστασία μεταξύ της πλακέτας ελέγχου και των συνδεδεμένων φωτογραφικών μηχανών και συσκευών φλας.

Βήμα 1: Ας δούμε πρώτα μερικά αποτελέσματα…

Πριν ασχοληθούμε με τις λεπτομέρειες του σχεδιασμού, ας δούμε πρώτα μερικά αποτελέσματα από το έργο DropArt. Εάν σε εσάς, ως αναγνώστη, σας αρέσουν τα αποτελέσματα, ίσως θελήσετε να εξετάσετε περαιτέρω το σχέδιο και ίσως να έχετε μια ρωγμή στο να φτιάξετε μόνοι σας για το οποίο θα σας παράσχω υποστήριξη.

Σημαντικές πτυχές στη φωτογραφία DropArt

Πρέπει να σημειωθεί ότι για καλύτερα αποτελέσματα η κάμερα έχει ρυθμιστεί σε λειτουργία B (ή λάμπα). Αυτό σημαίνει ότι όσο είναι πατημένο το κλείστρο, το κλείστρο παραμένει ανοιχτό. Αυτή είναι η λειτουργία που θεωρώ ότι λειτουργεί καλύτερα για τη φωτογραφία DropArt. Στην πραγματικότητα είναι το φλας που αποτυπώνει τη στιγμή και όχι το κλείστρο της κάμερας. Για να επιτευχθεί σύντομη διάρκεια φλας, η ισχύς εξόδου φλας θα πρέπει να περιοριστεί στο ελάχιστο. Έχω την τάση να χρησιμοποιώ δύο μικρές μονάδες φλας ρυθμισμένες σε χειροκίνητη χαμηλή ισχύ εξόδου (δείτε την εικόνα στο συμπέρασμα). Μια μονάδα φλας συνδέεται με τον ελεγκτή DropArt και ενεργοποιείται μέσω καλωδίου. Η δεύτερη κεφαλή λάμψης είναι οπτικά υπολειπόμενη από την πρώτη.

Καθώς βρισκόμαστε σε λειτουργία Β, το υπερβολικό φως περιβάλλοντος θα προκαλέσει θόλωση της εικόνας. Επομένως, η φωτογράφιση με πτώση πρέπει να εκτελείται σε χαμηλό φωτισμό - μόνο αρκετό φως για να δείτε τι κάνετε. Γενικά τραβάω εικόνες γύρω στο f11 και έτσι τα εφέ λόγω του φωτισμού περιβάλλοντος ελαχιστοποιούνται.

Βασική τεχνική και ρύθμιση

Πρέπει να σημειωθεί ότι κάθε ρύθμιση θα διαφέρει ελαφρώς και πρέπει να είστε υπομονετικοί και μεθοδικοί Μόλις έχετε μια βασική σύγκρουση δύο σταγόνων, θα βρείτε τα αποτελέσματα σχεδόν 100% επαναλήψιμα. Για τη βασική ρύθμιση παρακάτω χρησιμοποιούσα νερό βρύσης με κόκκινο χρώμα τροφίμων. Ο διανομέας πτώσης ήταν περίπου 25 εκατοστά πάνω από τη δεξαμενή υγρών.

Βεβαιωθείτε ότι το σιφόνι Mariotte έχει καθαριστεί από υγρό χρησιμοποιώντας τη λειτουργία καθαρισμού (δείτε το βίντεο) και επίσης βεβαιωθείτε ότι η στάθμη του υγρού δεν πέφτει κάτω από τον πυθμένα του σιφονιού Mariotte.

• Ξεκινήστε πρώτα με ένα μέγεθος σταγόνας 35ms
• Ρυθμίστε την καθυστέρηση κλείστρου στα 100ms
• Ρυθμίστε την καθυστέρηση φλας στα 150ms
• Αυξήστε την καθυστέρηση φλας σε βήματα +10ms έως ότου δείτε την πτώση να εμφανίζεται στην κορυφή του πλαισίου
• Μπορείτε τώρα να αυξήσετε την καθυστέρηση του φλας σε ολόκληρη την ακολουθία πτώσης
• Συνεχίστε να αυξάνετε την καθυστέρηση του φλας μέχρι να έχετε ένα πλήρες μεμονωμένο εκτόξευση
• Τώρα προσθέστε ένα δεύτερο μέγεθος πτώσης 35ms και καθυστέρηση περίπου 150ms
• Ρυθμίστε την πτώση δύο καθυστερήσεων σε βήματα +/- 10ms έως ότου εμφανιστεί στην κορυφή του πλαισίου πάνω από το πρώτο στόμιο αναρρόφησης
• Ρυθμίστε τη σταγόνα δύο καθυστερήσεων έως ότου η δεύτερη πτώση συγκρουστεί με το ανοδικό στόμιο από την πρώτη πτώση

Τώρα έχετε μια βασική σύγκρουση που συμβαίνει και μπορείτε να παίξετε με τις ρυθμίσεις για να έχετε το αποτέλεσμα που θέλετε.

Τα υγρά διαφορετικής πυκνότητας απαιτούν διαφορετικές ρυθμίσεις, αλλά μπορείτε να τα αποθηκεύσετε σε διαφορετικές διαμορφώσεις.

Βήμα 2: Βίντεο χρονικής παύσης συνεχόμενων πτώσεων

Εδώ παρουσιάζω ένα βίντεο - αυτό είναι μια σειρά από ξεχωριστές συνεχόμενες πτώσεις που λαμβάνονται ως φωτογραφίες με 10ms ή 5ms που προωθούν διαστήματα φλας για να παγώσουν την κίνηση. Έχω συρράψει στη συνέχεια τις προκύπτουσες ακίνητες εικόνες για να δημιουργήσω ένα σύντομο κινούμενο σχέδιο της ζωής μιας σταγόνας και την επακόλουθη σύγκρουση με μια δεύτερη πτώση.

Βήμα 3: Μηχανικός διανομέας πτώσης DropArt

Αναμφισβήτητα το πιο σημαντικό μέρος του έργου DropArt είναι ο μηχανικός διανομέας πτώσης. Αυτό το μέρος του σχεδιασμού είναι κρίσιμο για τη διασφάλιση σταθερού κανονικού μεγέθους πτώσης.

Η καρδιά του σχεδιασμού είναι μια μηχανική βαλβίδα που ανοίγει και κλείνει χρησιμοποιώντας ένα ελατήριο 12v φορτωμένο κανονικά κλειστό σολονοειδές. Αυτό το σολονοειδές ελέγχεται με ακρίβεια χρησιμοποιώντας τον πίνακα ελέγχου που βασίζεται σε μικροεπεξεργαστή.

Το δοχείο υγρού είναι ένας ακρυλικός σωλήνας OD 36mm, 30mm ID. Για να κλείσω τον σωλήνα, έχω τρισδιάστατη εκτύπωση στο HIPS ένα τελικό πώμα που έχει σχεδιαστεί για να δέχεται τυπικά εξαρτήματα σωλήνων 1/4 ιντσών (δείτε εικόνες). Οι σταγόνες διανέμονται από μια ουρά με συρματοπλέγματα - επίσης νήμα 1/4 ιντσών.

Η κορυφή του ακρυλικού σωλήνα είναι σφραγισμένη με λάστιχο μεγέθους 29. Το λάστιχο παρέχεται με μια κεντρική τρύπα στην οποία έχω τοποθετήσει έναν πλαστικό σωλήνα για να δημιουργήσω ένα σιφόνι Mariotte (βλ. Συγκεκριμένη ενότητα για το σιφόνι Mariotte).

Το σολονοειδές είναι κλειστό σε ένα μικρό πλαστικό κουτί έργου και συνδέεται με μια εξωτερική πρίζα.

Βήμα 4: Σχεδιασμός και επισκόπηση πίνακα ελέγχου DropArt

Σε αυτήν την ενότητα, παρουσιάζω ένα σύντομο βίντεο με επισκόπηση του πίνακα ελέγχου πρωτοτύπου DropArt και της κατασκευής του.

Βήμα 5: Διάγραμμα του πίνακα ελέγχου DropArt

Η εικόνα εδώ δείχνει το σχηματικό πίνακα ελέγχου. Μπορούμε να δούμε ότι με τη χρήση του ισχυρού μικροελεγκτή PIC το σχηματικό είναι σχετικά απλό.

Μπορείτε να κατεβάσετε το σχηματικό από εδώ:

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

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: στα βίντεο ο ρυθμιστής τάσης που χρησιμοποιείται είναι ο μικρός τύπος 78L05. Προτείνω σε οποιονδήποτε να κατασκευάσει αυτό το σχέδιο να χρησιμοποιήσει το μεγαλύτερο 7805 στο πακέτο TO220

Βήμα 6: DropArt - Πραγματικά χρήση του συστήματος

Σε αυτήν την ενότητα, παρουσιάζω ένα βίντεο που περιγράφει λεπτομερώς τον τρόπο χρήσης του συστήματος ελέγχου DropArt. Το βίντεο καλύπτει χρησιμοποιώντας το αυτόνομο υλικό και επίσης τη διεπαφή χρήστη ή το GUI που βασίζεται στα Windows.

Βήμα 7: DropArt - Εξέταση ακρίβειας και επαναληψιμότητας

Σε αυτό το βήμα, προσπαθώ να περιγράψω μια ακολουθία δύο σταγόνων και να επεξηγήσω την ακρίβεια χρονισμού του έργου DropArt.

Οριζόντιοι διαχωρισμοί παλμογράφων 50ms / σήμα.

Αρχικά, σκεφτείτε τη δεύτερη από τις δύο εικόνες. Αυτό είναι ένα πολύ απλό ίχνος από τον παλμογράφο μου που εμφανίζει το βασικό τσιμπούρι 1ms που σχηματίζει τη χρονική βάση για όλο το χρονοδιάγραμμα του έργου. Αυτό το τικ δημιουργείται στον μικροεπεξεργαστή PIC χρησιμοποιώντας έναν ενσωματωμένο χρονοδιακόπτη υλικού προγραμματισμένο να δημιουργεί μια διακοπή σε ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη χρονική βάση, το μέγεθος της πτώσης, η καθυστέρηση μεταξύ πτώσης, η καθυστέρηση κλείστρου και η καθυστέρηση φλας μπορούν να ελεγχθούν με μεγάλη ακρίβεια, παράγοντας πολύ επαναλαμβανόμενα αποτελέσματα.

Τώρα εξετάστε την πρώτη από τις δύο εικόνες:

Το μεσαίο μπλε ίχνος δείχνει απελευθέρωση δύο σταγόνων. Κάθε πτώση έχει περίοδο μεγέθους 50ms και πτώση 2 καθυστέρηση 150ms

Το κάτω ροζ ίχνος είναι η φωτιά λάμψης με καθυστέρηση 300ms μετά την απελευθέρωση drop 1 και χρόνος αναμονής 30ms

Το επάνω κίτρινο ίχνος δείχνει την απελευθέρωση κλείστρου. Αυτό έχει προγραμματισμένη καθυστέρηση 200ms. Ωστόσο, υποτίθεται ότι η κάμερα έχει υστέρηση κλείστρου 100ms, οπότε η απελευθέρωση κλείστρου είναι 100ms νωρίτερα από την προγραμματισμένη. Το κλείστρο παραμένει ανοιχτό για όλη τη διάρκεια της ακολουθίας (λειτουργία κάμερας Β). Το κλείστρο κλείνει μετά τη λήξη της περιόδου ανάφλεξης 30ms.

Βήμα 8: The Mariotte Siphon - Explained

Μια πολύ σημαντική πτυχή του σχεδιασμού είναι ο τρόπος ελέγχου της πίεσης του υγρού στην είσοδο της βαλβίδας. Καθώς η στάθμη του υγρού στη δεξαμενή πέφτει, η πίεση στην είσοδο της βαλβίδας πέφτει, επομένως μειώνεται και ο ρυθμός ροής του υγρού. Το μέγεθος πτώσης για κάθε δεδομένη χρονική στιγμή που η βαλβίδα είναι ανοικτή μειώνεται καθώς πέφτει το επίπεδο της δεξαμενής. Αυτό καθιστά τον έλεγχο των συγκρούσεων πτώσης δυναμικό και εξαρτάται από το επίπεδο υγρού. Το βίντεο σε αυτό το βήμα εξηγεί πώς λύθηκε αυτό το πρόβλημα.

Το δεύτερο πολύ σύντομο βίντεο δείχνει πώς η λειτουργία καθαρισμού DropArt μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ασταρώσει το σιφόνι Mariotte καθώς και να καθαρίσει ή να καθαρίσει τη μηχανική βαλβίδα.

Βήμα 9: Το πρόγραμμα εκκίνησης χρησιμοποιείται για αναβοσβήσιμο PIC

Αυτό το σύντομο βίντεο καταδεικνύει και εξηγεί τη λειτουργία του bootloader PIC που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αναβοσβήνει ξανά το PIC μέσω USB, αναιρώντας την ανάγκη χρήσης αποκλειστικού προγραμματιστή PIC.

Βήμα 10: Λίστα μερών DropArt

Επισυνάπτεται ένα έγγραφο word που περιέχει τα μέρη που χρησιμοποίησα για το εκπαιδευτικό

Αυτή είναι μια λίστα με τα μέρη που απαιτούνται για τη δημιουργία του έργου DropArt. Όλα τα ανταλλακτικά ένα είναι διαθέσιμα από τον εαυτό σας. Η εξαίρεση σε αυτό είναι το τελικό καπάκι για το ακρυλικό δοχείο υγρού που εκτύπωσα 3D. Έχω συνδέσει τον ακρυλικό σωλήνα OD 36mm τελικό καπάκι I (μορφή STL) σε αυτό το βήμα.

Ενεργά συστατικά

Μικροελεγκτής PIC18F2550. Όπως παρέχεται, αυτό είναι ένα μη προγραμματισμένο μέρος, επομένως πρέπει να αναβοσβήνει με το υλικολογισμικό DropArt. Εάν έχετε έναν κατάλληλο προγραμματιστή, μπορείτε να το κάνετε μόνοι σας, ή μπορώ να σας στείλω ένα προ -αναβοσβήνει μέρος ή μπορείτε να μου στείλετε ένα κενό μέρος για να αναβοσβήνει

• Μπλε σειριακή μονάδα LCD χαρακτήρων IIC 20x4
• Ρυθμιστής τάσης 78L05
• Οπτικός απομονωτής AN25 ή παρόμοιος-2 μακριά
• MOC3020 opto-triac
• IRF9530 P-channel FET ή παρόμοιο
• TLS106 SCR Thyristor ή παρόμοιο
• LEDs 2 σβηστά

Παθητικά συστατικά

• Δίοδος 1N4001 (προστασία αντίστροφης πολικότητας)
• 100nf κεραμικοί πυκνωτές 3 off
• 22uf ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 16uf ή παρόμοιος 2 off
• Κεραμικοί πυκνωτές 22pf 2 μακριά
• Μολύβδινο κρυστάλλου 4MHz HC49/4H
• Απομονωμένο δίκτυο αντιστάσεων SIL 8 ακίδων 1,8K 2 απενεργοποιημένο
• Κοινό δίκτυο αντιστάσεων SIL 8 pin 4.7k 1 off
• Αντίσταση 470R 1/4W 1 μακριά
• Αντίσταση 10K 1/4W 2 μακριά

Συνδετήρες

• Υποδοχή τροφοδοσίας βάσης πλακέτας 2,5 mm
• Βύσμα/πρίζα τροφοδοσίας πλαισίου 2,5 mm
• Μονο υποδοχή 2,5mm (ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα)
• Μονο υποδοχή 3,5 mm 2 off (κλείστρο και φλας)
• Θηλυκή πρίζα USB τύπου Β 90 βαθμών DIP
• Κεφαλίδα καρφιτσών 2,54mm 4 κατευθύνσεων
• DIL 28pin περιστρεφόμενη πρίζα IC υποδοχή
• Το DIL 6pin απενεργοποίησε την πρίζα IC 3 του πείρου

Αλλα

• 12cm x 8cm FR-4 σανίδα πρωτοτύπου με επιμετάλλωση
• Πιέστε για να ανοίξετε μικροσκοπικά κουμπιά
• Περιστροφικός διακόπτης κωδικοποιητή 2 bit Γκρι κωδικοποιημένος
• Κουμπί ελέγχου για προσαρμογή περιστροφικού κωδικοποιητή

Μηχανική

• Διαυγής ακρυλικός σωλήνας 36mm OD 30mm ID και μήκος 18cm
• Τερματικό καπάκι (τρισδιάστατη εκτύπωση) για ακρυλικό σωλήνα OD 36mm
• Τύπος σιφονιού Mariotte που ταιριάζει στο κέντρο του κορμού μήκους 16εκ
• Λαστιχένιο κούμπωμα μεγέθους 29 με κεντρική τρύπα
• Ουρά από συρματόπλεκτο σωλήνα 1/4”σπείρωμα x 4mm υπάρχει διάφραγμα
• Γυναικείο διάφραγμα BSPP με παξιμάδι στερέωσης 1/4 ίντσας
• Θηλή βαρελιού 1/4 ίντσας
• 12V DC 4W ηλεκτρική ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα αέρος/αέριο/νερό/καύσιμο κανονικά κλειστή 1/4 ιντσών αμφίδρομα

Βήμα 11: Συμπέρασμα και σκέψεις

Μου άρεσε πολύ η κατασκευή και η τελειοποίηση αυτού του έργου. Τα έργα μου ξεκινούν σχεδόν πάντα από την ίδια αφετηρία. Ενδιαφέρομαι για κάτι που μπορεί να απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό. Έχοντας βρει και αγοράσει συχνά εξοπλισμό, είμαι τόσο συχνά απογοητευμένος με την ποιότητα και τη λειτουργικότητα και στη συνέχεια αισθάνομαι υποχρεωμένος να σχεδιάσω και να φτιάξω τον δικό μου εξοπλισμό για να κάνω σωστά τη δουλειά που απαιτείται. Αυτό συνέβη πράγματι με το έργο DropArt.

Το έργο DropArt μου επιτρέπει τώρα να πραγματοποιώ συγκρούσεις πτώσης υγρού με σχεδόν 100% επαναληψιμότητα, ώστε να μπορώ να επικεντρωθώ στις εικόνες και όχι στην απογοήτευση της λήψης εκατοντάδων εικόνων με την ελπίδα να πάρω μερικές συγκρούσεις πτώσης.

Παράγω και δημοσιεύω αυτά τα άρθρα με οδηγίες για τρεις λόγους. Πρώτον, μου αρέσει πολύ να παράγω το Instructable καθώς παρέχει έναν τρόπο τεκμηρίωσης του έργου και λειτουργεί ως κλείσιμο. Δεύτερον, ελπίζω προφανώς ότι οι άνθρωποι θα διαβάσουν και θα απολαύσουν το άρθρο, ίσως ακόμη και να μάθουν κάτι νέο. Και τρίτον, να παρέχουμε βοήθεια και υποστήριξη σε όποιον θέλει να έχει μια ρωγμή στο χτίσιμο του έργου. Έχω περάσει ολόκληρη την επαγγελματική μου ζωή ως μηχανικός σχεδιασμού σε ηλεκτρονικά και λογισμικό. από νεαρή ηλικία, ένας εξαιρετικά έμπειρος χομπίστας ηλεκτρονικών. Μου αρέσει πολύ να βοηθάω άλλους που ίσως θέλουν να δημιουργήσουν για τον εαυτό τους αλλά χρειάζονται λίγη καθοδήγηση και υποστήριξη.

Οι συνημμένες εικόνες δείχνουν τη ρύθμιση του DropArt στο εργαστήριό μου.

Μη διστάσετε να σχολιάσετε ή να στείλετε ιδιωτικό μήνυμα εάν χρειάζεστε περισσότερες λεπτομέρειες.

Πολλά ευχαριστώ, Ντέιβ