Ρολόι υψηλής ταχύτητας για βίντεο αργής κίνησης: 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Σχεδόν όλοι με μοντέρνο smartphone διαθέτουν κάμερα υψηλής ταχύτητας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία εντυπωσιακών βίντεο αργής κίνησης. Αλλά αν θέλετε να μετρήσετε πόσο χρόνο χρειάζεται πραγματικά για να σκάσει αυτή η φούσκα σαπουνιού ή να εκραγεί αυτό το καρπούζι, μπορεί να δυσκολευτείτε να εμφανίσετε την ώρα στα βίντεό σας: ένα χρονόμετρο έχει πολύ μικρή οθόνη και έχει ακρίβεια μόνο 1/100 του δευτερολέπτου. Αν θέλετε να κάνετε ποσοτικές μετρήσεις, διαπίστωσα ότι ο δημοσιευμένος ρυθμός καρέ μιας φωτογραφικής μηχανής δεν είναι κάτι στο οποίο μπορείτε να βασιστείτε!

Ευτυχώς, είναι πραγματικά εύκολο να κατασκευάσετε ένα ρολόι με ακρίβεια ms και έντονα μεγάλα ψηφία χρησιμοποιώντας ένα Arduino και μια τετραψήφια οθόνη 7 τμημάτων. Επιπλέον, οι 12 ακίδες από μια τυπική οθόνη 0,56”ταιριάζουν ακριβώς με τη διάταξη καρφιτσών του Arduino Nano και μπορούν να κολληθούν απευθείας σε αυτό.

Δεν υπάρχει εκκίνηση/διακοπή/επαναφορά σε αυτό το χρονόμετρο. Αρχίζει να λειτουργεί μόλις το ενεργοποιήσετε και ξεχειλίζει μετά από 10 δευτερόλεπτα. Η ιδέα είναι ότι για να μετρήσουμε τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης διαδικασίας, ούτως ή άλλως μετράμε τη χρονική διαφορά μεταξύ του τέλους και της αρχής.

Βήμα 1: Υλικά

• Ένα Arduino Nano, χωρίς τις επικεφαλίδες κολλημένες πάνω του.
• Τετραψήφια οθόνη 0,56”7 τμημάτων. Τόσο η κοινή άνοδος όσο και η κοινή κάθοδος είναι εντάξει

Σε περίπτωση που θέλετε να το βάλετε σε ένα ανθεκτικό κουτί και να λειτουργεί με μπαταρίες σε 2 μπαταρίες ΑΑ, προσθέστε:

• Ένα ηλεκτρονικό κουτί έργου 60x100x25
• Υποδοχή μπαταρίας 2xAA
• Μια ενότητα ενίσχυσης
• Ένας διακόπτης ενεργοποίησης/απενεργοποίησης 10x15mm

Απαιτούνται εργαλεία

Συγκολλητικό σίδερο

Για να το τοποθετήσετε σε κουτί:

• Ένα περιστροφικό εργαλείο για την ακατέργαστη κοπή των οπών για την οθόνη και το διακόπτη
• Χειροποίητα αρχεία για λεπτή κοπή των οπών
• Ένα πιστόλι θερμής κόλλας για να στερεώσει τα εξαρτήματα στη θέση τους.

Βήμα 2: Σύνδεση του Arduino με την οθόνη

Είναι εκπληκτικό ότι οι ακίδες μιας τυπικής τετραψήφιας οθόνης 7 τμημάτων ταιριάζουν με τη διάταξη ενός Arduino Nano με τέτοιο τρόπο ώστε και οι 12 ακίδες της οθόνης να συνδέονται με ακίδες IO του Arduino. Αυτό επιτρέπει τη συγκόλληση της οθόνης απευθείας στο Arduino χωρίς να χρειάζεται PCB, συνδετήρες ή καλώδια.

Συγκολλήστε τις κάτω ακίδες της οθόνης (αναγνωρίσιμες από τις δεκαδικές κουκίδες και την εκτύπωση) στις αναλογικές ακίδες A0-A5. Συγκολλήστε τις κορυφαίες ακίδες της οθόνης στις ψηφιακές ακίδες D4-D9.

Τα κόκκινα LED έχουν πτώση τάσης μόνο 2V, οπότε η σύνδεσή τους σε 5V συνήθως δεν είναι καλή ιδέα και συνήθως εφαρμόζεται μια σειρά αντίστασης για τον περιορισμό του ρεύματος. Ωστόσο, ίσως λόγω της παρεμβολής, διαπίστωσα ότι λειτουργεί εντάξει χωρίς αντιστάσεις σειράς. Εάν όχι, εδώ είναι μια λεπτομερής οδηγία σχετικά με τον τρόπο προσθήκης αντιστάσεων σειράς απευθείας στο Arduino Nano

Βήμα 3: Ο κώδικας

Ανεβάστε το συνημμένο σκίτσο στο Arduino Nano. Ο παρών κώδικας είναι για μια οθόνη κοινής ανόδου, αλλά οι γραμμές για την κοινή κάθοδο δεν μπορούν να σχολιαστούν.

Μόλις μεταφορτωθεί ο κώδικας, το χρονόμετρο θα πρέπει να ξεκινά κάθε φορά που ξεκινά το Arduino. Μπορείτε να σταματήσετε εδώ ή να δείτε στην επόμενη ενότητα ένα παράδειγμα πώς να το τοποθετήσετε σε ένα ανθεκτικό κουτί και να το κάνετε να λειτουργεί με μπαταρία.

Μερικά σχόλια σχετικά με τον κώδικα:

Ο χρόνος λαμβάνεται από τις συναρτήσεις micro (), αντί της συνάρτησης millis (), για δύο καλούς λόγους: Η εφαρμογή Arduino του millis () είναι τρομερή: αυξάνονται κάθε 1.024 ms και, στη συνέχεια, κάθε τόσο ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου παραλείπεται για να αντισταθμίσει! Δεν έχουν όλα τα Arduinos κρύσταλλα υψηλής ακρίβειας. Εάν διαπιστώσετε ότι έχετε απενεργοποιήσει περισσότερο από ένα permille, μπορείτε να ρυθμίσετε το διαχωριστικό στη γραμμή "unsigned long t = micros ()/1000;" για να κάνει το ρολόι να πηγαίνει πιο γρήγορα ή πιο αργά.

Τα ψηφία παρεμβάλλονται, πράγμα που σημαίνει ότι μόνο ένα ψηφίο ανάβει σε μια συγκεκριμένη ώρα. Κατά την αλλαγή των τμημάτων ενός ψηφίου, όλα τα ψηφία είναι απενεργοποιημένα, έτσι ώστε κανένα ψηφίο απορριμμάτων να μην εμφανίζεται ανά πάσα στιγμή. Μέτρησα τη συχνότητα ενημέρωσης των ψηφίων σε 750 μικροδευτερόλεπτα, οπότε κάθε ψηφίο ενημερώνεται τουλάχιστον μία φορά κάθε χιλιοστό του δευτερολέπτου!

Δεν έχω βελτιστοποιήσει σοβαρά το ρολόι για ταχύτητα, καθώς η τρέχουσα ταχύτητα είναι αρκετά καλή για την εμφάνιση χιλιοστών του δευτερολέπτου. Νομίζω ότι το Arduino θα μπορούσε να φτιαχτεί για να δείχνει δύο ψηφία περισσότερα (που αντιστοιχούν στα 100 και 10 μικροδευτερόλεπτα), αλλά θα απαιτούσε

• Απενεργοποίηση διακοπών και άμεση χρήση των χρονομετρητών
• Απευθείας χειρισμός θύρας
• Σύνδεση όλων των τμημάτων σε μία μόνο θύρα και των ψηφίων σε άλλη θύρα
• Αποφύγετε τον ρητό υπολογισμό των ψηφιακών τιμών, αλλά χρησιμοποιήστε αυξήσεις (οι λειτουργίες διαίρεσης και συντελεστή είναι αργές)

Αν μπορούσα να πάρω μια κάμερα αργής κίνησης με> 1000 fps θα μπορούσα να την δοκιμάσω, προς το παρόν είμαι ευχαριστημένος με την ακρίβεια ms.

Βήμα 4: Τοποθετήστε το σε κουτί

Ένα φθηνό ηλεκτρονικό κουτί έργου 100x60x25mm, όχι αδιάβροχο, ταιριάζει εύκολα σε αυτό το χρονόμετρο, μαζί με μπαταρίες, μονάδα επιτάχυνσης και διακόπτη on/off. Για τη λειτουργία της μπαταρίας, ένας συνδυασμός 2 μπαταριών ΑΑ με μια μονάδα επιτάχυνσης θα δώσει μια ασφαλή και σταθερή τάση 5V στο Arduino. Βάζοντας έναν διακόπτη ενεργοποίησης/απενεργοποίησης απευθείας στην μπαταρία (αντί στην έξοδο του επιταχυντή), οι μπαταρίες δεν επηρεάζονται από διαρροές από τη μονάδα συσσώρευσης και μπορούν να διαρκέσουν χρόνια, εάν χρησιμοποιούνται σποραδικά.

Η μονάδα αναβάθμισης που χρησιμοποίησα είχε μια θηλυκή υποδοχή USB, την οποία αφαίρεσα με πένσα, για να μπορέσω να συγκολλήσω καλώδια στην έξοδο. Εναλλακτικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα ρυθμιζόμενο βήμα-βήμα και να το ορίσετε σε έξοδο 5V.

Ξεκινήστε κόβοντας τις δύο οπές που αντιστοιχούν στην οθόνη και τον διακόπτη on/off. Σχεδίασα με ένα μολύβι τις κατά προσέγγιση τρύπες, έπειτα έκοψα τις τρύπες πολύ μικρές με ένα περιστροφικό εργαλείο και στη συνέχεια τις κατέθεσα με αρχεία χειρός στο ακριβώς αντίστοιχο μέγεθος.

Κόψτε μέρος του εύκαμπτου κόκκινου και μαύρου καλωδίου πολλαπλών καλωδίων από το κουτί της μπαταρίας και συνδέστε τα στη μονάδα επιτάχυνσης, με το θετικό ή το αρνητικό να διακόπτεται από έναν διακόπτη on/off. Στη συνέχεια, από τη μονάδα αναβάθμισης κατευθείαν στο GND και το +5V ή το Arduino.

Χρησιμοποίησα θερμή κόλλα για να διατηρήσω όλα τα στοιχεία στη θέση τους: το κουτί της μπαταρίας, τη μονάδα επιτάχυνσης και γύρω από τις πλευρές της οθόνης.

Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα χρονόμετρο σε ένα στιβαρό κουτί με μια νεκρή-απλή λειτουργία!