DropArt - Collider fotografico di precisione a due gocce: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ciao a tutti, In questo tutorial presento il mio progetto per un collisore a due gocce di liquido controllato da computer. Prima di iniziare con i dettagli del design, penso che abbia senso spiegare esattamente qual è lo scopo del design.

Un ramo della fotografia divertente, interessante e bello consiste nel catturare immagini di goccioline liquide mentre colpiscono una pozza di liquido simile. Questo di per sé può produrre immagini interessanti. Per ottenere delle immagini davvero fantastiche, dobbiamo far scontrare due gocce di liquido. Quindi la prima goccia colpisce la pozza di liquido e crea quello che io chiamo un "beccuccio" che si alza dalla pozza direttamente sopra il punto in cui la prima goccia ha avuto l'impatto. Ora una seconda goccia, temporizzata con precisione, colpisce la parte superiore del "beccuccio in alto" facendo esplodere il liquido verso l'esterno per generare forme straordinarie e uniche.

Lo scopo del mio design DropArt è fornire le seguenti funzionalità:

• Per rilasciare una goccia di liquido con una dimensione ripetibile
• Per rilasciare una seconda goccia di liquido con dimensioni ripetibili e tempi di precisione rispetto alla prima goccia
• Per controllare un otturatore della fotocamera per catturare una collisione di gocce
• Per controllare una testa del flash per congelare la collisione in un momento preciso nel tempo
• Fornire un controller autonomo di facile utilizzo che offra la possibilità di controllare tutti i parametri e configurazioni multiple
• Per fornire un'interfaccia utente intuitiva basata su Windows o una GUI collegata tramite USB
• Per fornire un bootloader per facilitare il re-flash del firmware tramite USB

Dovrebbe esserci anche una protezione adeguata tra la scheda di controllo e la fotocamera collegata e i dispositivi flash.

Passaggio 1: diamo prima un'occhiata ad alcuni risultati…

Prima di entrare nei dettagli del design, diamo prima un'occhiata ad alcuni risultati del progetto DropArt. Se tu, come lettore, ti piacciono i risultati, potresti voler esaminare ulteriormente il design e magari avere una crepa nel costruirne uno tu stesso per il quale fornirò supporto.

Aspetti importanti della fotografia DropArt

Va notato che per ottenere i migliori risultati la fotocamera è impostata sulla modalità B (o bulb). Ciò significa che finché l'otturatore è premuto, l'otturatore rimane aperto. Questa è la modalità che trovo funziona meglio per la fotografia DropArt. In realtà è il flash che cattura il momento e non l'otturatore della fotocamera. Per ottenere una breve durata del flash, la potenza di uscita del flash deve essere ridotta al minimo. Tendo a utilizzare due piccole unità flash impostate manualmente su una bassa potenza di uscita (vedi immagine in conclusione). Un'unità flash è accoppiata al controller DropArt e viene attivata tramite un cavo. La seconda testina del flash è otticamente asservita dalla prima.

Poiché siamo in modalità B, la luce ambientale eccessiva causerà la sfocatura dell'immagine. Pertanto, la fotografia di caduta dovrebbe essere eseguita con un'illuminazione soffusa, luce sufficiente per vedere cosa stai facendo. In genere scatto immagini intorno a f11 e quindi gli effetti dovuti alla luce ambientale sono ridotti al minimo.

Tecnica di base e configurazione

Va notato che ogni configurazione varierà leggermente e devi essere paziente e metodico Una volta che hai una collisione di base di due gocce, troverai i risultati ripetibili quasi al 100%. Per la configurazione di base di seguito stavo usando l'acqua del rubinetto con il colorante alimentare rosso. Il distributore di gocce si trovava a circa 25 cm sopra la pozza di liquido.

Assicurati che il sifone Mariotte venga spurgato dal liquido utilizzando la funzione di spurgo (vedi esempio video) e assicurati anche che il livello del liquido non scenda al di sotto del fondo del sifone Mariotte.

• Primo avvio con una singola goccia di 35 ms
• Imposta il ritardo dell'otturatore su 100 ms
• Imposta il ritardo del flash su 150 ms
• Aumenta il ritardo del flash con incrementi di +10 ms fino a quando non vedi apparire la goccia nella parte superiore del fotogramma
• Ora puoi aumentare il ritardo del flash durante l'intera sequenza di rilascio
• Continua ad aumentare il ritardo del flash fino a quando non hai un singolo beccuccio a goccia pieno
• Ora aggiungi una seconda dimensione della goccia 35 ms e un ritardo di circa 150 ms
• Regola il ritardo di due gocce con incrementi di +/- 10 ms fino a quando non appare nella parte superiore della cornice sopra il primo beccuccio a caduta
• Regola il ritardo di due gocce fino a quando la seconda goccia si scontra con il beccuccio in alto dalla prima goccia

Ora che si verifica una collisione di base, puoi giocare con le impostazioni per ottenere l'effetto desiderato.

Liquidi di densità diversa richiedono impostazioni diverse, ma è possibile conservarli nelle diverse configurazioni.

Passaggio 2: video time lapse di drop consecutivi

Qui presento un video - questa una serie di cadute consecutive separate prese come immagini fisse con intervalli di flash di avanzamento di 10 ms o 5 ms per congelare il movimento. Ho quindi unito le immagini fisse risultanti per produrre una breve animazione della vita di una goccia e la successiva collisione con una seconda goccia.

Passaggio 3: erogatore di gocce meccanico DropArt

Probabilmente la parte più importante del progetto DropArt è il distributore di gocce meccanico. Questa parte del design è fondamentale per garantire una dimensione regolare delle gocce.

Il cuore del design è una valvola meccanica che viene aperta e chiusa utilizzando un solonoide normalmente chiuso caricato a molla da 12 V. Questo solonoide è controllato con precisione utilizzando la scheda di controllo a microprocessore.

Il recipiente del liquido è un tubo acrilico con diametro esterno di 36 mm e diametro interno di 30 mm. Per chiudere il tubo, ho stampato in 3D in HIPS un cappuccio terminale progettato per accettare raccordi per tubi standard da 1/4 di pollice (vedi immagini). Le gocce vengono erogate da una coda del tubo spinato, anch'essa filettata da 1/4 di pollice.

La parte superiore del tubo acrilico è sigillata con un tappo di gomma di dimensione 29. Il tappo in gomma viene fornito con un foro centrale nel quale ho inserito un tubo di plastica per creare un sifone Mariotte (vedi sezione specifica sul sifone Mariotte).

Il solonoide è racchiuso in una piccola scatola di plastica e collegato a una presa di corrente esterna.

Passaggio 4: progettazione e panoramica della scheda di controllo DropArt

In questa sezione, presento un breve video che illustra la scheda di controllo del prototipo DropArt e la sua costruzione.

Passaggio 5: schema della scheda di controllo DropArt

L'immagine qui mostra lo schema della scheda di controllo di controllo. Possiamo vedere che utilizzando il potente microcontrollore PIC lo schema è relativamente semplice.

Puoi scaricare lo schema qui:

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

NOTA: nei video il regolatore di tensione utilizzato è il piccolo tipo 78L05. Suggerisco a chiunque costruisca questo progetto di utilizzare il 7805 più grande nel pacchetto TO220

Passaggio 6: DropArt - Utilizzo effettivo del sistema

In questa sezione, presento un video che spiega in dettaglio come utilizzare effettivamente il sistema di controllo DropArt. Il video copre l'utilizzo dell'hardware autonomo e anche l'interfaccia utente o GUI basata su Windows.

Passaggio 7: DropArt - Esame di precisione e ripetibilità

In questo passaggio, tento di descrivere una sequenza di due gocce e di illustrare l'accuratezza temporale del progetto DropArt.

Divisioni orizzontali dell'oscilloscopio 50ms/mark.

Inizialmente, considera la seconda delle due immagini. Questa è una traccia molto semplice dal mio oscilloscopio che mostra il tick di base di 1 ms che costituisce la base dei tempi per tutti i tempi del progetto. Questo tick viene generato nel microprocessore PIC utilizzando un timer hardware integrato programmato per generare un'interruzione in un preciso momento. Utilizzando questa base dei tempi, la dimensione della goccia, il ritardo tra le gocce, il ritardo dell'otturatore e il ritardo del flash possono essere controllati in modo molto accurato producendo risultati molto ripetibili.

Consideriamo ora la prima delle due immagini:

La traccia blu centrale mostra un rilascio a due gocce. Ogni caduta ha un periodo di 50 ms e un ritardo di caduta 2 di 150 ms

La traccia rosa in basso è il flash con un ritardo di 300 ms dopo il rilascio di drop 1 e un tempo di attesa di 30 ms

La traccia gialla in alto mostra il rilascio dell'otturatore. Questo ha un ritardo programmato di 200 ms. Tuttavia, si presume che la fotocamera abbia un ritardo dell'otturatore di 100 ms, quindi il rilascio dell'otturatore è di 100 ms prima di quanto programmato. L'otturatore rimane aperto per tutta la durata della sequenza (modalità fotocamera B). L'otturatore viene chiuso dopo che è trascorso il periodo di flash on di 30 ms.

Passaggio 8: il sifone Mariotte - Spiegazione

Un aspetto molto importante del design è come controllare la pressione del liquido all'ingresso della valvola. Quando il livello del liquido nel serbatoio diminuisce, la pressione all'ingresso della valvola diminuisce quindi anche la portata del liquido. La dimensione della goccia per un dato momento in cui la valvola è aperta diminuisce man mano che il livello del serbatoio diminuisce. Ciò rende il controllo delle collisioni delle gocce dinamico e dipendente dal livello del liquido. Il video in questo passaggio spiega come è stato risolto questo problema.

Il secondo video molto breve mostra come la funzione di spurgo DropArt può essere utilizzata per adescare il sifone Mariotte e per spurgare o pulire la valvola meccanica.

Passaggio 9: Bootloader utilizzato per il re-flashing del PIC

Questo breve video dimostra e spiega il funzionamento del bootloader PIC che può essere utilizzato per eseguire il re-flash del PIC tramite USB, eliminando la necessità di utilizzare un programmatore PIC dedicato.

Passaggio 10: elenco delle parti DropArt

In allegato c'è un documento word che elenca le parti che ho usato per l'istruibile

Questo è un elenco delle parti necessarie per costruire il progetto DropArt. Tutte le parti tranne una sono disponibili da solo. L'eccezione a questo è il tappo terminale per il recipiente liquido acrilico che ho stampato in 3D. Ho attaccato il tubo acrilico OD 36mm end cap modeI (formato STL) a questo passaggio.

Componenti attivi

Microcontrollore PIC18F2550. Come fornito, questa è una parte non programmata, quindi deve essere flashata con il firmware DropArt. Se hai un programmatore adatto puoi farlo da solo, oppure posso inviarti una parte pre flashata o puoi inviarmi una parte vuota per il flashing

• Modulo LCD seriale blu IIC 20x4 caratteri
• 78L05 regolatore di tensione
• Isolatore ottico AN25 o simile – 2 off
• MOC3020 opto-triac
• IRF9530 FET canale P o simile
• Tiristore TLS106 SCR o simile
• LED 2 spenti

Componenti passivi

• Diodo 1N4001 (protezione contro l'inversione di polarità)
• Condensatori ceramici 100nf 3 off
• Condensatore elettrolitico 22uf 16v o simile 2 off
• Condensatori ceramici 22pf 2 off
• Cristallo 4MHz HC49/4H al piombo
• Rete di resistori isolati SIL 8 pin 1,8 K 2 off
• Rete di resistori comuni SIL 8 pin 4.7k 1 off
• Resistore 470R 1/4W 1 spento
• Resistenza 10K 1/4W 2 off

Connettori

• Presa di alimentazione per montaggio su scheda da 2,5 mm
• Spina/presa di alimentazione per montaggio su chassis da 2,5 mm
• Presa jack mono da 2,5 mm (solenoide)
• Presa jack mono da 3,5 mm 2 off (otturatore e flash)
• Presa USB tipo B DIP a 90 gradi femmina
• Pin header 2,54mm 4 vie
• Presa IC DIL a 28 pin con pin tornito
• DIL 6pin pin girato IC presa 3 off

Altro

• Scheda di prototipazione FR-4 da 12 cm x 8 cm placcata con foro passante
• Premi per creare pulsanti in miniatura con foro passante
• Commutatore encoder rotativo 2 bit codificato Gray
• Manopola di controllo per adattarsi all'encoder rotativo

Meccanica

• Tubo acrilico trasparente 36 mm OD 30 mm ID e 18 cm di lunghezza
• Tappo terminale (stampa 3D) per tubo acrilico OD 36 mm
• Tipo di sifone Mariotte per adattarsi al centro del tappo di 16 cm di lunghezza
• Tappo in gomma misura 29 con foro centrale
• Coda del tubo spinato 1/4" filettatura x 4 mm di apertura esistente
• Raccordo a paratia femmina BSPP con dado di fissaggio 1/4 di pollice
• Nipplo a botte 1/4 di pollice
• 12V DC 4W elettrovalvola elettrica aria/gas/acqua/combustibile normalmente chiusa 1/4 di pollice a due vie

Passo 11: Conclusione e pensieri

Mi è piaciuto molto costruire e perfezionare questo progetto. I miei progetti partono quasi sempre dallo stesso punto di partenza. Mi interessa qualcosa che potrebbe richiedere attrezzature specialistiche. Avendo trovato e acquistato spesso attrezzature, sono così spesso deluso dalla qualità e dalla funzionalità e successivamente mi sento obbligato a progettare e costruire la mia attrezzatura per svolgere correttamente il lavoro richiesto. Questo è stato davvero il caso del progetto DropArt.

Il progetto DropArt ora mi consente di eseguire collisioni di gocce di liquido con una ripetibilità vicina al 100% in modo da potermi concentrare sulle immagini piuttosto che sulla frustrazione di scattare centinaia di immagini sperando di ottenere alcune collisioni di gocce.

Produco e pubblico questi articoli Instructable per tre motivi. In primo luogo, mi piace molto produrre Instructable in quanto fornisce un modo per documentare il progetto e funge da chiusura. In secondo luogo, spero ovviamente che le persone leggano e apprezzino l'articolo, magari anche imparando qualcosa di nuovo. E in terzo luogo, fornire aiuto e supporto a chiunque voglia provare a costruire il progetto. Ho trascorso tutta la mia vita lavorativa come ingegnere progettista in elettronica e software; fin dalla tenera età, un appassionato di elettronica eccezionalmente appassionato. Mi piace molto aiutare gli altri che forse vogliono costruire da soli ma hanno solo bisogno di un po' di guida e supporto.

Le immagini allegate mostrano la mia configurazione DropArt nel mio laboratorio.

Non esitate a commentare o inviare un messaggio privato se avete bisogno di ulteriori dettagli.

Grazie molto, dave