Fotocamera a raggi infrarossi incrociati/attivazione flash: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:05

Questo dispositivo attiverà una fotocamera o un'unità flash per scattare automaticamente una foto quando un oggetto (bersaglio) entra in una posizione specifica. Utilizza due raggi di luce a infrarossi incrociati per rilevare la presenza del bersaglio e chiudere un relè che fa scattare la fotocamera o l'unità flash. Il tempo di risposta è di circa 2 ms dal rilevamento alla chiusura del relè, quindi se la tua fotocamera non ha un lungo ritardo dell'otturatore, catturerà anche i bersagli in rapido movimento.

La parte ottica del dispositivo è costituita da due LED IR e due circuiti integrati ottici Sharp IS471FE (OPIC). I circuiti integrati ottici hanno modulatori LED e rilevatori sincroni integrati, quindi non vedranno la luce dei LED dell'altro. Le uscite degli OPIC sono collegate a un microcontrollore PIC a 8 pin che gestisce l'interpretazione dei segnali di ingresso e il pilotaggio del relè e un LED visibile che indica la modalità operativa. Sebbene ci siano 11 modalità operative, il controller ha un'interfaccia utente molto semplice composta da un interruttore a pulsante e un LED. All'accensione, se i raggi sono correttamente allineati e ininterrotti, il LED si accende continuamente per 1 secondo, quindi si spegne per indicare che l'unità è pronta per funzionare in modalità continua. In tale modalità il relè si chiuderà e rimarrà chiuso e il LED si accenderà finché entrambi i raggi IR saranno interrotti. L'unità è ora pronta per la connessione alla fotocamera. Con alcuni target potresti voler scattare più di una foto quando il target interrompe i raggi IR. Ho incluso una funzione di intervallometro di base nel controller per consentire alle fotocamere che non dispongono di una modalità di fuoco rapido incorporata di scattare più foto purché i raggi IR siano interrotti. Premendo una volta il pulsante di selezione della modalità, il controller esce dalla modalità continua e lo mette in modalità a impulsi. Il LED lampeggerà una volta per indicare che il relè si chiuderà 1 volta al secondo. Alcune fotocamere sono più veloci, quindi premendo nuovamente il pulsante si sposteranno fino a 2 impulsi al secondo. Premendo ripetutamente il pulsante, la velocità aumenterà da 1 pps fino a 10 pps, ogni volta che il LED lampeggerà per indicare la frequenza degli impulsi. Tenendo premuto il pulsante per 2,3 secondi si ripristina l'unità e si torna alla modalità continua.

Passaggio 1: raccogliere le parti elettroniche

Ecco le liste delle parti per la roba elettronica.

Tutta l'elettronica può essere ottenuta da Digikey o da altre fonti. Avrai anche bisogno di un mucchio di fili di diversi colori. Dovrai essere in grado di programmare il microcontrollore PIC: un PICKit2 o ICD-2 o uno qualsiasi delle centinaia di altri programmatori può fare il lavoro. Un programmatore adatto costerà circa $ 20, ma una volta che lo avrai troverai tutti i tipi di progetti che possono utilizzare i microcontrollori e ne trarranno molto uso. Quando ho acquistato il mio PICKit2 da digikey ho ordinato un pacchetto di accessori di cinque chip PIC10F206 con adattatori DIP a 8 pin. L'IC è in un piccolo pacchetto SOT23 che va bene se hai intenzione di realizzare un PCB ma piuttosto inutile per breadboarding e progetti di costruzione una tantum. Il 10F206 è disponibile anche in un pacchetto DIP a 8 pin, ti suggerisco di usarlo. Non ho fornito informazioni sul layout del PCB per il controller qui perché non ho usato un PCB. Il circuito è così semplice che sembra un po' sciocco realizzare un PCB per esso. Ci sono solo 4 parti sulla scheda: il relè, l'uC, il cappuccio di bypass e un resistore. Il circuito richiede meno parti di un circuito con chip timer 555. Basta tagliare una scheda perf per adattarla alla scatola che stai usando e collegare la cosa. Dovrebbero volerci 30 minuti dall'inizio alla fine. I circuiti ottici sono piuttosto semplici: un circuito integrato, un cappuccio e un LED. Il LED e il circuito integrato ottico vanno negli angoli diagonalmente opposti del telaio del tubo, quindi avrai bisogno di un mucchio di filo colorato. Ho "assemblato" l'IC e il condensatore su piccoli pezzi di scheda perf che si inseriscono nei tappi per i raccordi a gomito in PVC nel telaio - vedi foto nella pagina successiva.

Passaggio 2: il programma

Il PIC10F206 è un pezzo davvero semplice, senza interruzioni e solo uno stack a 2 livelli, quindi non puoi fare nessuna subroutine annidata, vedrai come risultato un uso liberale di goto nel programma. Il chip funziona a 4 MHz utilizzando l'oscillatore RC interno, quindi esegue 1 milione di istruzioni al secondo. Quando un oggetto interrompe i raggi IR, i chip IS471 impiegano circa 400 noi per cambiare stato. Da lì, l'uC ha bisogno di pochi microsecondi per rilevare il cambiamento e ordinare la chiusura del relè. Il relè impiega circa 1,5 ms per chiudersi con conseguente ritardo totale di circa 2 ms dai raggi interrotti alla chiusura del relè. Ho sviluppato il chip di programma utilizzando MPLAB. È l'assembler/IDE gratuito di Microchip Tech. Ho anche usato il mio clone cinese ICD2 (circa $ 50 su ebay) per programmare effettivamente l'IC. Avevo bisogno di usare molti loop di ritardo, quindi ho cercato sul web e ho trovato un programma chiamato PICLoops qui: https://www.mnsi.net/~boucher/picloops.htmlPICLoops genera automaticamente il codice di assemblaggio del ciclo di temporizzazione per te se tu digli quale uC stai usando e la velocità di clock. Più tardi mi sono imbattuto in un programma online simile qui: https://www.piclist.com/techref/piclist/codegen/delay.htm Il secondo genererà ritardi accurati per un singolo ciclo di clock dove PICLoops non lo è abbastanza così preciso. O va bene per questa app perché il tempismo non è critico e l'uC è comunque in esecuzione su un oscillatore RC. Il programma salta principalmente avanti e indietro tra il controllo del pulsante della modalità e il controllo per vedere se i raggi sono interrotti. L'interruttore di modalità funziona tenendo conto del numero di volte in cui è stato premuto il pulsante. Ogni volta che si preme il pulsante, il ritardo tra gli impulsi al relè si riduce abbastanza da aumentare la frequenza degli impulsi di 1 Hz. La maggior parte del codice sono i diversi ritardi utilizzati dalle modalità a impulsi. Quando si cambia la modalità a impulsi, il LED lampeggia per indicare la nuova modalità. Puoi sapere qual è la nuova frequenza degli impulsi contando i lampeggi del LED: 4 volte significa 4 Hz, ecc. I lampeggi del LED sono stati cronometrati abbastanza lentamente da poter essere contati. Se l'unità è in modalità a impulsi a 10 Hz, premendo nuovamente il pulsante si torna alla modalità continua. È presente un timer watch-dog che viene eseguito durante l'esecuzione del programma. Se il timer non viene reimpostato prima che trabocchi, l'uC si ripristinerà da solo. Ecco perché tenendo premuto il pulsante della modalità per 2,3 secondi l'uC si ripristina in modalità continua. Quando premi il pulsante, l'uC attende che tu lo rilasci prima di fare qualsiasi cosa. Una delle prime cose che fa dopo averlo rilasciato è reimpostare il timer di watch-dog. Se non rilasci il pulsante, il timer di watch-dog trabocca e riavvia il programma in modalità continua. Ho allegato il file dell'elenco degli assembly per chi è curioso e il file.hex per chi vuole solo masterizzare il chip e basta. Accolgo con favore qualsiasi critica alla mia tecnica di programmazione da parte di qualcuno di voi esperti di assemblaggio PIC là fuori. Nota: il relè si chiude per 25 ms quando funziona in modalità a impulsi. Alcune fotocamere potrebbero richiedere un impulso più lungo. Quel ritardo è impostato nella riga che dice "call delay25" vicino alla parte superiore della sezione rlypuls del codice. Se 25 ms sono troppo brevi per la tua videocamera, cambia quella riga per dire "call delay50", quindi cambia la riga che dice "call delay75" per dire "call delay50". Ciò aumenterà il tempo di impulso a 50 ms e manterrà comunque tutte le frequenze di impulso a passi anche di 1 Hz. Il programma occupa solo 173 byte dei 512 byte disponibili nel chip, quindi puoi aggiungere tutti i tipi di funzionalità alla cosa se desideri, anche se l'interfaccia utente sarà in qualche modo limitante.

Passaggio 3: costruzione meccanica

Inizialmente ho provato a fare questa cosa con un tubo quadrato di 3 piedi da 1/2 ", ma ho scoperto che era quasi impossibile mantenere i raggi allineati. La distanza era troppo grande e il tubo troppo flessibile per mantenere l'allineamento del raggio. Sono passato a 3/ Un tubo da 4 "e un quadrato di 2 piedi e ora rimane tutto allineato abbastanza bene. Ho usato la maggior parte del tubo da 1/2" per fare cerbottane marshmallow per mio figlio, Alex, e alcuni dei suoi amici teppisti.

Avrai bisogno di un tubo da 3/4 "per il telaio principale e un tubo da 1/2" per i montanti verticali che ospitano i circuiti integrati ottici e i LED. È possibile ottenere gomiti da 3/4 "che hanno una connessione laterale filettata da 1/2", quindi procurarsi anche degli adattatori filettati da 1/2". La mia filosofia riguardo alla gestione dei progetti di tubi in PVC è quella di acquistare eccessivamente i raccordi e il tubo e restituire ciò che non è necessario quando il progetto è terminato. Ciò riduce al minimo i viaggi frustranti al negozio per un singolo raccordo da $ 0,30. Avrai bisogno di un mucchio di fili colorati diversi per collegare tutte queste cose: i LED e i loro circuiti integrati sono separati da circa 6 piedi di tubo. Dovrai rendere i fili più lunghi per consentire il montaggio e smontare la cosa per la risoluzione dei problemi. Colori diversi ti aiuteranno a mantenere dritto ciò che si collega a cosa. La prima cosa che ho fatto è stata praticare dei fori nei cappucci e montare i LED. Ho attaccato fili extra lunghi e ho usato un termoretraibile sui cavi del LED per isolarli. Ho assemblato il telaio del tubo in modo lasco in modo da poterlo smontare facilmente e far passare i fili attraverso il tubo. Quindi, montare i chip IS471 e i cappucci su perf bordo tagliato per adattarsi all'apertura nei cappucci terminali ole nel tappo e installa un pezzo di tubo di ottone da 1/4 "(o qualunque cosa tu abbia in giro). Assicurati di sapere quale lato dell'IS471 è il lato del ricevitore! Vuoi che sia rivolto verso il tuo LED, non il tappo di bypass! Collegare i fili alla scheda IC: ci saranno un totale di cinque connessioni: Vcc, Gnd, Out e LED. Il quinto filo collega l'anodo del LED a Vcc. Decidi dove vuoi mettere il connettore sul telaio del tubo e assicurati che i cavi all'IC siano abbastanza lunghi da raggiungerlo. Monta il connettore, fai passare i fili, salda tutto insieme e sei pronto per partire. Non dimenticare di saldare un filo di terra al guscio del connettore. Aiuterà a proteggere tutto dall'elettricità statica. Una volta che tutti i cablaggi sono stati eseguiti, battere saldamente il tubo con un martello. Non dovresti aver bisogno di colla, e se incolli il tubo insieme non sarai in grado di smontarlo per risolvere i problemi in seguito. Se vuoi una costruzione più sicura, avvita una vite attraverso ogni giunto dopo averli fissati insieme. Quando il controller è assemblato, dovrai allineare le travi. Il relè si chiuderà solo quando ENTRAMBI i raggi IR sono interrotti/disallineati. Le uscite degli OPIC sono normalmente basse, quando possono vedere la loro sorgente luminosa e diventano alte quando il raggio è interrotto. Quindi l'allineamento dei raggi avviene come segue: 1) Collegare il telaio ottico al controller. 2) Accendere. Il LED si accenderà e rimarrà acceso a meno che tu non sia straordinariamente fortunato. Prima si accende per indicare la modalità continua, poi rimane accesa perché i raggi non sono allineati. Se il led si spegne significa che almeno un raggio è allineato. 3) Supponendo che il led sia acceso, indica che entrambi i raggi sono disallineati. Blocca un raggio con un pezzo di nastro adesivo o di carta. 4) Allineare il LED nel miglior modo possibile ruotando la testa per puntarlo verso l'OPIC diagonalmente opposto. 5) Ora inizia a flettere e ruotare la testa dell'OPIC finché il LED non si spegne, indicando che il raggio è allineato. 6) Quindi bloccare il raggio appena allineato, quindi eseguire le stesse regolazioni sul secondo raggio. Quando il LED si spegne, entrambi i raggi sono allineati e sei pronto per scattare alcune foto. Ogni volta che si accende l'unità, controllare i raggi bloccandone uno e poi l'altro. Se un raggio è disallineato, bloccando l'altro il LED si accenderà. Quindi puoi semplicemente riallineare quello che è fuori controllo. Se il LED si accende e rimane acceso, entrambi i raggi non sono allineati ed è necessario seguire la procedura sopra descritta. Se costruisci la cosa in modo sicuro e allinei le travi per la prima volta, ci vorrà un po' di punizione prima che tu debba fare qualsiasi riallineamento.

Passaggio 4: il controller

Ho costruito il controller in una scatola di plastica che ho preso per un prezzo troppo alto dall'elettronica di Fry. Puoi usare quasi tutto, purché sia abbastanza grande. Questa scatola è stata progettata per una batteria da 9 V, ma avevo bisogno di usare 6 V, quindi lo spazio della batteria è sprecato. Avrei potuto facilmente inserire il circuito nel vano batteria da 9V.

Qualunque sia la scatola e gli interruttori che usi, pianifica il layout e assicurati che tutto si adatti quando provi a chiuderlo. Notare che c'è un diodo collegato in serie con la batteria. È lì per ridurre la tensione di alimentazione a un livello accettabile per l'uC che è valutato per 5,5 V Vcc massimo. Anche con il diodo, la parte funziona al limite con batterie nuove, quindi non avere idee fantasiose sul funzionamento a 9 V a meno che non si aggiunga un regolatore da 5 V. Ho giocato con l'idea di usare un PIC12HV615 invece perché ha un regolatore shunt integrato, ma l'oscillazione tra le correnti minima e massima è troppo per il regolatore shunt quindi dovrei complicare un po' il circuito per farlo funzionare opera. Volevo mantenerlo molto semplice, soprattutto perché sono pigro ma anche perché ho altri progetti in corso e volevo finire questo al più presto. Il relè che ho usato ha un diodo di protezione integrato mostrato ma non etichettato sullo schema. Il diodo protegge l'uC dal calcio induttivo di tensione inversa che si verifica quando si spara un impulso in un induttore come una bobina di relè. Se usi un relè diverso assicurati di aggiungere un diodo con la polarità mostrata o forse puoi salutare il tuo uC la prima volta che il relè si attiva. L'uC può assorbire in sicurezza circa 25 mA da un pin, quindi scegli un relè con una bobina ad alta resistenza. Il PRMA1A05 ha una bobina da 500 Ohm quindi ci vogliono solo 10-12 mA per chiuderlo. Volevo usare dei bei cavi sottili e leggeri con connettori RJ-11, ma tutti i connettori che ho trovato da Fry erano parti per montaggio su PCB, quindi ho finito per passare alla vecchia scuola con DB9. I cavi seriali sono molto economici e le viti impediranno la caduta dei connettori. Hai davvero solo bisogno di collegare 3 fili (Vcc, Gnd e le uscite combinate dei due IS471FE) tra il gruppo ottico e il controller in modo da poter utilizzare quasi tutti i connettori/cavi che ti piacciono, anche un mini jack stereo.

Passaggio 5: utilizzo del foto trigger

L'idea è di impostare la cosa in modo che le travi si incrocino dove ci si aspetta che avvenga qualche azione. Ad esempio, se vuoi sparare a un colibrì a una mangiatoia o a un uccello che entra o esce da un nido, imposta la cornice con il punto del raggio incrociato proprio dove vuoi. Quindi imposta la fotocamera puntata sull'obiettivo e preimposta la messa a fuoco, l'esposizione e il bilanciamento del bianco (questo ridurrà al minimo il tempo di ritardo dell'otturatore). Testare l'allineamento del raggio per assicurarsi che ENTRAMBI i raggi siano allineati correttamente: questo viene fatto agitando la mano attraverso ciascun raggio individualmente, quindi attraverso l'area target. Il LED dovrebbe accendersi e il relè si chiude solo quando entrambi i raggi sono interrotti. Ora imposta la modalità di funzionamento, continua o pulsata, e vai via.

Devi conoscere un po' il comportamento del tuo target per ottenere i migliori risultati. Se vuoi riprendere qualcosa che si muove velocemente, devi prendere in considerazione i ritardi della fotocamera e del controller per prevedere dove sarà il bersaglio dopo che avrà interrotto i raggi IR. Un colibrì che si libra in un punto può essere sparato proprio dove i raggi si incrociano. Un uccello o un pipistrello che vola veloce potrebbe essere a un paio di metri di distanza quando la fotocamera scatta la foto. La modalità pulsata consente alle fotocamere che non dispongono di una modalità di scatto continuo incorporata di scattare più foto purché i raggi siano interrotti. Puoi impostare la frequenza degli impulsi fino a 10 Hz, anche se non ci sono molte fotocamere in giro che possono scattare così velocemente. Avrai bisogno di sperimentare un po' per vedere quanto velocemente la tua fotocamera può scattare. La connessione della fotocamera avviene tramite un contatto relè normalmente aperto in modo da poter collegare un flash invece di una fotocamera. Quindi puoi scattare al buio aprendo l'otturatore e utilizzando il controller per azionare un'unità flash una o più volte quando un oggetto (un pipistrello, forse?) interrompe i raggi. Dopo che il flash è scattato, chiudere l'otturatore. Se il tuo flash è in grado di tenere il passo, puoi realizzare alcuni fantastici scatti a esposizione multipla utilizzando una delle modalità a impulsi. È possibile individuare con precisione il punto in cui i raggi si incrociano attaccando un filo elastico alle testine ottiche. Per alcuni obiettivi, è lì che punterai e metterai a fuoco la tua fotocamera. Le foto sotto mostrano un uomo Lego che cade attraverso le travi. L'ho lasciato cadere da un paio di piedi sopra le travi e puoi vedere che è caduto circa 6-8 sotto le travi nel tempo impiegato per rompere le travi, chiudere il relè e accendere la telecamera. Questa telecamera era una reflex digitale Nikon che probabilmente ha un piccolo ritardo dell'otturatore quando viene messa a fuoco preventiva ed esposta. I risultati dipenderanno dalla tua fotocamera. Il prototipo è ora nelle mani dell'amico che ha scattato queste foto (la mia fotocamera deve essere modificata per utilizzare lo scatto a distanza) Se realizza delle foto più artistiche utilizzando questo dispositivo cercherò di postarle qui o sul mio sito web. Buon divertimento!