DropArt - Colisor fotográfico de precisão de duas gotas: 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Olá a todos, Neste instrutível, apresento meu projeto para um colisor de duas gotas de líquido controlado por computador. Antes de começarmos com os detalhes do design, acho que faz sentido explicar exatamente qual é o propósito do design.

Um ramo divertido, interessante e bonito da fotografia envolve a captura de imagens de gotículas de líquido quando elas atingem uma poça de líquido semelhante. Isso por si só pode produzir imagens interessantes. Para obter algumas imagens realmente legais, precisamos colidir duas gotas de líquido. Assim, a primeira gota atinge a poça de líquido e cria o que chamo de 'bico ascendente', que sobe da piscina diretamente acima de onde a primeira gota impactou. Agora, uma segunda gota, cronometrada com precisão, atinge o topo do "bico para cima", explodindo o líquido para fora para gerar algumas formas incríveis e únicas.

O objetivo do meu design DropArt é fornecer os seguintes recursos:

• Para liberar uma gota de líquido com um tamanho repetível
• Para liberar uma segunda gota de líquido com tamanho repetível e tempo de precisão em relação à primeira gota
• Para controlar o obturador de uma câmera para capturar uma colisão de queda
• Para controlar uma cabeça de flash para congelar a colisão em um momento preciso no tempo
• Para fornecer um controlador autônomo amigável com a capacidade de controlar todos os parâmetros e configurações múltiplas
• Para fornecer uma interface de usuário amigável baseada em Windows ou GUI conectada via USB
• Para fornecer um bootloader para facilitar a atualização do firmware via USB

Também deve haver proteção adequada entre a placa de controle e a câmera conectada e os dispositivos de flash.

Etapa 1: vamos analisar alguns resultados primeiro …

Antes de entrar nos detalhes do design, vamos primeiro examinar alguns resultados do projeto DropArt. Se você, como leitor, gostar dos resultados, talvez queira examinar mais a fundo o design e talvez tente construir um para o qual irei fornecer suporte.

Aspectos importantes para a fotografia DropArt

Deve-se observar que, para obter melhores resultados, a câmera é configurada para o modo B (ou bulbo). Isso significa que, enquanto o obturador estiver pressionado, ele permanecerá aberto. Este é o modo que acho que funciona melhor para fotografia DropArt. Na verdade, é o flash que captura o momento e não o obturador da câmera. Para obter uma curta duração do flash, a potência de saída do flash deve ser mantida no mínimo. Eu costumo usar duas pequenas unidades de flash ajustadas para potência de saída baixa manual (veja a imagem na conclusão). Uma unidade de flash é acoplada ao controlador DropArt e disparada por meio de um cabo. A segunda cabeça de flash é opicamente escrava da primeira.

Como estamos no modo B, o excesso de luz ambiente causará o desfoque da imagem. Portanto, a fotografia drop deve ser realizada em iluminação moderada - luz suficiente para ver o que você está fazendo. Eu geralmente tiro imagens em torno de f11 e, portanto, os efeitos devido à luz ambiente são minimizados.

Técnica básica e configuração

Deve-se observar que cada configuração irá variar ligeiramente e você precisa ser paciente e metódico. Depois de ter uma colisão básica de duas gotas, você encontrará os resultados quase 100% repetíveis. Para a configuração básica abaixo, usei água da torneira com corante alimentar vermelho. O dispensador de gotas estava cerca de 25 cm acima do reservatório de líquido.

Certifique-se de que o sifão Mariotte seja purgado do líquido usando o recurso de purga (veja o exemplo de vídeo) e também certifique-se de que o nível do líquido não caia abaixo do fundo do sifão Mariotte.

• Comece primeiro com uma única gota de 35 ms
• Defina o atraso do obturador para 100 ms
• Defina o atraso do flash para 150ms
• Aumente o atraso do flash em incrementos de + 10ms até ver a gota aparecer no topo do quadro
• Agora você pode aumentar o atraso do flash em toda a sequência de queda
• Continue aumentando o retardo do flash até que você tenha uma única gota
• Agora adicione um segundo tamanho de gota de 35 ms e atraso de cerca de 150 ms
• Ajuste o retardo de queda de dois em incrementos de +/- 10ms até que apareça no topo do quadro acima do primeiro bico de queda
• Ajuste o retardo de duas gotas até que a segunda gota colida com o bico da primeira gota

Agora que está ocorrendo uma colisão básica, você pode alterar as configurações para obter o efeito desejado.

Líquidos de densidade diferente exigirão configurações diferentes, mas você pode armazená-los em configurações diferentes.

Etapa 2: vídeo de lapso de tempo de quedas consecutivas

Aqui, apresento um vídeo - uma série de quedas consecutivas separadas tiradas como fotos com intervalos de flash de 10 ms ou 5 ms para congelar o movimento. Em seguida, costurei as imagens estáticas resultantes para produzir uma curta animação da vida de uma gota e a subsequente colisão com uma segunda gota.

Etapa 3: Distribuidor de gotas mecânico DropArt

Provavelmente, a parte mais importante do projeto DropArt é o dispensador de gotas mecânico. Esta parte do projeto é crítica para garantir um tamanho de gota regular consistente.

O coração do projeto é uma válvula mecânica que é aberta e fechada usando uma mola de 12v normalmente fechada solonóide. Este solonóide é controlado com precisão usando a placa de controle baseada em microprocessador.

O recipiente de líquido é um tubo de acrílico de 36 mm de diâmetro externo e 30 mm de diâmetro interno. Para fechar o tubo, imprimi em 3D em HIPS uma tampa de extremidade que é projetada para aceitar conexões de tubo padrão de 1/4 de polegada (veja as imagens). As gotas são distribuídas por uma ponta de mangueira farpada - também rosca de 1/4 de polegada.

A parte superior do tubo de acrílico é vedada com uma tampa de borracha tamanho 29. O tampão de borracha é fornecido com um orifício central no qual encaixei um tubo de plástico para criar um sifão Mariotte (consulte a seção específica sobre o sifão Mariotte).

O solonóide é colocado em uma pequena caixa de plástico para projeto e conectado a uma tomada externa.

Etapa 4: Design e visão geral da placa de controle do DropArt

Nesta seção, apresento um breve vídeo com uma visão geral do protótipo de placa de controle do DropArt e sua construção.

Etapa 5: esquema da placa de controle DropArt

A imagem aqui mostra o esquema da placa de controle de controle. Podemos ver que, ao utilizar o poderoso microcontrolador PIC, o esquema é relativamente simples.

Você pode baixar o esquema aqui:

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

NOTA: nos vídeos o regulador de tensão utilizado é do tipo pequeno 78L05. Eu sugiro que qualquer pessoa que esteja construindo este projeto use o 7805 maior no pacote TO220

Etapa 6: DropArt - realmente usando o sistema

Nesta seção, apresento um vídeo detalhando como realmente usar o sistema de controle DropArt. O vídeo cobre o uso de hardware autônomo e também a interface de usuário baseada em Windows ou GUI.

Etapa 7: DropArt - Examinando precisão e repetibilidade

Nesta etapa, tento descrever uma sequência de duas gotas e ilustrar a precisão do tempo do projeto DropArt.

Divisões horizontais do osciloscópio 50ms / marca.

Inicialmente, considere a segunda das duas imagens. Este é um traço muito simples do meu osciloscópio exibindo o tique básico de 1ms que forma a base de tempo para todo o tempo do projeto. Esta marcação é gerada no microprocessador PIC usando um temporizador de hardware embutido programado para gerar uma interrupção em um ponto preciso no tempo. Usando esta base de tempo, o tamanho da gota, o retardo entre quedas, o retardo do obturador e o retardo do flash podem ser controlados com muita precisão, produzindo resultados muito repetíveis.

Agora considere a primeira das duas imagens:

O traço azul do meio mostra uma liberação de duas gotas. Cada queda tem um período de tamanho de 50ms e um retardo de queda 2 de 150ms

O traço rosa inferior é o disparo do flash com um atraso de 300 ms após a liberação da queda 1 e um tempo de espera de 30 ms

O traço amarelo superior mostra o disparo do obturador. Isso tem um atraso programado de 200ms. No entanto, presume-se que a câmera tenha um atraso do obturador de 100 ms, portanto, o disparo do obturador é 100 ms antes do programado. O obturador permanece aberto durante a sequência (modo de câmera B). O obturador é fechado após o período de 30 ms de flash ligado.

Etapa 8: O Sifão Mariotte - Explicado

Um aspecto muito importante do projeto é como controlar a pressão do líquido na entrada da válvula. À medida que o nível do líquido no reservatório cai, a pressão na entrada da válvula cai, portanto, o mesmo ocorre com a taxa de fluxo do líquido. O tamanho da gota para qualquer momento em que a válvula está aberta diminui à medida que o nível do reservatório cai. Isso torna o controle das colisões de queda dinâmico e dependente do nível do líquido. O vídeo nesta etapa explica como esse problema foi resolvido.

O segundo vídeo muito curto mostra como o recurso de purga DropArt pode ser usado para preparar o sifão Mariotte, bem como purgar ou limpar a válvula mecânica.

Etapa 9: Bootloader usado para re-flashing PIC

Este pequeno vídeo demonstra e explica a operação do carregador de inicialização PIC que pode ser usado para atualizar o PIC via USB, eliminando a necessidade de usar um programador PIC dedicado.

Etapa 10: Lista de peças do DropArt

Em anexo está um documento do Word listando as partes que usei para o instrutível

Esta é uma lista das peças necessárias para construir o projeto DropArt. Todas as peças da barra um estão disponíveis fora do self. A exceção a isso é a tampa da extremidade do recipiente de líquido acrílico que imprimi em 3D. Anexei o tubo de acrílico OD 36mm end cap modeI (formato STL) a esta etapa.

Componentes ativos

Microcontrolador PIC18F2550. Conforme fornecido, esta é uma parte não programada, portanto, precisa ser atualizada com o firmware DropArt. Se você tiver um programador adequado, pode fazer isso sozinho, ou posso enviar uma parte pré-flashed ou você pode me enviar uma parte em branco para flashing

• Módulo LCD serial IIC de 20x4 caracteres azul
• Regulador de tensão 78L05
• AN25 opto-isolador ou similar - 2 desligado
• MOC3020 opto-triac
• IRF9530 FET de canal P ou similar
• TLS106 SCR Thyristor ou similar
• LEDs 2 desligados

Componentes passivos

• Diodo 1N4001 (proteção contra polaridade reversa)
• Capacitores cerâmicos 100nf 3 desligados
• Capacitor eletrolítico 22uf 16v ou similar 2 desligado
• Capacitores de cerâmica 22pf 2 desligados
• Cristal 4MHz HC49 / 4H com chumbo
• Rede de resistor isolado de 8 pinos SIL 1.8K 2 desligada
• Rede de resistor comum de 8 pinos SIL 4,7k 1 desligado
• 470R 1 / 4W resistor 1 desligado
• 10K 1 / 4W resistor 2 desligado

Conectores

• Tomada de alimentação de 2,5 mm para montagem em placa
• Plugue / soquete de 2,5 mm para montagem em chassi
• Soquete jack mono de 2,5 mm (solenóide)
• Tomada jack mono de 3,5 mm 2 desligada (obturador e flash)
• Soquete fêmea DIP de 90 graus USB tipo B
• Cabeçalho do pino 2,54 mm 4 vias
• DIL 28 pinos torneado pino IC soquete
• DIL 6 pinos desligou o pino IC soquete 3

De outros

• Placa de prototipagem FR-4 12cm x 8cm através de orifício
• Pressione para abrir os botões em miniatura do orifício
• Chave rotativa do codificador de 2 bits codificado em cinza
• Botão de controle para encaixar no codificador rotativo

Mecânica

• Tubo de acrílico transparente 36 mm OD 30 mm ID e 18 cm de comprimento
• Tampa final (impressão 3D) para encaixar no tubo de acrílico OD 36mm
• Tipo de sifão Mariotte para caber no centro do tampão com 16 cm de comprimento
• Bujão de borracha tamanho 29 com orifício central
• Mangueira farpada com rosca de 1/4”x abertura de 4 mm
• Encaixe de anteparo fêmea BSPP com porca de fixação de 1/4 de polegada
• Bico cilíndrico 1/4 polegadas
• Válvula solenóide elétrica 12V DC 4W ar / gás / água / combustível normalmente fechada 1/4 "em duas direções

Etapa 11: Conclusão e Pensamentos

Eu realmente gostei de construir e aperfeiçoar este projeto. Meus projetos quase sempre começam do mesmo ponto de partida. Estou interessado em algo que pode exigir equipamentos especializados. Tendo encontrado e comprado equipamentos, muitas vezes fico desapontado com a qualidade e a funcionalidade e, subsequentemente, sinto-me compelido a projetar e construir meu próprio equipamento para fazer o trabalho exigido de maneira adequada. Este foi realmente o caso do projeto DropArt.

O projeto DropArt agora me permite realizar colisões de gotas de líquido com quase 100% de repetibilidade para que eu possa me concentrar nas imagens em vez da frustração de tirar centenas de imagens na esperança de obter algumas colisões de gotas.

Eu produzo e posto esses artigos instrutíveis por três razões. Em primeiro lugar, gosto muito de produzir o Instructable, pois fornece uma maneira de documentar o projeto e atua como um encerramento. Em segundo lugar, obviamente espero que as pessoas leiam e gostem do artigo, talvez até aprendam algo novo. E em terceiro lugar, fornecer ajuda e suporte para quem deseja ter uma chance na construção do projeto. Passei toda a minha vida profissional como engenheiro de projetos em eletrônica e software; desde tenra idade, um aquarista excepcionalmente afiado em eletrônica. Eu realmente gosto de ajudar outras pessoas que talvez queiram construir para si mesmas, mas só precisam de um pouco de orientação e apoio.

As imagens anexadas mostram minha configuração do DropArt em meu workshop.

Sinta-se à vontade para comentar ou enviar uma mensagem privada se precisar de mais detalhes.

Muito Obrigado, Dave