Relógio de alta velocidade para vídeos em câmera lenta: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Quase todo mundo com um smartphone moderno tem uma câmera de alta velocidade que pode ser usada para fazer vídeos espetaculares em câmera lenta. Mas se você quiser medir quanto tempo realmente leva para aquela bolha de sabão estourar ou aquela melancia explodir, você pode achar difícil exibir a hora em seus vídeos: um cronômetro tem uma tela muito pequena e tem uma precisão de apenas 1/100 de segundo. Se você quiser fazer medições quantitativas, descobri que a taxa de quadros publicada de uma câmera não é algo em que você possa confiar!

Felizmente, é realmente fácil construir um relógio com precisão ms e dígitos grandes brilhantes usando um Arduino e um display de 7 segmentos de 4 dígitos. Além disso, os 12 pinos de uma tela padrão de 0,56”correspondem exatamente ao layout de pinos do Arduino Nano e podem ser soldados diretamente nele.

Não há start / stop / reset neste temporizador. Ele só começa a funcionar quando você o liga e transborda após 10 segundos. A ideia é que para medir a duração de um determinado processo, medimos de qualquer maneira a diferença de tempo entre o fim e o início.

Etapa 1: Materiais

• Um Arduino Nano, sem os cabeçalhos soldados nele.
• Um display de 7 segmentos com 4 dígitos e 0,56”. Tanto o ânodo comum quanto o cátodo comum estão OK

Caso você queira colocá-lo em uma caixa resistente e funcionar com 2 pilhas AA, adicione:

• Uma caixa de projeto eletrônico 60x100x25
• Um suporte de bateria 2xAA
• Um módulo de step-up
• Um interruptor basculante liga / desliga de 10x15mm

Ferramentas necessárias

Ferro de solda

Para montá-lo em uma caixa:

• Uma ferramenta rotativa para cortar os orifícios da tela e do interruptor
• Limas manuais para cortar os orifícios
• Uma pistola de cola quente para fixar os componentes no lugar.

Etapa 2: Conectando o Arduino ao monitor

Surpreendentemente, os pinos de uma tela padrão de 4 dígitos e 7 segmentos combinam com o layout de um Arduino Nano de tal forma que todos os 12 pinos da tela se conectam aos pinos IO do Arduino. Isso permite soldar o display diretamente no Arduino sem a necessidade de uma placa de circuito impresso, conectores ou cabos.

Solde os pinos inferiores do display (reconhecíveis a partir dos pontos decimais e da impressão) aos pinos analógicos A0-A5. Solde os pinos superiores do display aos pinos digitais D4-D9.

LEDs vermelhos têm uma queda de tensão de apenas 2 V, então conectá-los a 5 V geralmente não é uma boa ideia, e um resistor em série é normalmente aplicado para limitar a corrente. No entanto, talvez devido à intercalação, descobri que funciona bem sem resistores em série. Caso contrário, aqui está uma instrução detalhada sobre como adicionar resistores em série diretamente no Arduino Nano

Etapa 3: O Código

Faça upload do esboço em anexo para o Arduino Nano. O código presente é para uma exibição de ânodo comum, mas as linhas para cátodo comum podem ser descomentadas.

Depois que o código é carregado, o cronômetro deve começar a funcionar sempre que o Arduino for inicializado. Você poderia parar aqui ou ver na próxima seção um exemplo de como montá-lo em uma caixa resistente e torná-lo operado por bateria.

Alguns comentários sobre o código:

O tempo é obtido das funções micro (), em vez da função millis (), por dois bons motivos: A implementação do Arduino de millis () é terrível: eles aumentam a cada 1,024 ms e, de vez em quando, um milissegundo é ignorado para compensar! Nem todos os Arduinos possuem cristais de alta precisão. Se você achar que está desviado por mais de um permille, pode ajustar o divisor na linha “unsigned long t = micros () / 1000;” para fazer o relógio andar mais rápido ou mais lento.

Os dígitos são intercalados, o que significa que apenas um dígito é aceso em um determinado momento. Ao alterar os segmentos de um dígito, todos os dígitos estão desligados, de forma que nenhum dígito lixo é mostrado em nenhum momento. Eu medi a frequência de atualização dos dígitos em 750 microssegundos, então cada dígito é atualizado pelo menos uma vez a cada milissegundo!

Não otimizei seriamente o relógio para velocidade, uma vez que a velocidade atual é boa o suficiente para exibir milissegundos. Acho que o Arduino poderia ser feito para mostrar mais dois dígitos (correspondendo a 100 e 10 microssegundos), mas isso exigiria

• Desativar interrupções e usar diretamente os temporizadores
• Manipulação direta de porta
• Conectando todos os segmentos a uma única porta e os dígitos a outra porta
• Evite cálculos explícitos de valores de dígitos, mas use incrementos (as operações de divisão e módulo são lentas)

Se eu pudesse conseguir uma câmera lenta com> 1000 fps, poderia tentar, por enquanto estou feliz com a precisão do ms.

Etapa 4: montando em uma caixa

Uma caixa de projeto eletrônico barata de 100x60x25mm, não à prova d'água, cabe facilmente neste temporizador, junto com baterias, um módulo de aumento e um botão liga / desliga. Para operação com bateria, uma combinação de 2 baterias AA com um módulo de aumento fornecerá uma tensão de 5 V segura e estável ao Arduino. Ao colocar um botão liga / desliga diretamente na bateria (em vez de na saída do step-up), as baterias não são afetadas por vazamentos do módulo de estupefação e podem durar anos, se usadas esporadicamente.

O módulo de aumento que usei tinha um conector USB fêmea, que removi com um alicate, para poder soldar os fios na saída. Como alternativa, você pode usar um aumento regulável e configurá-lo para saída de 5V.

Comece cortando os dois orifícios que correspondem à tela e ao botão liga / desliga. Desenhei com um lápis os orifícios aproximados, depois cortei os orifícios um pouco pequenos demais com uma ferramenta rotativa e, em seguida, preenchi-os com limas manuais do tamanho exatamente correspondente.

Corte parte do cabo flexível vermelho e preto de múltiplos fios da caixa da bateria e conecte-os ao módulo de aumento, com o positivo ou o negativo interrompido por um interruptor liga / desliga. Em seguida, do módulo step-up direto para o GND e o + 5V ou o Arduino.

Usei cola quente para manter todos os elementos no lugar: a caixa da bateria, o módulo de aumento e ao redor das laterais da tela.

O resultado final é um cronômetro em uma caixa robusta com uma operação extremamente simples!