Câmera de feixe infravermelho cruzado / gatilho de flash: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este dispositivo irá acionar uma câmera ou unidade de flash para tirar uma foto automaticamente quando um objeto (alvo) entrar em um local específico. Ele usa dois feixes de luz infravermelha cruzados para detectar a presença do alvo e fechar um relé que ativa a câmera ou unidade de flash. O tempo de resposta é de cerca de 2 ms desde a detecção até o fechamento do relé, portanto, se sua câmera não tiver um atraso de obturador longo, ela irá capturar até mesmo alvos em movimento rápido.

A parte óptica do dispositivo consiste em dois LEDs IR e dois CIs ópticos IS471FE (OPICs) Sharp. Os ICs ópticos têm moduladores de LED integrados e detectores síncronos, para que eles não vejam a luz dos LEDs uns dos outros. As saídas dos OPICs são conectadas a um microcontrolador PIC de 8 pinos que controla a interpretação dos sinais de entrada e aciona o relé e um LED visível que indica o modo de operação. Embora existam 11 modos de operação, o controlador tem uma interface de usuário muito simples que consiste em um botão de pressão e um LED. Ao ligar, se os feixes estiverem devidamente alinhados e ininterruptos, o LED acende continuamente por 1 segundo e depois apaga para indicar que a unidade está pronta para operar no modo contínuo. Nesse modo, o relé fechará e permanecerá fechado e o LED acenderá enquanto os dois feixes de infravermelho forem interrompidos. A unidade agora está pronta para se conectar à sua câmera. Com alguns alvos, você pode querer tirar mais de uma foto quando o alvo quebrar os feixes de infravermelho. Incluí uma função básica de intervalômetro no controlador para permitir que as câmeras que não têm um modo de disparo rápido integrado tirem várias fotos, desde que os feixes de infravermelho sejam interrompidos. Pressionar o botão de seleção de modo uma vez tira o controlador do modo contínuo e o coloca no modo pulsante. O LED piscará uma vez para indicar que o relé fechará 1 vez por segundo. Algumas câmeras são mais rápidas, então apertar o botão novamente irá mover até 2 pulsos por segundo. Ao pressionar repetidamente o botão, a velocidade aumentará de 1 pps até 10 pps, a cada vez que o LED pisca para indicar a frequência de pulso. Manter o botão pressionado por 2,3 segundos redefine a unidade e o leva de volta ao modo contínuo.

Etapa 1: reunir peças eletrônicas

Aqui estão as listas de peças para o material eletrônico.

Todos os eletrônicos podem ser obtidos na Digikey ou em outras fontes. Você também precisará de vários fios de cores diferentes. Você precisará ser capaz de programar o microcontrolador PIC - um PICKit2 ou ICD-2 ou qualquer uma das centenas de outros programadores podem fazer o trabalho. Um programador adequado custará cerca de US $ 20, mas, assim que o tiver, você encontrará todos os tipos de projetos que podem usar microcontroladores e obterá muito uso deles. Quando comprei meu PICKit2 da digikey, pedi um pacote de acessórios de cinco chips PIC10F206 com adaptadores DIP de 8 pinos. O IC está em um pacote SOT23 minúsculo, o que é bom se você vai fazer um PCB, mas bastante inútil para breadboarding e projetos de construção pontuais. O 10F206 também está disponível em um pacote DIP de 8 pinos - sugiro que você o use. Não forneci informações de layout de PCB para o controlador aqui porque não usei uma PCB. O circuito é tão simples que parece meio bobo fazer um PCB para ele. Existem apenas 4 peças na placa - o relé, o uC, a tampa de bypass e um resistor. O circuito requer menos peças do que um circuito de chip temporizador 555. Basta cortar um pouco de perfboard para caber em qualquer caixa que você está usando e conectar a coisa. Deve demorar cerca de 30 minutos do início ao fim. Os circuitos ópticos são bastante simples - um IC, uma tampa e um LED. O LED e o IC óptico ficam em cantos diagonalmente opostos da estrutura do tubo, então você vai precisar de um monte de fios coloridos. Eu "montei" o IC e o capacitor em pequenos pedaços de placa de desempenho que se encaixam em plugues para as conexões de cotovelo de PVC na estrutura - veja as fotos na próxima página.

Etapa 2: o programa

O PIC10F206 é uma parte realmente simples - sem interrupções e apenas uma pilha de 2 níveis, então você não pode fazer nenhuma sub-rotina aninhada - você verá o uso liberal de goto no programa como resultado. O chip está funcionando a 4 MHz usando o oscilador RC interno, de modo que executa instruções de 1 milhão por segundo. Quando um objeto quebra os feixes de infravermelho, leva os chips IS471 perto de 400 nós para mudar de estado. A partir daí, o uC precisa de apenas alguns microssegundos para detectar a mudança e ordenar o fechamento do relé. O relé leva cerca de 1,5 ms para fechar, resultando em um atraso total de cerca de 2 ms entre os feixes interrompidos e o relé fechado. Desenvolvi o chip do programa usando o MPLAB. É o assembler / IDE gratuito da Microchip Tech. Eu também usei meu clone chinês ICD2 (cerca de US $ 50 no ebay) para programar o IC. Eu precisava usar muitos loops de atraso, então eu vasculhei na web e encontrei um programa chamado PICLoops aqui: https://www.mnsi.net/~boucher/picloops.htmlPICLoops gera automaticamente código de montagem de loop de cronometragem para você se você diga qual uC você está usando e a velocidade do clock. Mais tarde, encontrei um programa online semelhante aqui: https://www.piclist.com/techref/piclist/codegen/delay.htmO segundo irá gerar atrasos que são precisos para um único ciclo de clock onde o PICLoops não é tão preciso. Qualquer um é bom para este aplicativo porque o tempo não é crítico e o uC está rodando em um oscilador RC de qualquer maneira. O programa salta principalmente para frente e para trás entre verificar o botão de modo e verificar se os feixes são interrompidos. O interruptor de modo funciona mantendo uma contagem contínua do número de vezes que o botão foi pressionado. Cada vez que o botão é pressionado, o atraso entre os pulsos do relé é reduzido o suficiente para aumentar a frequência de pulso em 1 Hz. A maior parte do código são os diferentes atrasos usados pelos modos de pulso. Quando você altera o modo de pulso, o LED pisca para indicar o novo modo. Você pode dizer qual é a nova frequência de pulso contando os flashes do LED - 4 vezes significa 4 Hz, etc. Os flashes do LED foram cronometrados lentos o suficiente para que você seja capaz de contá-los. Se a unidade estiver no modo de pulso de 10 Hz, apertar o botão novamente leva você de volta ao modo contínuo. Há um cronômetro de vigilância que funciona enquanto o programa é executado. Se o cronômetro não for zerado antes de transbordar, o uC zerará sozinho. É por isso que segurar o botão de modo por 2,3 segundos faz com que o uC seja redefinido para o modo contínuo. Quando você pressiona o botão, o uC espera que você o solte antes de fazer qualquer coisa. Uma das primeiras coisas que ele faz depois de soltá-lo é zerar o cronômetro do cão de guarda. Se você não soltar o botão, o cronômetro de vigilância transborda e reinicia o programa no modo contínuo. Anexei o arquivo de lista de montagem para aqueles que estão curiosos e o arquivo.hex para aqueles que querem apenas queimar o chip e pronto. Agradeço qualquer crítica à minha técnica de programação de qualquer um de vocês, especialistas em montagem PIC, por aí. Observação: o relé fecha por 25 ms quando opera em modo de pulso. Algumas câmeras podem exigir um pulso mais longo. Esse atraso é definido na linha que diz "call delay25" próximo ao topo da seção rlypuls do código. Se 25 ms for muito curto para a sua câmera, altere essa linha para "call delay50" e, em seguida, altere a linha que diz "call delay75" para "call delay50". Isso aumentará o tempo de pulso para 50 ms e ainda manterá todas as frequências de pulso mesmo em passos de 1 Hz. O programa ocupa apenas 173 bytes dos 512 bytes disponíveis no chip, então você pode adicionar todos os tipos de funcionalidade à coisa se você deseja, embora a interface do usuário seja um tanto limitadora.

Etapa 3: construção mecânica

Inicialmente, tentei fazer isso com um tubo de 1,20 metro quadrado de 1/2 ", mas descobri que era quase impossível manter as vigas alinhadas. A distância era muito grande e o tubo muito flexível para manter o alinhamento do feixe. Mudei para 3 / Tubo de 4 "e um quadrado de 2 pés e agora tudo fica bem alinhado. Usei a maior parte do cano de 1/2 "para fazer pistolas de marshmallow para meu filho, Alex, e alguns de seus amigos bandidos.

Você precisará de tubo de 3/4 "para a estrutura principal e de tubo de 1/2" para os risers verticais que abrigam os ICs ópticos e LEDs. Você pode obter cotovelos de 3/4 "com uma conexão lateral roscada de 1/2", portanto, obtenha alguns adaptadores de rosca de 1/2 "também. Minha filosofia sobre como lidar com projetos de tubos de PVC é comprar demais as conexões e tubos e devolver o que você não precisa quando o projeto estiver concluído. Isso minimiza idas frustrantes à loja por um único encaixe de US $ 0,30. Você precisará de um monte de fios de cores diferentes para conectar tudo isso - os LEDs e seus ICs são separados por cerca de 6 pés de tubo. Você vai querer deixar os fios mais longos para permitir a montagem e desmontagem para solução de problemas. Cores diferentes irão ajudá-lo a manter correto o que se conecta a quê. A primeira coisa que fiz foi perfurar as tampas e montar os LEDs. Prendi fios extra longos e usei termorretrátil nos condutores de LED para isolá-los. Montei frouxamente a estrutura do tubo para poder separá-la facilmente e passei os fios pelo tubo. Em seguida, monte os chips IS471 e as tampas no perf corte da placa para caber na abertura nas tampas. Broca ah ole na tampa e instale um pedaço de tubo de latão de 1/4 "(ou o que quer que você tenha por perto). Certifique-se de saber de que lado do IS471 está o lado do receptor! Você quer que ele fique de frente para o LED, não para a tampa do bypass! Conecte os fios à placa IC - haverá um total de cinco conexões - Vcc, Gnd, Out e LED. O quinto fio conecta o ânodo do LED ao Vcc. Decida onde você deseja colocar o conector na estrutura do tubo e certifique-se de que os cabos do IC sejam longos o suficiente para alcançá-lo. Monte o conector, passe os fios, solde tudo junto e você está pronto para começar. Não se esqueça de soldar um fio terra à concha do conector. Isso ajudará a proteger tudo da eletricidade estática. Uma vez que toda a fiação estiver feita, bata o tubo firmemente junto com um martelo. Você não deve precisar de cola e, se colar o tubo, não conseguirá desmontá-lo para consertar os problemas mais tarde. Se você quiser uma construção mais segura, passe um parafuso em cada junta depois de socá-los. Quando o controlador estiver montado, você terá que alinhar as vigas. O relé fechará apenas quando AMBOS os feixes IR forem interrompidos / desalinhados. As saídas dos OPICs são normalmente baixas, quando podem ver sua fonte de luz, e aumentam quando o feixe é interrompido. Portanto, o alinhamento dos feixes é feito da seguinte forma: 1) Conecte a moldura óptica ao controlador. 2) Ligue. O LED acenderá e permanecerá aceso, a menos que você tenha uma sorte extraordinária. Primeiro, ele acende para indicar o modo contínuo e, em seguida, permanece aceso porque os feixes estão desalinhados. Se o LED apagar, significa que pelo menos um feixe está alinhado. 3) Supondo que o LED esteja aceso, isso indica que ambos os feixes estão desalinhados. Bloqueie uma viga com um pedaço de fita adesiva ou papel. 4) Alinhe o LED o melhor que puder girando a cabeça para apontá-la na direção do OPIC diagonalmente oposto. 5) Agora comece a flexionar e girar a cabeça OPIC até que o LED apague, indicando que o feixe está alinhado. 6) Em seguida, bloqueie a viga recém-alinhada e, em seguida, faça os mesmos ajustes na segunda viga. Quando o LED apaga, os dois feixes estão alinhados e você está pronto para tirar algumas fotos. Sempre que você ligar a unidade, verifique os feixes bloqueando um e depois o outro. Se um feixe estiver desalinhado, bloquear o outro fará com que o LED acenda. Em seguida, você pode apenas realinhar o que está fora de sintonia. Se o LED acender e permanecer aceso, os dois feixes estão desalinhados e você precisa seguir o procedimento detalhado acima. Se você construir a coisa com segurança e alinhar as vigas pela primeira vez, será necessário um pouco de punição antes de fazer qualquer realinhamento.

Etapa 4: o controlador

Construí o controlador em uma caixa de plástico que comprei por um preço muito alto na eletrônica de Fry. Você pode usar quase qualquer coisa, desde que seja grande o suficiente. Esta caixa foi projetada para uma bateria de 9V, mas eu precisei usar 6V para que o espaço da bateria seja desperdiçado. Eu poderia facilmente ter encaixado a placa de circuito no compartimento de bateria de 9V.

Qualquer que seja a caixa e os interruptores que usar, planeje o layout e certifique-se de que tudo se encaixará quando tentar fechá-lo. Observe que há um diodo conectado em série com a bateria. Ele está lá para reduzir a tensão de alimentação a um nível aceitável para o uC, que é classificado para 5,5 V Vcc máximo. Mesmo com o diodo, a peça está funcionando no limite com baterias novas, então não tenha nenhuma ideia fantasiosa sobre funcionar a 9 V a menos que você adicione um regulador de 5 V. Eu brinquei com a ideia de usar um PIC12HV615 em vez disso, porque ele tem um regulador de derivação embutido, mas a oscilação entre as correntes mínima e máxima são demais para o regulador de derivação, então eu teria que complicar um pouco o circuito para fazê-lo trabalhar. Eu queria manter isso bem simples, principalmente porque sou preguiçoso, mas também porque tenho outros projetos em andamento e queria terminar este o mais rápido possível. O relé que usei tem um diodo de proteção embutido mostrado, mas não rotulado no esquema. O diodo protege o uC do chute de tensão reversa indutiva que ocorre quando você dispara um pulso em um indutor como uma bobina de relé. Se você usar um relé diferente, certifique-se de adicionar um diodo com a polaridade mostrada ou talvez você possa dizer adeus ao seu uC na primeira vez que o relé disparar. O uC pode absorver com segurança cerca de 25 mA de um pino, portanto, escolha um relé com uma bobina de alta resistência. O PRMA1A05 tem uma bobina de 500 Ohm, portanto, leva apenas 10-12 mA para fechá-lo. Eu queria usar alguns cabos finos e leves com conectores RJ-11, mas todos os conectores que encontrei na Fry eram peças de montagem de PCB, então acabei indo para a velha escola com DB9s. Os cabos seriais são muito baratos e os parafusos evitarão que os conectores caiam. Você realmente só precisa conectar 3 fios (Vcc, Gnd e as saídas combinadas dos dois IS471FEs) entre o conjunto óptico e o controlador para que possa usar quase qualquer conector / cabo que desejar, até mesmo um miniplugue e tomada estéreo.

Etapa 5: Usando o Photo Trigger

A ideia é configurar a coisa de forma que as vigas cruzem onde você espera que alguma ação aconteça. Por exemplo, se você quiser atirar em um colibri em um comedouro, ou um pássaro entrando ou saindo de um ninho, configure a moldura com o ponto de feixe cruzado exatamente onde você deseja. Em seguida, configure a câmera apontada para o alvo e pré-ajuste o foco, a exposição e o balanço de branco (isso minimizará o tempo de retardo do obturador). Teste o alinhamento do feixe para certificar-se de que AMBOS os feixes estão alinhados corretamente - isso é feito acenando com a mão em cada feixe individualmente e depois na área-alvo. O LED deve acender e relé fechar somente quando ambos os feixes são interrompidos. Agora defina o modo de operação - contínuo ou pulsado e vá embora.

Você precisa saber um pouco sobre o comportamento do seu alvo para obter os melhores resultados. Se você quiser atirar em algo que se move rápido, você deve levar em consideração os atrasos da câmera e do controlador para prever onde o alvo estará após interromper os feixes de infravermelho. Um beija-flor que está pairando em um lugar pode ser atingido bem onde as vigas se cruzam. Um pássaro ou morcego voando rápido pode estar a alguns metros de distância no momento em que a câmera tira a foto. O modo pulsado permite que as câmeras que não possuem um modo de disparo contínuo integrado tirem várias fotos, desde que os feixes sejam interrompidos. Você pode definir a frequência de pulso em até 10 Hz, embora não haja muitas câmeras por perto que possam gravar tão rápido. Você precisará experimentar um pouco para ver o quão rápido sua câmera pode gravar. A conexão da câmera é feita por meio de um contato de relé normalmente aberto para que você possa conectar um flash em vez de uma câmera. Então você pode atirar no escuro mantendo o obturador aberto e usando o controlador para disparar uma unidade de flash uma ou várias vezes quando um objeto (um morcego, talvez?) Quebra os feixes. Depois de disparar o flash, feche o obturador. Se o seu flash pode acompanhar, você pode fazer algumas fotos legais de múltiplas exposições usando um dos modos de pulso. Você pode localizar com precisão o ponto onde os feixes se cruzam, anexando um pouco de fio elástico às cabeças ópticas. Para alguns alvos, é onde você aponta e pré-focaliza sua câmera. As fotos abaixo mostram um homem Lego caindo por entre as vigas. Eu o derrubei alguns metros acima das vigas e você pode ver que ele caiu cerca de 6-8 abaixo das vigas no tempo que levou para serem quebradas, o relé fechar e a câmera disparar. Esta câmera era uma Nikon DSLR que provavelmente tinha um pequeno atraso do obturador quando pré-focada e exposta. Seus resultados dependerão da sua câmera. O protótipo está agora nas mãos do amigo que tirou essas fotos (minha câmera precisa ser modificada para usar o disparador remoto). Se ele produzir mais fotos artísticas com este aparelho, tentarei postá-las aqui ou no meu site. Divirta-se!