DropArt - Precision Two Drop Photographic Collider - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Hallo zusammen, In diesem anweisbaren präsentiere ich mein Design für einen computergesteuerten Zwei-Flüssigkeitstropfen-Collider. Bevor wir mit den Designdetails beginnen, ist es meiner Meinung nach sinnvoll, genau zu erklären, was der Zweck des Designs ist.

Ein unterhaltsamer, interessanter und schöner Zweig der Fotografie besteht darin, Bilder von Flüssigkeitströpfchen aufzunehmen, die auf einen Pool ähnlicher Flüssigkeit treffen. Dies allein kann interessante Bilder erzeugen. Um wirklich coole Bilder zu bekommen, müssen wir zwei Flüssigkeitstropfen kollidieren. Der erste Tropfen trifft also auf den Flüssigkeitspool und erzeugt einen, wie ich es nenne, "Up-Spout", der aus dem Pool direkt über dem Aufprall des ersten Tropfens aufsteigt. Jetzt trifft ein zweiter Tropfen, präzise getaktet, auf die Oberseite des "Up-Spout", wodurch die Flüssigkeit nach außen explodiert, um einige erstaunliche und einzigartige Formen zu erzeugen.

Der Zweck meines DropArt-Designs besteht darin, die folgenden Funktionen bereitzustellen:

• Um einen Flüssigkeitstropfen mit einer wiederholbaren Größe freizusetzen
• Um einen zweiten Flüssigkeitstropfen mit wiederholbarer Größe und präzisem Timing in Bezug auf den ersten Tropfen freizusetzen
• So steuern Sie einen Kameraverschluss, um eine Sturzkollision zu erfassen
• Um einen Blitzkopf zu steuern, um die Kollision zu einem bestimmten Zeitpunkt einzufrieren
• Um einen benutzerfreundlichen Standalone-Controller bereitzustellen, der die Möglichkeit bietet, alle Parameter und mehrere Konfigurationen zu steuern
• Um eine benutzerfreundliche Windows-basierte Benutzeroberfläche oder GUI bereitzustellen, die über USB angeschlossen ist
• Um einen Bootloader bereitzustellen, um das erneute Flashen der Firmware über USB zu erleichtern

Auch zwischen der Steuerplatine und den angeschlossenen Kameras und Blitzgeräten sollte ein ausreichender Schutz vorhanden sein.

Schritt 1: Schauen wir uns zuerst einige Ergebnisse an …

Bevor wir uns mit den Designdetails befassen, lassen Sie uns zunächst einige Ergebnisse aus dem DropArt-Projekt betrachten. Wenn Ihnen als Leser die Ergebnisse gefallen, möchten Sie sich vielleicht weiter mit dem Design befassen und vielleicht einen Versuch haben, selbst einen zu bauen, bei dem ich Unterstützung leisten werde.

Wichtige Aspekte der DropArt-Fotografie

Beachten Sie, dass die Kamera für beste Ergebnisse auf den Modus B (oder Bulb) eingestellt ist. Das bedeutet, solange der Verschluss gedrückt wird, bleibt der Verschluss geöffnet. Dies ist der Modus, der meiner Meinung nach am besten für die DropArt-Fotografie funktioniert. Es ist eigentlich der Blitz, der den Moment einfängt und nicht der Kameraverschluss. Um eine kurze Blitzdauer zu erreichen, sollte die Blitzleistung möglichst gering gehalten werden. Ich tendiere dazu, zwei kleine Blitzgeräte zu verwenden, die auf manuelle niedrige Leistung eingestellt sind (siehe Bild im Fazit). Ein Blitzgerät ist mit dem DropArt-Controller gekoppelt und wird über ein Kabel gezündet. Der zweite Blitzkopf folgt optisch dem ersten.

Da wir uns im B-Modus befinden, führt übermäßiges Umgebungslicht zu Bildunschärfen. Daher sollte die Tropfenfotografie bei gedämpftem Licht erfolgen – gerade genug Licht, um zu sehen, was Sie tun. Ich fotografiere im Allgemeinen bei etwa f11 und so werden Effekte aufgrund von Umgebungslicht minimiert.

Grundtechnik und Aufbau

Es sollte beachtet werden, dass jedes Setup leicht variiert und Sie geduldig und methodisch sein müssen. Sobald Sie eine einfache Kollision mit zwei Tropfen haben, werden Sie feststellen, dass die Ergebnisse fast zu 100% wiederholbar sind. Für die Grundeinstellung unten habe ich Leitungswasser mit roter Lebensmittelfarbe verwendet. Der Tropfenspender befand sich etwa 25 cm über dem Flüssigkeitspool.

Stellen Sie sicher, dass der Mariotte-Siphon mit der Spülfunktion (siehe Videobeispiel) von Flüssigkeit gespült wird und stellen Sie außerdem sicher, dass der Flüssigkeitsstand nicht unter den Boden des Mariotte-Siphons absinkt.

• Erster Start mit einer einzelnen Tropfengröße 35ms
• Stellen Sie die Verschlussverzögerung auf 100 ms ein
• Stellen Sie die Blitzverzögerung auf 150 ms ein
• Erhöhen Sie die Blitzverzögerung in Schritten von +10 ms, bis der Tropfen oben im Bild erscheint
• Sie können nun die Blitzverzögerung über die gesamte Drop-Sequenz erhöhen
• Erhöhen Sie die Blitzverzögerung weiter, bis Sie einen vollen Auslauf haben
• Fügen Sie nun eine zweite Tropfengröße von 35 ms und eine Verzögerung von etwa 150 ms hinzu
• Passen Sie die Verzögerung von Drop 2 in Schritten von +/-10 ms an, bis sie oben im Rahmen über dem ersten Drop-up-Tülle erscheint
• Passen Sie die Verzögerung für Tropfen zwei an, bis der zweite Tropfen mit dem oberen Auslauf des ersten Tropfens kollidiert

Jetzt haben Sie eine grundlegende Kollision, die Sie mit den Einstellungen spielen können, um den gewünschten Effekt zu erzielen.

Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte erfordern unterschiedliche Einstellungen, die Sie jedoch in den verschiedenen Konfigurationen speichern können.

Schritt 2: Zeitraffervideo von aufeinanderfolgenden Tropfen

Hier präsentiere ich ein Video - dies ist eine Reihe von getrennten aufeinanderfolgenden Tropfen, die als Standbilder mit 10 ms oder 5 ms fortschreitenden Blitzintervallen aufgenommen wurden, um die Bewegung einzufrieren. Ich habe dann die resultierenden Standbilder zusammengefügt, um eine kurze Animation des Lebens eines Tropfens und der anschließenden Kollision mit einem zweiten Tropfen zu erzeugen.

Schritt 3: Mechanischer Tropfenspender von DropArt

Der wohl wichtigste Teil des DropArt-Projekts ist der mechanische Tropfenspender. Dieser Teil des Designs ist entscheidend, um eine konsistente regelmäßige Tropfengröße zu gewährleisten.

Das Herzstück des Designs ist ein mechanisches Ventil, das mit einem 12 V federbelasteten, normalerweise geschlossenen Solonoid geöffnet und geschlossen wird. Dieses Solonoid wird mit der mikroprozessorbasierten Steuerplatine präzisionsgesteuert.

Das Flüssigkeitsgefäß ist ein Acrylrohr mit einem Außendurchmesser von 36 mm und einem Innendurchmesser von 30 mm. Um das Rohr abzudecken, habe ich in HIPS eine Endkappe 3D gedruckt, die für die Aufnahme von Standard 1/4-Zoll-Rohrfittings ausgelegt ist (siehe Bilder). Die Tropfen werden aus einem Schlauchtülle mit Widerhaken - ebenfalls 1/4 Zoll Gewinde - abgegeben.

Die Oberseite des Acrylrohres ist mit einem 29er Gummistopfen verschlossen. Der Gummistopfen wird mit einem Mittelloch geliefert, in das ich ein Plastikrohr gesteckt habe, um einen Mariotte-Siphon herzustellen (siehe spezifisches Kapitel über den Mariotte-Siphon).

Das Solonoid ist in einer kleinen Projektbox aus Kunststoff eingeschlossen und an eine Außensteckdose angeschlossen.

Schritt 4: Design und Übersicht des DropArt Control Boards

In diesem Abschnitt präsentiere ich ein kurzes Video mit einem Überblick über die DropArt-Prototypsteuerplatine und ihren Aufbau.

Schritt 5: Schema der DropArt-Steuerungsplatine

Das Bild hier zeigt den Schaltplan der Steuerplatine. Wir können sehen, dass der Schaltplan durch die Verwendung des leistungsstarken PIC-Mikrocontrollers relativ einfach ist.

Den Schaltplan können Sie hier herunterladen:

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

HINWEIS: In den Videos wird als Spannungsregler der kleine Typ 78L05 verwendet. Ich empfehle jedem, der dieses Design baut, den größeren 7805 im TO220-Paket zu verwenden

Schritt 6: DropArt - Das System tatsächlich verwenden

In diesem Abschnitt präsentiere ich ein Video, in dem beschrieben wird, wie das DropArt-Steuerungssystem tatsächlich verwendet wird. Das Video behandelt die Verwendung der eigenständigen Hardware und auch der Windows-basierten Benutzeroberfläche oder GUI.

Schritt 7: DropArt - Prüfung von Präzision und Wiederholbarkeit

In diesem Schritt versuche ich, eine Zwei-Drop-Sequenz zu beschreiben und die Timing-Genauigkeit des DropArt-Projekts zu veranschaulichen.

Horizontale Oszilloskopteilungen 50ms / Marke.

Betrachten Sie zunächst das zweite der beiden Bilder. Dies ist eine sehr einfache Spur von meinem Oszilloskop, die den grundlegenden 1-ms-Tick anzeigt, der die Zeitbasis für das gesamte Projekttiming bildet. Dieser Tick wird im PIC-Mikroprozessor unter Verwendung eines eingebetteten Hardware-Timers erzeugt, der so programmiert ist, dass er zu einem genauen Zeitpunkt einen Interrupt erzeugt. Mit dieser Zeitbasis können die Tropfengröße, die Verzögerung zwischen den Tropfen, die Verschlussverzögerung und die Blitzverzögerung sehr genau gesteuert werden, wodurch sehr wiederholbare Ergebnisse erzielt werden.

Betrachten Sie nun das erste der beiden Bilder:

Die mittlere blaue Spur zeigt eine Freisetzung von zwei Tropfen. Jeder Tropfen hat eine Größenperiode von 50 ms und eine Verzögerung von Tropfen 2 von 150 ms

Die untere rosa Spur ist das Blitzfeuer mit einer Verzögerung von 300 ms nach der Freigabe von Drop 1 und einer Haltezeit von 30 ms

Die obere gelbe Spur zeigt den Auslöser. Dies hat eine programmierte Verzögerung von 200ms. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Kamera eine Auslöseverzögerung von 100 ms hat, sodass der Auslöser 100 ms früher als programmiert ausgelöst wird. Der Verschluss bleibt für die Dauer der Sequenz geöffnet (Kamera-B-Modus). Der Verschluss wird nach Ablauf der 30ms Blitzeinschaltzeit geschlossen.

Schritt 8: Der Mariotte Siphon - erklärt

Ein sehr wichtiger Aspekt der Konstruktion ist die Steuerung des Flüssigkeitsdrucks am Eingang des Ventils. Wenn der Flüssigkeitsspiegel im Behälter sinkt, sinkt der Druck am Eingang des Ventils und damit auch der Flüssigkeitsdurchsatz. Die Tropfengröße für eine bestimmte Zeit, in der das Ventil geöffnet ist, nimmt mit sinkendem Behälterfüllstand ab. Dies macht die Steuerung der Tropfenkollisionen dynamisch und abhängig vom Flüssigkeitsstand. Das Video in diesem Schritt erklärt, wie dieses Problem gelöst wurde.

Das zweite sehr kurze Video zeigt, wie die DropArt-Spülfunktion zum Vorfüllen des Mariotte-Siphons sowie zum Spülen oder Reinigen des mechanischen Ventils verwendet werden kann.

Schritt 9: Bootloader zum erneuten Flashen des PIC verwendet

Dieses kurze Video demonstriert und erklärt den Betrieb des PIC-Bootloaders, der verwendet werden kann, um den PIC über den USB neu zu flashen, wodurch die Verwendung eines dedizierten PIC-Programmierers überflüssig wird.

Schritt 10: DropArt-Teileliste

Im Anhang ist ein Word-Dokument, das die Teile auflistet, die ich für das instructable verwendet habe

Dies ist eine Liste der Teile, die zum Erstellen des DropArt-Projekts erforderlich sind. Alle Teile bis auf eins sind selbst verfügbar. Die Ausnahme ist die Endkappe für das Acryl-Flüssigkeitsgefäß, das ich 3D-gedruckt habe. Ich habe diesem Schritt das Acrylrohr OD 36mm Endkappe modeI (STL-Format) beigefügt.

Aktive Komponenten

Mikrocontroller PIC18F2550. Im Auslieferungszustand ist dies ein nicht programmiertes Teil und muss daher mit der DropArt-Firmware geflasht werden. Wenn Sie einen geeigneten Programmierer haben, können Sie dies selbst tun, oder ich schicke Ihnen ein vorgeflashtes Teil oder Sie können mir ein Rohteil zum Flashen zusenden

• Blaues serielles IIC 20x4 Zeichen LCD-Modul
• 78L05 Spannungsregler
• AN25 Opto-Isolator oder ähnlich – 2 Stück
• MOC3020 Opto-Triac
• IRF9530 P-Kanal-FET oder ähnlich
• TLS106 SCR Thyristor oder ähnlich
• LEDs 2 aus

Passive Bauteile

• 1N4001 Diode (Verpolungsschutz)
• 100nf Keramikkondensatoren 3 off
• 22uf 16v Elektrolytkondensator oder ähnlich 2 off
• 22pf Keramikkondensatoren 2 off
• 4MHz Quarz HC49/4H bedrahtet
• SIL 8-poliges isoliertes Widerstandsnetzwerk 1,8K 2 off
• SIL 8-poliges gemeinsames Widerstandsnetzwerk 4,7k 1 off
• 470R 1/4W Widerstand 1 aus
• 10K 1/4W Widerstand 2 aus

Anschlüsse

• 2,5-mm-Steckdose für Platinenmontage
• 2,5-mm-Netzstecker/-buchse für Chassismontage
• 2,5-mm-Mono-Klinkenbuchse (Magnet)
• 3,5-mm-Mono-Klinkenbuchse 2 aus (Auslöser und Blitz)
• USB Typ B 90-Grad-DIP-Buchse
• Stiftleiste 2,54 mm 4-Wege
• DIL 28-Pin-IC-Sockel mit gedrehtem Stift
• DIL 6pin gedrehter Pin IC Sockel 3 off

Sonstiges

• 12cm x 8cm FR-4 Prototyping Board Durchgangsloch plattiert
• Drücken Sie, um Miniaturknöpfe durch das Loch zu machen
• Drehgeberschalter 2 Bit Gray codiert
• Drehknopf passend für Drehgeber

Mechanik

• Klares Acrylrohr 36mm AD 30mm ID und 18cm lang
• Endkappe (3D-Druck) passend für Acrylrohr OD 36mm
• Mariotte-Siphontyp passend für Spundmitte von 16cm Länge
• Gummistopfen Gr. 29 mit Mittelloch
• Schlauchtülle mit Widerhaken 1/4” Gewinde x 4mm vorhanden Öffnung
• BSPP Schottverschraubung mit Befestigungsmutter 1/4 Zoll
• Zylindernippel 1/4 Zoll
• 12V DC 4W Elektromagnetventil Luft/Gas/Wasser/Kraftstoff normalerweise geschlossen 1/4 Zoll Zweiwege

Schritt 11: Fazit und Gedanken

Ich habe es wirklich genossen, dieses Projekt zu bauen und zu perfektionieren. Meine Projekte beginnen fast immer vom gleichen Ausgangspunkt. Ich interessiere mich für etwas, für das möglicherweise spezielle Ausrüstung erforderlich ist. Nachdem ich Geräte gefunden und oft gekauft habe, bin ich so oft von der Qualität und Funktionalität enttäuscht und fühle mich anschließend gezwungen, meine eigene Ausrüstung zu entwerfen und zu bauen, um die erforderliche Arbeit richtig zu erledigen. Dies war beim DropArt-Projekt tatsächlich der Fall.

Das DropArt-Projekt ermöglicht es mir jetzt, Flüssigkeitstropfenkollisionen mit einer Wiederholbarkeit von nahezu 100 % durchzuführen, sodass ich mich auf die Bilder konzentrieren kann und nicht mehr frustriert bin, Hunderte von Bildern aufzunehmen, in der Hoffnung, ein paar Tropfenkollisionen zu bekommen.

Ich produziere und poste diese anweisbaren Artikel aus drei Gründen. Erstens macht es mir wirklich Spaß, das Instructable zu produzieren, da es eine Möglichkeit bietet, das Projekt zu dokumentieren und als Abschluss fungiert. Zweitens hoffe ich natürlich, dass die Leute den Artikel lesen und genießen, vielleicht sogar etwas Neues lernen. Und drittens, um jedem zu helfen und zu unterstützen, der beim Aufbau des Projekts mitmachen möchte. Mein ganzes Berufsleben habe ich als Konstrukteur im Bereich Elektronik und Software verbracht; von klein auf ein außergewöhnlich begeisterter Elektronik-Bastler. Es macht mir wirklich Spaß, anderen zu helfen, die vielleicht selbst etwas aufbauen möchten, aber nur ein bisschen Anleitung und Unterstützung brauchen.

Angehängte Bilder zeigen mein DropArt-Setup in meiner Werkstatt.

Bitte zögern Sie nicht, einen Kommentar oder eine private Nachricht zu hinterlassen, wenn Sie weitere Details benötigen.

Vielen Dank, Dave