DropArt - Precision Two Drop Photocal Collider: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Hola a tots i totes, En aquest instructiu us presento el meu disseny per a un col·lisionador de dues gotes de líquid controlat per ordinador. Abans de començar amb els detalls del disseny, crec que té sentit explicar exactament quin és el propòsit del disseny.

Una branca divertida, interessant i bonica de la fotografia consisteix a capturar imatges de gotes de líquid quan arriben a una piscina de líquid similar. Això en si mateix pot produir imatges interessants. Per obtenir imatges realment genials, hem de xocar dues gotes de líquid. Així, doncs, la primera gota colpeja la piscina de líquid i crea el que jo anomeno un broc cap amunt que s’eleva des de la piscina directament a sobre d’on va impactar la primera gota. Ara, una segona gota, cronometrada amb precisió, arriba a la part superior del "broc cap amunt" explotant el líquid cap a l'exterior per generar algunes formes sorprenents i úniques.

L’objectiu del meu disseny DropArt és proporcionar les funcions següents:

• Per alliberar una gota de líquid amb una mida repetible
• Alliberar una segona gota de líquid amb una mida repetible i un temps de precisió respecte a la primera gota
• Per controlar un obturador de la càmera per capturar una col·lisió
• Per controlar un cap de flaix per congelar la col·lisió en un moment precís
• Oferir un controlador autònom fàcil d'utilitzar que proporciona la possibilitat de controlar tots els paràmetres i múltiples configuracions
• Per proporcionar una interfície d'usuari o interfície gràfica d'usuari basada en Windows fàcil d'utilitzar connectada mitjançant USB
• Proporcionar un carregador d’arrencada per facilitar el parpelleig del firmware mitjançant USB

També hauria d’haver una protecció adequada entre la placa de control i la càmera i els dispositius flash.

Pas 1: vegem primer alguns resultats …

Abans d’entrar en els detalls del disseny, primer examinem alguns resultats del projecte DropArt. Si a vosaltres, com a lector, us agraden els resultats, potser voldríeu aprofundir en el disseny i potser us interessa construir-ne un per al qual us donaré suport.

Aspectes importants de la fotografia DropArt

Cal tenir en compte que per obtenir els millors resultats, la càmera està configurada en mode B (o bombeta). Això significa que mentre es manté premut l'obturador, l'obturador es manté obert. Aquest és el mode que trobo que funciona millor per a la fotografia DropArt. En realitat, és el flaix que capta el moment i no l'obturador de la càmera. Per tal d’aconseguir una curta durada del flaix, la potència de sortida del flaix s’ha de reduir al mínim. Acostumo a utilitzar dues petites unitats de flaix ajustades a una potència de sortida manual baixa (vegeu la imatge a la conclusió). Una unitat de flaix està acoblada al controlador DropArt i es dispara mitjançant un cable. El segon cap de flaix s’està esclavitzant òpticament del primer.

Com que estem en mode B, l'excés de llum ambiental provocarà la difuminació de la imatge. Per tant, la fotografia de gota s'hauria de realitzar amb una il·luminació moderada, la llum suficient per veure el que esteu fent. En general, faig imatges al voltant de F11 i, per tant, es minimitzen els efectes deguts a la llum ambiental.

Tècnica i configuració bàsica

Cal tenir en compte que cada configuració variarà lleugerament i que haureu de ser pacient i metòdic. Quan tingueu una col·lisió bàsica de dues gotes, trobareu els resultats gairebé al 100% repetibles. Per a la configuració bàsica següent, feia servir aigua de l’aixeta amb colorant alimentari vermell. El dispensador de gotes estava a uns 25 cm per sobre de la piscina de líquids.

Assegureu-vos que el sifó Mariotte estigui purificat de líquid mitjançant la funció de purga (vegeu l’exemple del vídeo) i també assegureu-vos que el nivell de líquid no baixi per sota del sifó Mariotte.

• Primer comenceu amb una sola caiguda de 35 ms
• Estableix el retard de l'obturador a 100 ms
• Estableix el retard del flaix a 150 ms
• Augmenteu el retard del flaix en increments de + 10 ms fins que vegeu la caiguda que apareix a la part superior del quadre
• Ara podeu augmentar el retard del flaix durant tota la seqüència de caiguda
• Continueu augmentant el retard del flaix fins que tingueu un broc complet
• Ara afegiu una segona mida de caiguda de 35 ms i un retard d’uns 150 ms
• Ajusteu el retard de caiguda en dos increments de +/- 10 ms fins que aparegui a la part superior del quadre per sobre del primer broc desplegable
• Ajusteu el retard de la gota dos fins que la segona gota xoqui amb el broc cap amunt des de la primera gota

Ara teniu una col·lisió bàsica, ja que podeu jugar amb la configuració per obtenir l'efecte que desitgeu.

Els líquids de densitat diferent requeriran diferents configuracions, però podeu emmagatzemar-los en les diferents configuracions.

Pas 2: vídeo de lapse de temps de caigudes consecutives

Aquí presento un vídeo: es tracta d’una sèrie de gotes consecutives separades preses com a fotografies amb 10 ms o 5 ms avançant en intervals de flaix per congelar el moviment. A continuació, he ajuntat les imatges fixes resultants per produir una curta animació de la vida d'una gota i la posterior col·lisió amb una segona gota.

Pas 3: dispensador de gotes mecànic DropArt

Sens dubte, la part més important del projecte DropArt és el dispensador mecànic de gotes. Aquesta part del disseny és fonamental per garantir una mida regular de caiguda.

El cor del disseny és una vàlvula mecànica que s’obre i es tanca mitjançant un solonoide normalment tancat amb molla de 12 v. Aquest solonoide es controla amb precisió mitjançant la placa de control basada en microprocessador.

El recipient líquid és un tub acrílic de 36 mm de diàmetre i 30 mm de diàmetre. Per tapar el tub, he imprès en 3D a HIPS un tap final dissenyat per acceptar accessoris de canonada estàndard de 1/4 de polzada (veure imatges). Les gotes es distribueixen des d'una cua de mànega de pues, també amb fil de 1/4 de polzada.

La part superior del tub d’acrílic està segellada amb un taulell de goma de mida 29. El traç de goma es subministra amb un forat central al qual he instal·lat un tub de plàstic per crear un sifó Mariotte (vegeu la secció específica del sifó Mariotte).

El solonoide està tancat en una petita caixa de plàstic i connectat a una presa de corrent exterior.

Pas 4: disseny i visió general de la placa de control de DropArt

En aquesta secció, presento un petit vídeo que fa una panoràmica de la placa de control del prototip DropArt i la seva construcció.

Pas 5: esquema del tauler de control de DropArt

La imatge aquí mostra l'esquema de la placa de control. Podem veure que mitjançant l’ús del potent microcontrolador PIC l’esquema és relativament senzill.

Podeu descarregar l'esquema aquí:

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

NOTA: en els vídeos, el regulador de voltatge utilitzat és del tipus petit 78L05. Suggereixo a qualsevol que construeixi aquest disseny que faci servir el 7805 més gran del paquet TO220

Pas 6: DropArt: realment utilitzant el sistema

En aquesta secció, presento un vídeo que detalla com utilitzar realment el sistema de control DropArt. El vídeo cobreix el maquinari autònom i també la interfície d'usuari o GUI basada en Windows.

Pas 7: DropArt: examinar la precisió i la repetibilitat

En aquest pas, intento descriure una seqüència de dues gotes i il·lustrar la precisió temporal del projecte DropArt.

Divisions de l'oscil·loscopi horitzontal de 50 ms / marca.

Considerem inicialment la segona de les dues imatges. Aquesta és una traça molt senzilla del meu oscil·loscopi que mostra la marca bàsica de 1 ms que forma la base de temps per a tota la sincronització del projecte. Aquesta marca es genera al microprocessador PIC mitjançant un temporitzador de maquinari incrustat programat per generar una interrupció en un moment precís del temps. Utilitzant aquesta base de temps, la mida de caiguda, el retard entre caigudes, el retard de l'obturador i el retard del flaix es poden controlar amb molta precisió, produint resultats molt repetibles.

Ara considerem la primera de les dues imatges:

La traça blava mitjana mostra un llançament de dues gotes. Cada caiguda té un període de mida de 50 ms i un retard de caiguda de 150 ms

El traç rosat inferior és el foc flash amb un retard de 300 ms després de deixar anar 1 llançament i un temps de retenció de 30 ms

La traça groga superior mostra el disparador. Té un retard programat de 200 ms. Tanmateix, se suposa que la càmera té un retard d'obturació de 100 ms, de manera que el disparador és 100 ms abans del programat. L'obturador roman obert durant la durada de la seqüència (mode càmera B). L'obturador es tanca després que hagi caducat el període d'encesa de 30 ms.

Pas 8: el sifó Mariotte: explicat

Un aspecte molt important del disseny és com controlar la pressió del líquid a l'entrada de la vàlvula. A mesura que baixa el nivell de líquid al dipòsit, la pressió a l'entrada de la vàlvula baixa, per tant, també cau el cabal del líquid. La mida de caiguda durant un moment determinat en què la vàlvula està oberta disminueix a mesura que baixa el nivell del dipòsit. Això fa que el control de les col·lisions de caiguda sigui dinàmic i dependent del nivell de líquid. El vídeo d’aquest pas explica com s’ha resolt aquest problema.

El segon vídeo molt breu mostra com es pot utilitzar la funció de purga DropArt per preparar el sifó Mariotte, així com per purgar o netejar la vàlvula mecànica.

Pas 9: carregador d'arrencada utilitzat per tornar a parpellejar PIC

Aquest breu vídeo demostra i explica el funcionament del carregador d’arrencada PIC que es pot utilitzar per tornar a flaixar el PIC mitjançant l’USB, cosa que nega la necessitat d’utilitzar un programador PIC dedicat.

Pas 10: Llista de peces DropArt

S'adjunta un document de Word que mostra les parts que he utilitzat per a la instrucció

Aquesta és una llista de les parts necessàries per construir el projecte DropArt. Totes les parts de la barra estan disponibles fora de si mateix. L’excepció és la tapa final del recipient líquid acrílic que vaig imprimir en 3D. He adjuntat el modeI de tapa final de tub acrílic OD de 36 mm (format STL) a aquest pas.

Components actius

Microcontrolador PIC18F2550. Tal com es proporciona, es tracta d’una peça no programada, per la qual cosa s’ha de llançar amb el microprogramari DropArt. Si teniu un programador adequat, podeu fer-ho vosaltres mateixos, o us puc enviar una part pre-flaixada o em podeu enviar una part en blanc per fer-la intermitent

• Mòdul LCD de caràcter IIC 20x4 de sèrie blau
• Regulador de tensió 78L05
• Optoaïllador AN25 o similar: 2 apagats
• MOC3020 opto-triac
• IRF9530 FET de canal P o similar
• Tiristor TLS106 SCR o similar
• LEDs 2 apagats

Components passius

• 1N4001 díode (protecció contra polaritat inversa)
• Condensadors ceràmics 100nf 3 de descompte
• Condensador electrolític de 22uf 16v o similar apagat
• Condensadors ceràmics de 22pf 2 apagats
• Cristall de 4 MHz HC49 / 4H amb plom
• Xarxa de resistències aïllades SIL de 8 pins de 1,8 k 2 apagats
• Xarxa de resistències comuns SIL de 8 pins 4,7 k 1 de descompte
• 470R 1 / 4W resistència 1 apagada
• Resistència 2 10K 1 / 4W apagada

Connectors

• Presa de corrent de 2,5 mm
• Endoll / endoll de corrent de 2,5 mm
• Presa mono jack de 2,5 mm (solenoide)
• Presa mono jack de 3,5 mm 2 desactivada (obturador i flaix)
• Connector femella USB DIP de 90 graus tipus B
• Capçal de pin 2,54 mm de 4 vies
• Presa IC DIL de 28 pines girats
• El sòcol 3 del pin de pin convertit DIL 6 pins està desactivat

Altres

• Tauler de prototipatge FR-4 de 12cm x 8cm xapat a través d'un forat
• Premeu per fer a través dels forats botons en miniatura
• Interruptor de codificador rotatiu de 2 bits codificat en gris
• Botó de control per adaptar-se al codificador rotatiu

Mecànica

• Tub acrílic transparent 36mm OD 30mm ID i 18cm de llarg
• Tapa final (impressió 3D) per adaptar-se a la canonada acrílica OD de 36 mm
• Tipus de sifó Mariotte per adaptar-se al centre de la fusta per 16 cm de llarg
• Barret de goma talla 29 amb forat central
• La cua de mànega de pues de 1/4 "de fil x 4 mm té una obertura
• Mampara femella BSPP amb femella de fixació de 1/4 de polzada
• Mugró de barril de 1/4 de polzada
• Electrovàlvula elèctrica 12V CC 4W aire / gas / aigua / combustible normalment tancada 1 / 4inch bidireccional

Pas 11: Conclusió i pensaments

M’ha agradat molt construir i perfeccionar aquest projecte. Els meus projectes quasi sempre comencen des del mateix punt de partida. M’interessa alguna cosa que pot requerir equipament especialitzat. Després d’haver trobat i comprat equips sovint, tinc moltes vegades decebut per la qualitat i la funcionalitat i, posteriorment, em sento obligat a dissenyar i construir el meu propi equip per fer la feina necessària correctament. Aquest va ser el cas del projecte DropArt.

El projecte DropArt ara em permet realitzar col·lisions de caiguda de líquid amb una repetibilitat del 100%, de manera que puc concentrar-me en les imatges més que en la frustració de prendre centenars d’imatges amb l’esperança d’aconseguir algunes col·lisions de caiguda.

Produeixo i publico aquests articles instructius per tres motius. En primer lloc, m’agrada molt produir l’instructible, ja que proporciona una manera de documentar el projecte i actua com a tancament. En segon lloc, òbviament espero que la gent llegeixi i gaudeixi de l'article, potser fins i tot aprengui alguna cosa nova. I, en tercer lloc, proporcionar ajuda i suport a tothom que vulgui tenir problemes per construir el projecte. He passat tota la meva vida laboral com a enginyer de disseny en electrònica i programari; des de ben petit, un aficionat a l'electrònica excepcionalment aficionat. M’agrada molt ajudar els altres que potser volen construir per ells mateixos, però només necessiten una mica d’orientació i suport.

Les imatges adjuntes mostren la meva configuració de DropArt al meu taller.

No dubteu a fer comentaris o missatges privats si necessiteu més detalls.

Moltes gràcies, Dave