Rellotge d'alta velocitat per a vídeos en càmera lenta: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Gairebé tothom amb un telèfon intel·ligent modern té una càmera d'alta velocitat que es pot utilitzar per fer vídeos espectaculars de càmera lenta. Però si voleu mesurar quant de temps triga a esclatar aquella bombolla de sabó o a explotar aquesta síndria, pot ser que sigui difícil mostrar l’hora als vostres vídeos: un cronòmetre té una pantalla molt petita i només té una precisió 1/100 de segon. Si voleu fer mesures quantitatives, he descobert que la freqüència de fotogrames publicada d’una càmera no es pot confiar.

Afortunadament, és molt fàcil construir un rellotge amb precisió ms i grans dígits brillants mitjançant un Arduino i una pantalla de 7 segments de 4 dígits. A més, els 12 pins d'una pantalla estàndard de 0,56 coincideixen exactament amb el disseny de pins de l'Arduino Nano i es poden soldar directament.

No hi ha cap arrencada / parada / restabliment en aquest temporitzador. Simplement comença a funcionar quan l’engegueu i desborda després de 10 segons. La idea és que per mesurar la durada d’un determinat procés, de totes maneres mesurem la diferència de temps entre el final i el principi.

Pas 1: materials

• Un Arduino Nano, sense les capçaleres soldades.
• Una pantalla de 0,56 "de 4 dígits amb 7 segments. Tant l’ànode comú com el càtode comú estan bé

En cas que vulgueu col·locar-lo en una caixa resistent i funcionar amb bateries amb 2 piles AA, afegiu:

• Una caixa de projectes electrònics de 60x100x25
• Un suport de bateria 2xAA
• Un mòdul intensiu
• Un interruptor basculant d’encès / apagat de 10x15 mm

Eines necessàries

Soldador

Per muntar-lo en una caixa:

• Una eina rotativa per tallar en brut els forats de la pantalla i l’interruptor
• Llimes manuals per tallar bé els forats
• Una pistola de cola calenta per fixar els components al seu lloc.

Pas 2: connectar l'Arduino a la pantalla

Sorprenentment, els pins d'una pantalla estàndard de 4 dígits de 7 segments coincideixen amb el disseny d'un Arduino Nano de manera que els 12 pins de la pantalla es connectin als pins IO de l'Arduino. Això permet soldar la pantalla directament a l'Arduino sense necessitat de PCB, connectors o cables.

Soldeu els pins inferiors de la pantalla (reconeixibles des dels punts decimals i la impressió) als pins analògics A0-A5. Soldeu els pins superiors de la pantalla amb els pins digitals D4-D9.

Els LED vermells només tenen una caiguda de tensió de 2V, de manera que normalment no és bona la seva connexió a 5V i normalment s’aplica una resistència en sèrie per limitar el corrent. Tanmateix, potser a causa de la intercalació, vaig trobar que funciona bé sense resistències de sèrie. Si no, aquí teniu una informació detallada sobre com afegir resistències de sèrie directament a l’Arduino Nano

Pas 3: el codi

Pengeu l'esbós adjunt a l'Arduino Nano. El codi actual és per a una visualització d'ànode comú, però les línies per a càtode comú es poden comentar.

Un cop carregat el codi, el temporitzador hauria de començar a funcionar cada vegada que es posi en marxa l'Arduino. Podeu parar aquí o veure a la secció següent un exemple de com muntar-lo en una caixa resistent i fer-lo funcionar amb bateria.

Alguns comentaris sobre el codi:

El temps es pren de les funcions micro (), en lloc de la funció millis (), per dues bones raons: La implementació Arduino de millis () és terrible: augmenten cada 1.024 ms i, de tant en tant, s’omet un mil·lisegon per compensar! No tots els Arduinos tenen cristalls d’alta precisió. Si trobeu que teniu més d'un permil, podeu ajustar el divisor a la línia "unsigned long t = micros () / 1000;" perquè el rellotge vagi més ràpid o més lent.

Els dígits estan intercalats, és a dir, que només s’encén un dígit a la vegada. En canviar els segments d'un dígit, tots els dígits estan apagats, de manera que no es mostra cap dígit d'escombraries en cap moment. Vaig mesurar la freqüència d'actualització dels dígits en 750 microsegons, de manera que cada dígit s'actualitza almenys una vegada a cada mil·lisegon.

No he optimitzat seriosament la velocitat del rellotge, ja que la velocitat actual és prou bona per mostrar mil·lisegons. Crec que es podria fer que l’Arduino mostri dos dígits més (corresponents als 100 i 10 microsegons), però requeriria

• Desactivar les interrupcions i utilitzar directament els temporitzadors
• Manipulació directa de ports
• Connectar tots els segments a un sol port i els dígits a un altre port
• Eviteu el càlcul explícit dels valors de dígits, però utilitzeu increments (les operacions de divisió i mòdul són lentes)

Si pogués ajudar una càmera de càmera lenta amb més de 1000 fps, podria provar-la, de moment estic satisfet amb la precisió ms.

Pas 4: muntar-lo en una caixa

Una caixa de projectes electrònics de 100x60x25mm econòmica, no impermeable, s’adapta fàcilment a aquest temporitzador, juntament amb bateries, un mòdul de pujada i un interruptor d’encès / apagat. Per al funcionament de la bateria, una combinació de 2 bateries AA amb un mòdul step-up proporcionarà una tensió de 5V estable i segura a l’Arduino. En posar un interruptor d’encès / apagat directament a la bateria (en comptes de sortir a la sortida de la pujada), les bateries no es veuran afectades per les fuites del mòdul d’absorció i poden durar anys, si s’utilitzen esporàdicament.

El mòdul step-up que vaig utilitzar tenia un connector USB femení, que vaig treure amb alicates, per poder soldar cables a la sortida. Com a alternativa, podeu utilitzar un increment regulable i configurar-lo a una sortida de 5 V.

Comenceu tallant els dos forats que corresponen a la pantalla i a l’interruptor d’encès / apagat. Vaig dibuixar amb un llapis els forats aproximats, després vaig retallar els forats una mica massa petits amb una eina giratòria i els vaig arxivar amb arxius manuals de la mida exactament coincident.

Retalleu alguns dels cables vermells i negres flexibles de múltiples cadenes de la caixa de bateries i connecteu-los al mòdul de pujada, amb el positiu o el negatiu interromputs per un interruptor d’encesa / apagada. A continuació, des del mòdul step-up directament al GND i al + 5V o a l'Arduino.

Vaig utilitzar cola calenta per mantenir tots els elements al seu lloc: la caixa de la bateria, el mòdul de pujada i els laterals de la pantalla.

El resultat final és un temporitzador en una caixa resistent amb una operació senzilla.