DropArt - Colisionador fotográfico de precisión de dos gotas: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Hola a todos

En este instructivo, presento mi diseño para un colisionador de dos gotas de líquido controlado por computadora. Antes de comenzar con los detalles del diseño, creo que tiene sentido explicar exactamente cuál es el propósito del diseño.

Una rama de la fotografía divertida, interesante y hermosa consiste en capturar imágenes de gotas de líquido cuando golpean un charco de líquido similar. Esto en sí mismo puede producir imágenes interesantes. Para obtener algunas imágenes realmente interesantes, necesitamos colisionar dos gotas de líquido. Entonces, la primera gota golpea el charco de líquido y crea lo que yo llamo un "pico ascendente" que se eleva desde el charco directamente sobre el lugar donde impactó la primera gota. Ahora, una segunda gota, cronometrada con precisión, golpea la parte superior del "pico ascendente" y hace que el líquido explote hacia afuera para generar algunas formas sorprendentes y únicas.

El propósito de mi diseño de DropArt es proporcionar las siguientes características:

• Para liberar una gota de líquido con un tamaño repetible.
• Para liberar una segunda gota de líquido con tamaño repetible y sincronización de precisión con respecto a la primera gota
• Para controlar el obturador de una cámara para capturar una colisión de caída
• Para controlar un cabezal de flash para congelar la colisión en un momento preciso en el tiempo
• Proporcionar un controlador autónomo fácil de usar que brinde la capacidad de controlar todos los parámetros y múltiples configuraciones.
• Para proporcionar una interfaz de usuario basada en Windows fácil de usar o una GUI conectada a través de USB
• Para proporcionar un cargador de arranque para facilitar la actualización del firmware a través de USB

También debe haber una protección adecuada entre el tablero de control y la cámara y los dispositivos flash conectados.

Paso 1: Primero veamos algunos resultados …

Antes de entrar en detalles del diseño, veamos primero algunos resultados del proyecto DropArt. Si a usted, como lector, le gustan los resultados, es posible que desee profundizar más en el diseño y tal vez tener una oportunidad de construir uno usted mismo para el que brindaré apoyo.

Aspectos importantes de la fotografía DropArt

Cabe señalar que para obtener los mejores resultados, la cámara está configurada en modo B (o bombilla). Esto significa que mientras el obturador esté presionado, el obturador permanece abierto. Este es el modo que encuentro que funciona mejor para la fotografía DropArt. En realidad, es el flash el que captura el momento y no el obturador de la cámara. Para lograr una duración de flash corta, la potencia de salida del flash debe mantenerse al mínimo. Tiendo a usar dos unidades de flash pequeñas configuradas a una potencia de salida baja manual (ver imagen en la conclusión). Una unidad de flash está acoplada al controlador DropArt y se dispara a través de un cable. El segundo cabezal de flash es esclavo ópticamente del primero.

Como estamos en el modo B, el exceso de luz ambiental hará que la imagen se vea borrosa. Por lo tanto, la fotografía de gotas debe realizarse con una iluminación tenue, con la luz suficiente para ver lo que está haciendo. Por lo general, tomo imágenes alrededor de f11 y, por lo tanto, los efectos debidos a la luz ambiental se minimizan.

Configuración y técnica básica

Cabe señalar que cada configuración variará ligeramente y debe ser paciente y metódico. Una vez que tenga una colisión básica de dos gotas, encontrará que los resultados son casi 100% repetibles. Para la configuración básica a continuación, estaba usando agua del grifo con colorante rojo para alimentos. El dispensador de gotas estaba a unos 25 cm por encima de la piscina de líquido.

Asegúrese de que el sifón Mariotte esté purgado de líquido usando la función de purga (vea el ejemplo de video) y también asegúrese de que el nivel de líquido no caiga por debajo del fondo del sifón Mariotte.

• Primero comience con una sola gota de 35 ms
• Establezca el retardo del obturador en 100 ms
• Establezca el retardo del flash en 150 ms
• Aumente el retardo del flash en incrementos de + 10ms hasta que vea que la gota aparece en la parte superior del encuadre.
• Ahora puede aumentar el retardo del flash a lo largo de toda la secuencia de caída.
• Siga aumentando el retardo del flash hasta que tenga un solo pico de caída completo
• Ahora agregue un segundo tamaño de gota de 35 ms y un retraso de alrededor de 150 ms
• Ajuste el retardo de caída dos en incrementos de +/- 10ms hasta que aparezca en la parte superior del marco sobre el primer pico desplegable
• Ajuste la demora de la gota dos hasta que la segunda gota colisione con el pico ascendente de la primera gota

Ahora que se está produciendo un choque básico, puede jugar con la configuración para obtener el efecto que desea.

Los líquidos de diferente densidad requerirán diferentes ajustes, pero puede almacenarlos en las diferentes configuraciones.

Paso 2: Video secuencial de caídas consecutivas

Aquí presento un video: esta es una serie de gotas consecutivas separadas tomadas como imágenes fijas con intervalos de flash de avance de 10 ms o 5 ms para congelar el movimiento. Luego he unido las imágenes fijas resultantes para producir una breve animación de la vida de una gota y la posterior colisión con una segunda gota.

Paso 3: Dispensador de gotas mecánico DropArt

Podría decirse que la parte más importante del proyecto DropArt es el dispensador de gotas mecánico. Esta parte del diseño es fundamental para garantizar un tamaño de gota regular constante.

El corazón del diseño es una válvula mecánica que se abre y se cierra utilizando un solonoide normalmente cerrado con resorte de 12v. Este solonoide se controla con precisión mediante la placa de control basada en microprocesador.

El recipiente de líquido es un tubo acrílico de 36 mm de diámetro exterior y 30 mm de diámetro interior. Para tapar el tubo, imprimí en 3D en HIPS una tapa de extremo que está diseñada para aceptar accesorios de tubería estándar de 1/4 de pulgada (ver imágenes). Las gotas se dispensan desde una cola de manguera con púas, también con rosca de 1/4 de pulgada.

La parte superior del tubo acrílico está sellada con un tapón de goma de tamaño 29. El tapón de goma se suministra con un orificio central en el que he colocado un tubo de plástico para crear un sifón Mariotte (ver sección específica sobre el sifón Mariotte).

El solonoid está encerrado en una pequeña caja de plástico para proyectos y está conectado a una toma de corriente exterior.

Paso 4: Diseño y descripción general de la placa de control DropArt

En esta sección, presento un breve video que describe la placa de control del prototipo DropArt y su construcción.

Paso 5: Esquema de la placa de control DropArt

La imagen aquí muestra el esquema de la placa de control de control. Podemos ver que al utilizar el potente microcontrolador PIC, el esquema es relativamente simple.

Puede descargar el esquema aquí:

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

NOTA: en los videos el regulador de voltaje utilizado es el pequeño tipo 78L05. Sugiero que cualquiera que construya este diseño use el 7805 más grande en el paquete TO220

Paso 6: DropArt: uso real del sistema

En esta sección, presento un video que detalla cómo usar realmente el sistema de control DropArt. El video cubre el uso del hardware independiente y también la interfaz de usuario o GUI basada en Windows.

Paso 7: DropArt: examen de la precisión y la repetibilidad

En este paso, intento describir una secuencia de dos gotas e ilustrar la precisión del tiempo del proyecto DropArt.

Divisiones de osciloscopio horizontal 50ms / marca.

Inicialmente, considere la segunda de las dos imágenes. Este es un trazo muy simple de mi osciloscopio que muestra el tic básico de 1 ms que forma la base de tiempo para todos los tiempos del proyecto. Este tick se genera en el microprocesador PIC utilizando un temporizador de hardware integrado programado para generar una interrupción en un momento preciso. Con esta base de tiempo, el tamaño de la gota, el retardo entre gotas, el retardo del obturador y el retardo del flash se pueden controlar con mucha precisión para producir resultados muy repetibles.

Ahora considere la primera de las dos imágenes:

El trazo azul del medio muestra una liberación de dos gotas. Cada gota tiene un período de tamaño de 50 ms y un retardo de gota 2 de 150 ms

El trazo rosa inferior es el destello con un retraso de 300 ms después de la liberación de la gota 1 y un tiempo de retención de 30 ms

El trazo amarillo superior muestra el disparador. Tiene un retardo programado de 200ms. Sin embargo, se asume que la cámara tiene un retardo del obturador de 100 ms, por lo que el disparador es 100 ms antes de lo programado. El obturador permanece abierto mientras dura la secuencia (modo cámara B). El obturador se cierra una vez transcurrido el período de encendido de 30 ms.

Paso 8: El sifón de Mariotte - Explicado

Un aspecto muy importante del diseño es cómo controlar la presión del líquido en la entrada de la válvula. A medida que cae el nivel de líquido en el depósito, la presión en la entrada de la válvula disminuye, por lo tanto, también lo hace el caudal de líquido. El tamaño de la gota para un momento dado en que la válvula está abierta disminuye a medida que desciende el nivel del depósito. Esto hace que el control de las colisiones de caída sea dinámico y dependiente del nivel de líquido. El video de este paso explica cómo se ha resuelto este problema.

El segundo video muy breve muestra cómo se puede usar la función de purga DropArt para cebar el sifón Mariotte, así como para purgar o limpiar la válvula mecánica.

Paso 9: cargador de arranque utilizado para volver a flashear PIC

Este breve video demuestra y explica el funcionamiento del cargador de arranque PIC que se puede usar para volver a flashear el PIC a través del USB, eliminando la necesidad de usar un programador PIC dedicado.

Paso 10: Lista de piezas de DropArt

Se adjunta un documento de Word que enumera las partes que usé para el instructivo

Esta es una lista de las piezas necesarias para crear el proyecto de DropArt. Todas las partes de la barra una están disponibles por separado. La excepción a esto es la tapa del extremo del recipiente de líquido acrílico que imprimí en 3D. He adjuntado el tubo acrílico de diámetro exterior de 36 mm en modo de tapa final (formato STL) a este paso.

Componentes activos

Microcontrolador PIC18F2550. Tal como se suministra, esta es una pieza no programada, por lo que debe actualizarse con el firmware DropArt. Si tiene un programador adecuado, puede hacerlo usted mismo, o puedo enviarle una parte pre flasheada o puede enviarme una parte en blanco para flashear

• Módulo LCD azul serie IIC 20x4 caracteres
• Regulador de voltaje 78L05
• Optoaislador AN25 o similar - 2 unidades
• Opto-triac MOC3020
• IRF9530 FET de canal P o similar
• Tiristor TLS106 SCR o similar
• LED 2 apagados

Componentes pasivos

• Diodo 1N4001 (protección contra polaridad inversa)
• Condensadores cerámicos 100nf 3 apagado
• Condensador electrolítico 22uf 16v o similar 2 apagado
• Condensadores cerámicos 22pf 2 apagado
• Cristal de 4MHz HC49 / 4H con plomo
• Red de resistencias aisladas SIL de 8 pines 1.8K 2 apagado
• Red de resistencia común SIL de 8 pines 4,7k 1 apagado
• 470R 1 / 4W resistor 1 apagado
• Resistencia de 10K 1 / 4W 2 apagada

Conectores

• Toma de corriente de montaje en placa de 2,5 mm
• Enchufe / zócalo de alimentación de montaje en chasis de 2,5 mm
• Toma mono jack de 2,5 mm (solenoide)
• Toma de jack mono de 3,5 mm 2 desactivada (obturador y flash)
• Conector hembra DIP de 90 grados USB tipo B
• Cabezal de clavija de 2,54 mm de 4 vías
• Zócalo IC de clavija girada DIL de 28 pines
• DIL, 6 pines, clavija girada, zócalo IC 3 desactivado

Otro

• Placa de creación de prototipos FR-4 de 12 cm x 8 cm a través del orificio plateado
• Empuje para hacer botones en miniatura de orificio pasante
• Conmutador codificador rotatorio de 2 bits Codificado en gris
• Perilla de control para adaptarse al codificador rotatorio

Mecánica

• Tubo de acrílico transparente de 36 mm de diámetro exterior, 30 mm de diámetro interno y 18 cm de largo.
• Tapa final (impresión 3D) para adaptarse a tubería acrílica de 36 mm de diámetro exterior
• Tipo de sifón Mariotte para adaptarse al centro del tapón por 16 cm de largo
• Tapón de goma tamaño 29 con orificio central
• Cola de manguera con púas rosca de 1/4 "x 4 mm existe apertura
• Accesorio de mamparo hembra BSPP con tuerca de fijación de 1/4 de pulgada
• Pezón de barril de 1/4 de pulgada
• Válvula de solenoide eléctrica de 12 V CC 4 W aire / gas / agua / combustible normalmente cerrada 1/4 de pulgada de dos vías

Paso 11: Conclusión y pensamientos

Realmente disfruté construyendo y perfeccionando este proyecto. Mis proyectos casi siempre parten del mismo punto de partida. Me intereso en algo que puede requerir equipo especializado. Habiendo encontrado y comprado equipo a menudo, a menudo me decepciono con la calidad y la funcionalidad y, posteriormente, me siento obligado a diseñar y construir mi propio equipo para hacer el trabajo requerido correctamente. Este fue de hecho el caso del proyecto DropArt.

El proyecto DropArt ahora me permite realizar colisiones de gotas de líquido con una repetibilidad cercana al 100% para poder concentrarme en las imágenes en lugar de la frustración de tomar cientos de imágenes con la esperanza de obtener algunas colisiones de gotas.

Produzco y publico estos artículos de Instructable por tres razones. En primer lugar, realmente disfruto produciendo Instructable, ya que proporciona una forma de documentar el proyecto y actúa como cierre. En segundo lugar, obviamente espero que la gente lea y disfrute el artículo, tal vez incluso aprenda algo nuevo. Y en tercer lugar, brindar ayuda y apoyo a cualquiera que quiera tener una oportunidad en la construcción del proyecto. He pasado toda mi vida laboral como ingeniero de diseño en electrónica y software; desde temprana edad, un aficionado a la electrónica excepcionalmente entusiasta. Realmente disfruto ayudar a otros que tal vez quieran construir por sí mismos, pero solo necesitan un poco de orientación y apoyo.

Las imágenes adjuntas muestran mi configuración de DropArt en mi taller.

No dude en comentar o enviar un mensaje privado si necesita más detalles.

Muchas gracias, Dave