DropArt - Collider عکاسی دقیق دو قطره: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

سلام به همگی ،

در این مقاله آموزشی من طراحی خود را برای یک برخورد کننده قطره مایع کنترل شده توسط کامپیوتر ارائه می کنم. قبل از شروع به کار در مورد جزئیات طراحی ، فکر می کنم منطقی باشد که دقیقاً توضیح دهیم که هدف از طراحی چیست.

یک شاخه سرگرم کننده ، جالب و زیبا از عکاسی شامل گرفتن تصاویری از قطرات مایع هنگام برخورد با حوضچه ای از مایع مشابه است. این به خودی خود می تواند تصاویر جالبی تولید کند. برای به دست آوردن تصاویر واقعاً جالب ، ما باید دو قطره مایع را با هم برخورد کنیم. بنابراین اولین قطره به مخزن مایع برخورد می کند و چیزی را که من آن را "خروجی خروجی" می نامم ایجاد می کند که از استخر مستقیماً در بالای جایی که اولین قطره تحت تأثیر قرار گرفته بالا می آید. در حال حاضر دومین قطره ، دقیق و زمان بندی شده ، به بالای "خروجی بالا" برخورد می کند و مایع را به بیرون منفجر می کند تا شکلهای شگفت انگیز و منحصر به فردی ایجاد کند.

هدف از طراحی DropArt من ارائه ویژگی های زیر است:

• برای رها کردن قطره مایع با اندازه قابل تکرار
• برای رها کردن قطره مایع دوم با اندازه قابل تکرار و زمان دقیق نسبت به قطره اول
• برای کنترل شاتر دوربین برای ضبط برخورد قطره ای
• برای کنترل هد فلاش برای یخ زدن برخورد در یک لحظه دقیق در زمان
• ارائه یک کنترلر مستقل کاربر پسند که توانایی کنترل همه پارامترها و تنظیمات متعدد را دارد
• برای ارائه رابط کاربر پسند کاربرپسند مبتنی بر ویندوز یا GUI متصل از طریق USB
• ارائه بوت لودر برای سهولت چشمک زدن مجدد سیستم عامل از طریق USB

همچنین باید بین برد کنترل و دوربین متصل و دستگاه های فلش حفاظت کافی وجود داشته باشد.

مرحله 1: اجازه دهید ابتدا برخی از نتایج را بررسی کنیم…

قبل از پرداختن به جزئیات طراحی ، اجازه دهید ابتدا برخی از نتایج پروژه DropArt را بررسی کنیم. اگر شما ، به عنوان خواننده ، نتایج را دوست دارید ، ممکن است بخواهید بیشتر به طراحی نگاه کنید و شاید در ساختن یک طرح شکاف داشته باشید که من از آن پشتیبانی می کنم.

جنبه های مهم عکاسی DropArt

لازم به ذکر است که برای بهترین نتایج ، دوربین روی حالت B (یا لامپ) تنظیم شده است. این بدان معناست که تا زمانی که شاتر فشرده است ، شاتر باز می ماند. این حالت به نظر من برای عکاسی DropArt بهترین است. در واقع این فلاش است که لحظه را ثبت می کند و نه شاتر دوربین. به منظور دستیابی به مدت زمان کوتاه چشمک زدن ، قدرت خروجی فلاش باید به حداقل برسد. من تمایل دارم از دو واحد فلش کوچک با قدرت خروجی دستی پایین استفاده کنم (تصویر را در نتیجه ببینید). یک واحد فلش به کنترلر DropArt متصل شده و از طریق کابل روشن می شود. سر فلش دوم از نظر ظاهری برعکس اول است.

همانطور که در حالت B هستیم ، نور اضافی محیط باعث تار شدن تصویر می شود. بنابراین ، عکاسی قطره ای را باید در نورهای ملایم انجام دهید - فقط نور کافی برای مشاهده آنچه انجام می دهید. من به طور کلی در حدود f11 عکس می گیرم و بنابراین جلوه های ناشی از نور محیط به حداقل می رسد.

تکنیک و تنظیم اولیه

لازم به ذکر است که هر تنظیم کمی تغییر می کند و شما باید صبور و متدین باشید هنگامی که با یک برخورد دو قطره اصلی مواجه شدید ، نتایج را تقریباً 100 قابل تکرار خواهید یافت. برای تنظیمات اولیه زیر از آب لوله کشی با رنگ خوراکی قرمز استفاده می کردم. قطره چکان حدود 25 سانتی متر بالاتر از حوضچه مایع بود.

اطمینان حاصل کنید که سیفون ماریوت با استفاده از ویژگی پاکسازی از مایع پاکسازی شده است (مثال فیلم را ببینید) و همچنین اطمینان حاصل کنید که سطح مایع از کف سیفون ماریوت پایین نیاید.

• ابتدا با اندازه قطره 35 میلی ثانیه شروع کنید
• تأخیر شاتر را روی 100ms تنظیم کنید
• تاخیر فلش را روی 150ms تنظیم کنید
• تا زمانی که مشاهده کردید قطره در بالای قاب ظاهر می شود ، تاخیر فلاش را به میزان +10ms افزایش دهید
• اکنون می توانید تاخیر فلش را در کل دنباله رهاسازی افزایش دهید
• تا زمانی که یک جرقه پرتاب کامل کامل نداشته باشید ، تاخیر فلاش را افزایش دهید
• حالا قطره دوم را 35 میلی ثانیه و تاخیر را در حدود 150 میلی ثانیه اضافه کنید
• تاخیر دو قطره را با افزایش +/- 10 میلی ثانیه تنظیم کنید تا در بالای قاب بالای اولین خروجی بازشو ظاهر شود
• قطره را دو بار تا زمانی که قطره دوم با قطره اول از قطره اول برخورد کند ، تنظیم کنید

اکنون شما یک برخورد اساسی دارید که می توانید با تنظیمات بازی کنید تا جلوه مورد نظر خود را به دست آورید.

مایعات با چگالی متفاوت به تنظیمات متفاوتی نیاز دارند اما می توانید آنها را در تنظیمات مختلف ذخیره کنید.

مرحله 2: فیلم افت زمان متوالی قطره های متوالی

در اینجا من یک ویدئو ارائه می دهم - این مجموعه ای از قطره های متوالی جداگانه است که به صورت عکس گرفته می شوند و 10 میلی ثانیه یا 5 میلی ثانیه فواصل فلاش را برای یخ زدن حرکت پیش می برند. سپس تصاویر ثابت را به هم وصل کرده ام تا یک انیمیشن کوتاه از زندگی یک قطره و برخورد بعدی با قطره دوم تولید کنم.

مرحله 3: دستگاه پخش کننده قطره مکانیکی DropArt

مسلماً مهمترین بخش پروژه DropArt ، دستگاه قطره ساز مکانیکی است. این بخش از طراحی برای اطمینان از اندازه قطره منظم بسیار مهم است.

قلب طراحی یک دریچه مکانیکی است که با استفاده از یک فنر 12 ولت بارگذاری شده معمولاً باز و بسته می شود. این سولونوئید با استفاده از برد کنترل مبتنی بر ریزپردازنده کنترل دقیق می شود.

ظرف مایع یک لوله اکریلیک 36 میلیمتری OD ، 30 میلیمتری است. برای بستن لوله ، من یک پرینت سه بعدی در HIPS یک سرپوش انتهایی دارم که برای پذیرش اتصالات لوله استاندارد 1/4 اینچی طراحی شده است (تصاویر را ببینید). قطره ها از دم شلنگ خاردار - همچنین نخ 1/4 اینچ - خارج می شوند.

قسمت بالای لوله اکریلیک با سایز لاستیکی سایز 29 بسته شده است. نوار لاستیکی دارای یک سوراخ مرکزی است که در آن یک لوله پلاستیکی برای ایجاد سیفون ماریوت نصب کرده ام (بخش خاصی از سیفون ماریوت را ببینید).

سالونوئید در یک جعبه کوچک پلاستیکی پروژه محصور شده و به یک پریز برق خارجی متصل شده است.

مرحله 4: طراحی و نمای کلی تابلوی کنترل DropArt

در این بخش ، من یک ویدئوی کوتاه را مرور می کنم که نمای اصلی برد کنترل اولیه DropArt و ساختار آن را نشان می دهد.

مرحله 5: شماتیک هیئت مدیره DropArt

تصویر اینجا شماتیک صفحه کنترل کنترل را نشان می دهد. می بینیم که با استفاده از میکروکنترلر قدرتمند PIC ، شماتیک نسبتاً ساده است.

می توانید شماتیک را از اینجا بارگیری کنید:

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

توجه: در فیلم ها تنظیم کننده ولتاژ مورد استفاده از نوع 78L05 کوچک است. من پیشنهاد می کنم هر کسی که این طرح را طراحی می کند از 7805 بزرگتر در بسته TO220 استفاده کند

مرحله 6: DropArt - در واقع استفاده از سیستم

در این بخش ، من یک ویدیو با جزئیات نحوه استفاده از سیستم کنترل DropArt ارائه می دهم. این ویدیو با استفاده از سخت افزار مستقل و همچنین رابط کاربری یا GUI مبتنی بر ویندوز پوشش می دهد.

مرحله 7: DropArt - بررسی دقت و تکرارپذیری

در این مرحله ، من سعی می کنم یک دنباله دو قطره را شرح دهم و دقت زمان بندی پروژه DropArt را نشان دهم.

اسیلوسکوپ افقی تقسیم 50ms / mark.

در ابتدا ، دومین تصویر از دو تصویر را در نظر بگیرید. این یک اثری بسیار ساده از اسیلوسکوپ من است که علامت 1ms اصلی را نشان می دهد که پایگاه زمانی همه زمان بندی پروژه را تشکیل می دهد. این تیک در ریزپردازنده PIC با استفاده از زمان سنج سخت افزاری تعبیه شده است که برای ایجاد وقفه در یک زمان دقیق برنامه ریزی شده است. با استفاده از این پایگاه زمانی ، اندازه قطره ، تاخیر بین قطره ، تاخیر شاتر و تاخیر فلاش را می توان با دقت بسیار زیادی کنترل کرد و نتایج بسیار تکراری را تولید کرد.

حالا اولین تصویر از دو تصویر را در نظر بگیرید:

رد آبی میانی دو قطره را نشان می دهد. هر قطره دارای یک دوره اندازه 50 میلی ثانیه و یک تاخیر قطره 2 150 میلی ثانیه است

ردیف صورتی پایین ، آتش سوزی با تاخیر 300 میلی ثانیه پس از انتشار قطره 1 و زمان نگه داشتن 30 میلی ثانیه است

رديف زرد بالا شاتر را نشان مي دهد. این برنامه 200 میلی ثانیه تاخیر برنامه ریزی شده دارد. با این حال ، فرض بر این است که دوربین دارای تاخیر شاتر 100 میلی ثانیه است ، بنابراین شاتر 100 میلی ثانیه زودتر از برنامه ریزی شده است. شاتر برای مدت زمان دنباله (حالت دوربین B) باز می ماند. شاتر پس از اتمام دوره فلاش 30 میلی ثانیه بسته می شود.

مرحله 8: سایفون ماریوت - توضیح داده شده است

یک جنبه بسیار مهم در طراحی نحوه کنترل فشار مایع در ورودی شیر است. با کاهش سطح مایع در مخزن ، فشار ورودی به سوپاپ کاهش می یابد بنابراین سرعت جریان مایع نیز کاهش می یابد. اندازه افت برای هر زمان معین که شیر باز است با کاهش سطح مخزن کاهش می یابد. این امر باعث می شود کنترل برخورد قطرات پویا و وابسته به سطح مایع باشد. فیلم موجود در این مرحله نحوه حل این مشکل را توضیح می دهد.

ویدئوی بسیار کوتاه دوم نشان می دهد که چگونه می توان از ویژگی پاکسازی DropArt برای آماده سازی سیفون Mariotte و همچنین پاکسازی یا تمیز کردن شیر مکانیکی استفاده کرد.

مرحله 9: بوت لودر برای چشمک زدن مجدد PIC استفاده می شود

این ویدئو کوتاه عملکرد بوت لودر PIC را نشان می دهد و توضیح می دهد که می تواند برای فلش مجدد PIC از طریق USB مورد استفاده قرار گیرد و نیازی به استفاده از برنامه نویس اختصاصی PIC را نادیده می گیرد.

مرحله 10: لیست قطعات DropArt

پیوست یک سند word است که شامل قسمتهایی است که برای آموزش استفاده کردم

این لیستی از قطعات مورد نیاز برای ساخت پروژه DropArt است. تمام نوار قطعات یک به صورت خودکار در دسترس است. استثنا در این مورد ، کلاهک انتهایی ظرف مایع اکریلیک است که به صورت سه بعدی چاپ کردم. من لوله اکریلیک OD 36mm cap cap mode I (قالب STL) را به این مرحله وصل کرده ام.

اجزای فعال

میکروکنترلر PIC18F2550. همانطور که ارائه شده است ، این یک قسمت غیر برنامه ریزی شده است بنابراین باید با سیستم عامل DropArt فلش شود. اگر برنامه نویس مناسبی دارید می توانید این کار را خودتان انجام دهید ، یا من می توانم یک قسمت پیش فلش را برای شما ارسال کنم یا می توانید یک قسمت خالی را برای چشمک زدن برای من ارسال کنید

• سریال آبی IIC 20x4 کاراکتر ماژول LCD
• تنظیم کننده ولتاژ 78L05
• AN-opto-isolator یا مشابه-2 عدد خاموش
• MOC3020 opto-triac
• IRF9530 P-channel FET یا مشابه آن
• TLS106 SCR تریستور یا مشابه
• LED های 2 خاموش

اجزای منفعل

• دیود 1N4001 (حفاظت از قطبیت معکوس)
• خازن های سرامیکی 100nf 3 خاموش
• خازن الکترولیتی 22uf 16v یا مشابه 2 خاموش
• خازن های سرامیکی 22pf 2 خاموش
• کریستال 4 مگاهرتز HC49/4H سرب
• SIL 8 پین شبکه مقاومت جدا شده 1.8K 2 خاموش
• SIL 8 پین شبکه مقاومت مشترک 4.7k 1 خاموش
• مقاومت 470R 1/4W 1 خاموش
• مقاومت 10K 1/4W 2 خاموش

اتصالات

• سوکت برق سوار بر برد 2.5 میلی متری
• دوشاخه/سوکت برق شاسی 2.5 میلی متری
• سوکت جک 2.5 میلی متری (برقی)
• سوکت جک 3.5 میلی متری 2 خاموش (شاتر و فلاش)
• USB نوع B سوکت زن 90 درجه DIP
• هدر پین 2.54 میلی متر 4 طرفه
• DIL 28pin سوکت IC پین چرخانده شده است
• DIL 6pin سوکت IC پین 3 را خاموش کرد

دیگر

• 12 سانتی متر در 8 سانتی متر نمونه اولیه FR-4 از طریق سوراخ اندود شده است
• برای ایجاد دکمه های مینیاتوری سوراخ دار فشار دهید
• سوئیچ رمزگذار روتاری 2 بیت خاکستری کدگذاری شده است
• دکمه کنترل متناسب با رمزگذار چرخشی

مکانیک

• لوله اکریلیک شفاف 36 میلی متر OD 30 میلی متر ID و طول 18 سانتی متر
• سرپوش انتهایی (چاپ سه بعدی) متناسب با لوله اکریلیک OD 36mm
• نوع سیفون ماریوت متناسب با مرکز بونگ به طول 16 سانتی متر
• نوار لاستیکی سایز 29 با سوراخ وسط
• دم شلنگ خاردار رزوه 1/4 اینچی x 4 میلی متر دیافراگم وجود دارد
• اتصالات دیواره زن BSPP با مهره ثابت 1/4 اینچ
• نوک سینه بشکه 1/4 اینچ
• 12V DC 4W شیر برقی هوا/گاز/آب/سوخت به طور معمول 1/4 اینچ دو طرفه بسته می شود

مرحله 11: نتیجه گیری و اندیشه ها

من واقعاً از ساختن و تکمیل این پروژه لذت بردم. پروژه های من تقریباً همیشه از یک نقطه شروع شروع می شوند. من به چیزی علاقه مند می شوم که ممکن است به تجهیزات تخصصی نیاز داشته باشد. با پیدا کردن و خرید تجهیزات اغلب ، من اغلب از کیفیت و عملکرد ناامید می شوم و متعاقباً احساس می کنم مجبورم طراحی و ساخت وسایل شخصی خود را برای انجام کار مورد نیاز به درستی انجام دهم. این در واقع در مورد پروژه DropArt صادق بود.

پروژه DropArt اکنون به من امکان می دهد تا برخورد قطرات مایع را با تکرار تقریباً 100 perform انجام دهم ، بنابراین می توانم بر روی تصاویر تمرکز کنم تا ناامیدی از گرفتن صدها تصویر به امید برخورد چند قطره.

من به سه دلیل این مقالات آموزشی را تولید و ارسال می کنم. اولا ، من واقعاً از تولید Instructable لذت می برم زیرا راهی برای مستندسازی پروژه ارائه می دهد و به عنوان بسته عمل می کند. ثانیاً ، من به وضوح امیدوارم مردم بخوانند و از مقاله لذت ببرند ، شاید حتی چیز جدیدی یاد بگیرند. و سوم ، ارائه کمک و پشتیبانی به هرکسی که می خواهد در ساخت پروژه مشکلی داشته باشد. من تمام عمر کاری خود را به عنوان مهندس طراحی در بخش الکترونیک و نرم افزار گذرانده ام. از سنین پایین ، علاقه مندان به لوازم الکترونیکی من واقعاً از کمک به دیگران که ممکن است بخواهند برای خودشان بسازند اما فقط نیاز به کمی راهنمایی و حمایت دارند لذت می برم.

تصاویر پیوست ، تنظیمات DropArt من را در کارگاه من نشان می دهد.

لطفاً در صورت نیاز به جزئیات بیشتر ، کامنت بگذارید یا پیام خصوصی دهید.

سپاس فراوان ،

دیو