DropArt - Precision Two Drop Photographic Collider - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Hallo allemaal, In deze instructable presenteer ik mijn ontwerp voor een computergestuurde twee vloeibare drop-collider. Voordat we beginnen met de ontwerpdetails, denk ik dat het zinvol is om uit te leggen wat precies het doel van het ontwerp is.

Een leuke, interessante en mooie tak van fotografie omvat het vastleggen van afbeeldingen van vloeistofdruppels terwijl ze een plas soortgelijke vloeistof raken. Dit op zich kan interessante beelden opleveren. Om echt coole beelden te krijgen, moeten we twee vloeistofdruppels laten botsen. Dus de eerste druppel raakt de plas vloeistof en creëert wat ik noem een 'opwaartse tuit' die oprijst uit de plas direct boven waar de eerste druppel insloeg. Nu raakt een tweede druppel, nauwkeurig getimed, de bovenkant van de 'up-tuit', waardoor de vloeistof naar buiten explodeert om verbazingwekkende en unieke vormen te genereren.

Het doel van mijn DropArt-ontwerp is om de volgende functies te bieden:

• Een vloeibare druppel met een herhaalbare grootte vrijgeven
• Om een tweede vloeistofdruppel vrij te geven met een herhaalbare grootte en nauwkeurige timing ten opzichte van de eerste druppel
• Een camerasluiter bedienen om een botsing van een druppel vast te leggen
• Om een flitskop te bedienen om de botsing op een nauwkeurig moment in de tijd te bevriezen
• Om een gebruiksvriendelijke stand-alone controller te bieden die de mogelijkheid biedt om alle parameters en meerdere configuraties te regelen
• Om een gebruiksvriendelijke op Windows gebaseerde gebruikersinterface of GUI te bieden die via USB is aangesloten
• Om een bootloader te bieden om het opnieuw flashen van de firmware via USB te vergemakkelijken

Er moet ook voldoende bescherming zijn tussen de besturingskaart en de aangesloten camera- en flitsapparaten.

Stap 1: Laten we eerst naar enkele resultaten kijken …

Voordat we ingaan op ontwerpdetails, laten we eerst eens kijken naar enkele resultaten van het DropArt-project. Als je als lezer de resultaten leuk vindt, wil je misschien verder kijken naar het ontwerp en misschien een greintje hebben om er zelf een te bouwen, waarbij ik ondersteuning zal bieden.

Belangrijke aspecten van DropArt-fotografie

Houd er rekening mee dat voor de beste resultaten de camera is ingesteld op de B-modus (of bulb). Dit betekent dat zolang de sluiter wordt ingedrukt, de sluiter open blijft staan. Dit is de modus die volgens mij het beste werkt voor DropArt-fotografie. Het is eigenlijk de flitser die het moment vastlegt en niet de sluiter van de camera. Om een korte flitsduur te bereiken, moet het flitsvermogen tot een minimum worden beperkt. Ik heb de neiging om twee kleine flitsers te gebruiken die zijn ingesteld op handmatig laag uitgangsvermogen (zie afbeelding in de conclusie). Eén flitser is gekoppeld aan de DropArt-controller en wordt via een kabel geactiveerd. De tweede flitskop werkt optisch aan de eerste.

Omdat we ons in de B-modus bevinden, zal overmatig omgevingslicht beeldvervaging veroorzaken. Daarom moet dropfotografie worden uitgevoerd bij gedempt licht - net genoeg licht om te zien wat je aan het doen bent. Ik maak over het algemeen foto's rond f11 en dus worden effecten als gevolg van omgevingslicht geminimaliseerd.

Basistechniek en setup

Opgemerkt moet worden dat elke opstelling enigszins zal variëren en dat u geduldig en methodisch moet zijn. Als u eenmaal een basisbotsing van twee druppels heeft, zult u merken dat de resultaten bijna 100% herhaalbaar zijn. Voor de basisopstelling hieronder gebruikte ik kraanwater met rode kleurstof. De druppeldispenser bevond zich ongeveer 25 cm boven de vloeistofpool.

Zorg ervoor dat de Mariotte-sifon wordt ontdaan van vloeistof met behulp van de ontluchtingsfunctie (zie videovoorbeeld) en zorg er ook voor dat het vloeistofniveau niet onder de bodem van de Mariotte-sifon zakt.

• Begin eerst met een enkele druppelgrootte 35 ms
• Stel de sluitervertraging in op 100ms
• Stel de flitsvertraging in op 150ms
• Verhoog de flitsvertraging in stappen van +10 ms totdat u de druppel bovenaan het frame ziet verschijnen
• U kunt nu de flitsvertraging gedurende de hele drop-reeks verhogen
• Blijf de flitsvertraging verhogen totdat je een volledige enkele drop-up tuit hebt
• Voeg nu een tweede druppelgrootte van 35 ms toe en een vertraging van ongeveer 150 ms
• Pas de vertraging van de drop-twee aan in stappen van +/- 10 ms totdat deze in de bovenkant van het frame boven de eerste drop-up-uitloop verschijnt
• Pas de vertraging van de druppel twee aan totdat de tweede druppel botst met de uitloop van de eerste druppel

Nu je een basisbotsing hebt, kun je met instellingen spelen om het gewenste effect te krijgen.

Vloeistoffen met verschillende dichtheid vereisen verschillende instellingen, maar u kunt deze in de verschillende configuraties opslaan.

Stap 2: Time-lapse-video van opeenvolgende druppels

Hier presenteer ik een video - dit is een reeks afzonderlijke opeenvolgende druppels genomen als foto's met 10 ms of 5 ms voortschrijdende flitsintervallen om beweging te bevriezen. Vervolgens heb ik de resulterende stilstaande beelden aan elkaar genaaid om een korte animatie te maken van het leven van een druppel en de daaropvolgende botsing met een tweede druppel.

Stap 3: DropArt mechanische druppeldispenser

Misschien wel het belangrijkste onderdeel van het DropArt-project is de mechanische druppeldispenser. Dit deel van het ontwerp is van cruciaal belang om een consistente, regelmatige druppelgrootte te garanderen.

Het hart van het ontwerp is een mechanische klep die wordt geopend en gesloten met behulp van een 12v veerbelaste normaal gesloten solonoïde. Deze solonoïde wordt nauwkeurig geregeld met behulp van de op een microprocessor gebaseerde besturingskaart.

Het vloeistofvat is een 36 mm OD, 30 mm ID acrylbuis. Om de buis af te sluiten, heb ik 3D-geprint in HIPS een einddop die is ontworpen om standaard 1/4 inch buisfittingen te accepteren (zie afbeeldingen). De druppels worden afgegeven via een slangpilaar met weerhaken - ook 1/4 inch schroefdraad.

De bovenkant van de acrylbuis is afgedicht met een rubberen stop van maat 29. De rubberen stop wordt geleverd met een gat in het midden waarin ik een plastic buis heb aangebracht om een Mariotte-sifon te maken (zie specifieke sectie over de Mariotte-sifon).

De solonoid is ingesloten in een kleine plastic projectdoos en aangesloten op een extern stopcontact.

Stap 4: Ontwerp en overzicht van de DropArt-besturingskaart

In deze sectie presenteer ik een korte video die een overzicht geeft van het DropArt-prototypebesturingsbord en de constructie ervan.

Stap 5: Schema DropArt-besturingskaart

De afbeelding hier toont het schema van de besturingskaart. We kunnen zien dat door gebruik te maken van de krachtige PIC-microcontroller het schema relatief eenvoudig is.

U kunt het schema hier downloaden:

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

LET OP: in de video's is de gebruikte spanningsregelaar het kleine type 78L05. Ik raad iedereen die dit ontwerp bouwt aan om de grotere 7805 in het TO220-pakket te gebruiken

Stap 6: DropArt - Het systeem daadwerkelijk gebruiken

In dit gedeelte presenteer ik een video waarin wordt uitgelegd hoe u het DropArt-besturingssysteem daadwerkelijk kunt gebruiken. De video behandelt het gebruik van de stand-alone hardware en ook de op Windows gebaseerde gebruikersinterface of GUI.

Stap 7: DropArt - Precisie en herhaalbaarheid onderzoeken

In deze stap probeer ik een reeks van twee druppels te beschrijven en de timingnauwkeurigheid van het DropArt-project te illustreren.

Horizontale oscilloscoopverdelingen 50ms / markering.

Overweeg in eerste instantie de tweede van de twee afbeeldingen. Dit is een heel eenvoudig spoor van mijn oscilloscoop met de standaard 1ms-tick die de tijdbasis vormt voor alle projecttiming. Deze tick wordt gegenereerd in de PIC-microprocessor met behulp van een ingebouwde hardwaretimer die is geprogrammeerd om op een precies tijdstip een onderbreking te genereren. Met behulp van deze tijdbasis kunnen de druppelgrootte, inter-dropvertraging, sluitervertraging en flitsvertraging zeer nauwkeurig worden gecontroleerd, wat zeer herhaalbare resultaten oplevert.

Beschouw nu de eerste van de twee afbeeldingen:

Het middelste blauwe spoor toont een release met twee druppels. Elke druppel heeft een grootteperiode van 50 ms en een vertraging van druppel 2 van 150 ms

Het onderste roze spoor is het flitsvuur met een vertraging van 300 ms na het loslaten van drop 1 en een houdtijd van 30 ms

Het bovenste gele spoor toont de ontspanknop. Deze heeft een geprogrammeerde vertraging van 200ms. Er wordt echter aangenomen dat de camera een sluitervertraging van 100 ms heeft, dus het ontspannen van de sluiter is 100 ms eerder dan geprogrammeerd. De sluiter blijft open voor de duur van de reeks (camera B-modus). De sluiter wordt gesloten nadat de flits-aan-periode van 30 ms is verstreken.

Stap 8: De Mariotte Siphon - Uitgelegd

Een zeer belangrijk aspect van het ontwerp is hoe de vloeistofdruk bij de ingang naar de klep te regelen. Naarmate het vloeistofniveau in het reservoir daalt, daalt de druk aan de ingang van de klep en daarmee ook het vloeistofdebiet. De druppelgrootte voor een bepaalde tijd dat de klep open is, neemt af naarmate het reservoirniveau daalt. Dit maakt het regelen van de druppelbotsingen dynamisch en afhankelijk van het vloeistofniveau. De video in deze stap legt uit hoe dit probleem is opgelost.

De tweede zeer korte video laat zien hoe de DropArt-spoelfunctie kan worden gebruikt om de Mariotte-sifon te vullen en de mechanische klep te reinigen of te reinigen.

Stap 9: Bootloader gebruikt voor PIC opnieuw flashen

Deze korte video demonstreert en verklaart de werking van de PIC-bootloader die kan worden gebruikt om de PIC opnieuw te flashen via de USB, waardoor het gebruik van een speciale PIC-programmer overbodig wordt.

Stap 10: DropArt-onderdelenlijst

Bijgevoegd is een word-document met de onderdelen die ik heb gebruikt voor de instructable

Dit is een lijst met de onderdelen die nodig zijn om het DropArt-project te bouwen. Alle onderdelen, op één na, zijn zelf verkrijgbaar. De uitzondering hierop is de einddop voor het acrylvloeistofvat dat ik 3D heb geprint. Ik heb de acrylbuis OD 36 mm eindkap modeI (STL-formaat) aan deze stap bevestigd.

Actieve componenten

PIC18F2550 microcontroller. Zoals geleverd is dit een niet-geprogrammeerd onderdeel dus moet geflitst worden met de DropArt firmware. Als je een geschikte programmeur hebt kun je dit zelf doen, of ik kan je een voorgeflitst deel sturen of je kunt mij een blanco deel sturen om te flashen

• Blauwe seriële IIC 20x4 karakters LCD-module
• 78L05 spanningsregelaar
• AN25 opto-isolator of vergelijkbaar – 2 uit
• MOC3020 opto-triac
• IRF9530 P-kanaal FET of vergelijkbaar
• TLS106 SCR Thyristor of vergelijkbaar
• LED's 2 uit

Passieve componenten

• 1N4001 diode (bescherming tegen omgekeerde polariteit)
• 100nf keramische condensatoren 3 uit
• 22uf 16v elektrolytische condensator of vergelijkbaar 2 uit
• 22pf keramische condensatoren 2 uit
• 4MHz kristal HC49/4H loodhoudend
• SIL 8-pins geïsoleerd weerstandsnetwerk 1.8K 2 uit
• SIL 8-pins gemeenschappelijk weerstandsnetwerk 4.7k 1 uit
• 470R 1/4W weerstand 1 uit
• 10K 1/4W weerstand 2 uit

Connectoren

• 2,5 mm boordgemonteerd stopcontact
• 2,5 mm stekker/contactdoos voor chassismontage
• 2,5 mm mono jack-aansluiting (solenoïde)
• 3,5 mm mono jack-aansluiting 2 uit (sluiter en flitser)
• USB type B 90 graden DIP vrouwelijke aansluiting
• Pin-header 2,54 mm 4-weg
• DIL 28-pins gedraaide pin IC-socket
• DIL 6-pins gedraaide pin IC-socket 3 uit

Ander

• 12cm x 8cm FR-4 prototyping bord door gaten geplateerd
• Duw om miniatuurknopen met doorlopende gaten te maken
• Draai-encoderschakelaar 2 bit Grijs gecodeerd
• Bedieningsknop om op roterende encoder te passen

Mechanica

• Helder acryl pijp 36mm OD 30mm ID en 18cm lang
• Eindkap (3D-print) om te passen op acrylbuis OD 36 mm
• Mariotte-sifontype dat 16 cm lang in het midden van de stop past
• Rubberen stop maat 29 met gat in het midden
• Slangstaart met weerhaken 1/4 "draad x 4 mm bestaande opening
• BSPP vrouwelijke schotfitting met bevestigingsmoer 1/4inch
• Loopnippel 1/4inch
• 12V DC 4W elektrisch magneetventiel lucht/gas/water/brandstof normaal gesloten 1/4 inch bidirectioneel;

Stap 11: Conclusie en gedachten

Ik heb echt genoten van het bouwen en perfectioneren van dit project. Mijn projecten beginnen bijna altijd vanuit hetzelfde uitgangspunt. Ik raak geïnteresseerd in iets waarvoor misschien specialistische apparatuur nodig is. Nadat ik apparatuur heb gevonden en vaak gekocht, ben ik zo vaak teleurgesteld over de kwaliteit en functionaliteit en voel ik me vervolgens gedwongen om mijn eigen uitrusting te ontwerpen en te bouwen om het vereiste werk goed te doen. Dit was inderdaad het geval bij het DropArt-project.

Het DropArt-project stelt me nu in staat om botsingen met vloeibare druppels uit te voeren met een herhaalbaarheid van bijna 100%, zodat ik me op de afbeeldingen kan concentreren in plaats van de frustratie van het maken van honderden afbeeldingen in de hoop een paar botsingen met druppels te krijgen.

Ik produceer en plaats deze Instructable-artikelen om drie redenen. Ten eerste vind ik het erg leuk om de Instructable te produceren, omdat het een manier biedt om het project te documenteren en als afsluiting fungeert. Ten tweede hoop ik natuurlijk dat mensen het artikel gaan lezen en ervan genieten, misschien zelfs iets nieuws leren. En ten derde, om hulp en ondersteuning te bieden aan iedereen die het project wil opbouwen. Ik heb mijn hele werkzame leven als ontwerpingenieur in elektronica en software doorgebracht; van jongs af aan een buitengewoon enthousiaste elektronicahobbyist. Ik vind het erg leuk om anderen te helpen die misschien voor zichzelf willen bouwen, maar gewoon een beetje begeleiding en ondersteuning nodig hebben.

Bijgevoegde afbeeldingen tonen mijn DropArt-opstelling in mijn werkplaats.

Aarzel niet om commentaar of een privébericht te sturen als u meer informatie nodig heeft.

Erg bedankt, Dave