DropArt - collisionneur photographique de précision à deux gouttes : 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Bonjour à toutes et à tous, Dans ce instructable, je présente ma conception pour un collisionneur à deux gouttes de liquide contrôlé par ordinateur. Avant de commencer sur les détails de la conception, je pense qu'il est logique d'expliquer exactement quel est le but de la conception.

Une branche amusante, intéressante et belle de la photographie consiste à capturer des images de gouttelettes de liquide lorsqu'elles frappent une flaque de liquide similaire. Cela en soi peut produire des images intéressantes. Pour obtenir des images vraiment cool, nous devons faire entrer en collision deux gouttes de liquide. Ainsi, la première goutte frappe le bassin de liquide et crée ce que j'appelle un « bec ascendant » qui s'élève du bassin directement au-dessus de l'endroit où la première goutte a eu un impact. Maintenant, une deuxième goutte, chronométrée avec précision, frappe le haut du « bec vers le haut », faisant exploser le liquide vers l'extérieur pour générer des formes étonnantes et uniques.

Le but de ma conception DropArt est de fournir les fonctionnalités suivantes:

• Pour libérer une goutte de liquide avec une taille reproductible
• Pour libérer une deuxième goutte de liquide avec une taille et une synchronisation de précision reproductibles par rapport à la première goutte
• Pour contrôler un obturateur de caméra pour capturer une collision de gouttes
• Pour contrôler une tête de flash pour geler la collision à un moment précis dans le temps
• Pour fournir un contrôleur autonome convivial offrant la possibilité de contrôler tous les paramètres et plusieurs configurations
• Pour fournir une interface utilisateur conviviale basée sur Windows ou une interface graphique connectée via USB
• Fournir un bootloader pour faciliter le re-flashage du firmware via USB

Il doit également y avoir une protection adéquate entre la carte de commande et l'appareil photo et les flashs connectés.

Étape 1: Regardons d'abord quelques résultats…

Avant d'entrer dans les détails de la conception, examinons d'abord quelques résultats du projet DropArt. Si vous, en tant que lecteur, aimez les résultats, vous voudrez peut-être approfondir la conception et peut-être essayer d'en construire une vous-même pour laquelle je fournirai mon soutien.

Aspects importants de la photographie DropArt

Il convient de noter que pour de meilleurs résultats, l'appareil photo est réglé sur le mode B (ou bulbe). Cela signifie que tant que l'obturateur est enfoncé, l'obturateur reste ouvert. C'est le mode que je trouve qui fonctionne le mieux pour la photographie DropArt. C'est en fait le flash qui capture l'instant et non l'obturateur de l'appareil photo. Afin d'obtenir une courte durée de flash, la puissance de sortie du flash doit être réduite au minimum. J'ai tendance à utiliser deux petits flashs réglés sur une faible puissance de sortie manuelle (voir image en conclusion). Un flash est couplé au contrôleur DropArt et est déclenché via un câble. La deuxième tête de flash est asservie optiquement à la première.

Comme nous sommes en mode B, une lumière ambiante excessive provoquera un flou de l'image. Par conséquent, la photographie en chute doit être effectuée dans un éclairage tamisé - juste assez de lumière pour voir ce que vous faites. Je prends généralement des images à environ f11 et ainsi les effets dus à la lumière ambiante sont minimisés.

Technique de base et configuration

Il convient de noter que chaque configuration variera légèrement et que vous devez être patient et méthodique. Pour la configuration de base ci-dessous, j'utilisais de l'eau du robinet avec du colorant alimentaire rouge. Le distributeur de gouttes était à environ 25 cm au-dessus de la piscine de liquide.

Assurez-vous que le siphon Mariotte est purgé de tout liquide à l'aide de la fonction de purge (voir l'exemple vidéo) et assurez-vous également que le niveau de liquide ne descend pas en dessous du fond du siphon Mariotte.

• Commencez d'abord avec une seule goutte de 35 ms
• Réglez le délai d'obturation sur 100 ms
• Réglez le délai du flash à 150 ms
• Augmentez le délai du flash par incréments de +10 ms jusqu'à ce que vous voyiez la goutte apparaître en haut du cadre
• Vous pouvez maintenant augmenter le délai de flash tout au long de la séquence de dépôt
• Continuez à augmenter le délai du flash jusqu'à ce que vous ayez un seul bec verseur complet
• Ajoutez maintenant une deuxième taille de goutte de 35 ms et un délai d'environ 150 ms
• Ajustez le délai de la goutte deux par incréments de +/- 10 ms jusqu'à ce qu'il apparaisse en haut du cadre au-dessus du premier bec verseur
• Ajustez le délai de deux gouttes jusqu'à ce que la deuxième goutte entre en collision avec le bec vers le haut de la première goutte

Maintenant que vous avez une collision de base, vous pouvez jouer avec les paramètres pour obtenir l'effet que vous souhaitez.

Des liquides de densités différentes nécessiteront des réglages différents, mais vous pouvez les stocker dans différentes configurations.

Étape 2: Vidéo en accéléré de gouttes consécutives

Ici, je présente une vidéo - il s'agit d'une série de gouttes consécutives séparées prises sous forme d'images fixes avec des intervalles de flash avançant de 10 ms ou 5 ms pour figer le mouvement. J'ai ensuite assemblé les images fixes résultantes pour produire une courte animation de la vie d'une goutte et de la collision ultérieure avec une deuxième goutte.

Étape 3: Distributeur de gouttes mécanique DropArt

La partie la plus importante du projet DropArt est sans doute le distributeur de gouttes mécanique. Cette partie de la conception est essentielle pour assurer une taille de goutte régulière et constante.

Le cœur de la conception est une vanne mécanique qui s'ouvre et se ferme à l'aide d'un solonoïde normalement fermé à ressort 12v. Ce solonoïde est contrôlé avec précision à l'aide de la carte de commande à microprocesseur.

Le récipient à liquide est un tube acrylique de 36 mm de diamètre extérieur et de 30 mm de diamètre intérieur. Pour fermer le tube, j'ai imprimé en 3D dans HIPS un embout conçu pour accepter les raccords de tuyauterie standard de 1/4 pouce (voir images). Les gouttes sont distribuées à partir d'une queue de tuyau barbelée - également un filetage de 1/4 pouce.

Le haut du tube acrylique est scellé avec un bouchon en caoutchouc de taille 29. La bonde en caoutchouc est fournie avec un trou central dans lequel j'ai inséré un tube en plastique pour créer un siphon Mariotte (voir la section spécifique sur le siphon Mariotte).

Le solonoïde est enfermé dans une petite boîte de projet en plastique et connecté à une prise de courant extérieure.

Étape 4: conception et présentation du tableau de contrôle DropArt

Dans cette section, je présente une courte vidéo présentant le prototype de carte de contrôle DropArt et sa construction.

Étape 5: Schéma du tableau de commande DropArt

L'image ici montre le schéma du tableau de commande. Nous pouvons voir qu'en utilisant le puissant microcontrôleur PIC, le schéma est relativement simple.

Vous pouvez télécharger le schéma ici:

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

REMARQUE: dans les vidéos le régulateur de tension utilisé est le petit type 78L05. Je suggère à quiconque construisant cette conception d'utiliser le plus grand 7805 dans le package TO220

Étape 6: DropArt - Utilisation réelle du système

Dans cette section, je présente une vidéo détaillant comment utiliser réellement le système de contrôle DropArt. La vidéo couvre l'utilisation du matériel autonome ainsi que l'interface utilisateur ou l'interface graphique Windows.

Étape 7: DropArt - Examen de la précision et de la répétabilité

Dans cette étape, j'essaie de décrire une séquence à deux gouttes et d'illustrer la précision de synchronisation du projet DropArt.

Divisions horizontales de l'oscilloscope 50ms/marque.

Dans un premier temps, considérons la seconde des deux images. Il s'agit d'une trace très simple de mon oscilloscope affichant le tick de base de 1 ms qui forme la base de temps pour tout le timing du projet. Ce tick est généré dans le microprocesseur PIC à l'aide d'un temporisateur matériel intégré programmé pour générer une interruption à un moment précis. En utilisant cette base de temps, la taille des gouttes, le délai entre les gouttes, le délai d'obturation et le délai du flash peuvent être contrôlés de manière très précise, produisant des résultats très reproductibles.

Considérons maintenant la première des deux images:

La trace bleue du milieu montre une libération de deux gouttes. Chaque goutte a une période de taille de 50 ms et un délai de goutte 2 de 150 ms

La trace rose du bas est le feu du flash avec un délai de 300 ms après le relâchement de la goutte 1 et un temps de maintien de 30 ms

La trace jaune supérieure montre le déclencheur. Celui-ci a un délai programmé de 200 ms. Cependant, il est supposé que l'appareil photo a un délai d'obturation de 100 ms, de sorte que le déclencheur est 100 ms plus tôt que programmé. L'obturateur reste ouvert pendant toute la durée de la séquence (mode caméra B). L'obturateur est fermé une fois la période de 30 ms d'activation du flash expirée.

Étape 8: Le Siphon Mariotte - Expliqué

Un aspect très important de la conception est de savoir comment contrôler la pression du liquide à l'entrée de la vanne. Au fur et à mesure que le niveau de liquide dans le réservoir baisse, la pression à l'entrée de la vanne baisse donc aussi le débit de liquide. La taille des gouttes à un moment donné où la vanne est ouverte diminue à mesure que le niveau du réservoir baisse. Cela rend le contrôle des collisions de gouttes dynamique et dépendant du niveau de liquide. La vidéo de cette étape explique comment ce problème a été résolu.

La deuxième vidéo très courte montre comment la fonction de purge DropArt peut être utilisée pour amorcer le siphon Mariotte ainsi que pour purger ou nettoyer la vanne mécanique.

Étape 9: Bootloader utilisé pour le re-clignotement du PIC

Cette courte vidéo montre et explique le fonctionnement du chargeur de démarrage PIC qui peut être utilisé pour re-flasher le PIC via l'USB, éliminant ainsi le besoin d'utiliser un programmeur PIC dédié.

Étape 10: Liste des pièces DropArt

Ci-joint un document Word répertoriant les pièces que j'ai utilisées pour l'instructable

Il s'agit d'une liste des pièces requises pour construire le projet DropArt. Toutes les pièces, à l'exception d'une, sont disponibles directement. L'exception à cela est le capuchon d'extrémité du récipient liquide acrylique que j'ai imprimé en 3D. J'ai attaché le tube acrylique OD 36mm embout modeI (format STL) à cette étape.

Composants actifs

Microcontrôleur PIC18F2550. Tel que fourni, il s'agit d'une pièce non programmée et doit donc être flashée avec le firmware DropArt. Si vous avez un programmeur approprié, vous pouvez le faire vous-même, ou je peux vous envoyer une partie pré-flashée ou vous pouvez m'envoyer une partie vierge pour le flashage

• Module LCD bleu série IIC 20x4 caractères
• régulateur de tension 78L05
• Opto-isolateur AN25 ou similaire – 2 off
• MOC3020 opto-triac
• IRF9530 FET canal P ou similaire
• Thyristor TLS106 SCR ou similaire
• LED 2 éteintes

Composants passifs

• Diode 1N4001 (protection contre l'inversion de polarité)
• Condensateurs céramique 100nf 3 off
• Condensateur électrolytique 22uf 16v ou similaire 2 off
• Condensateurs céramique 22pf 2 off
• Cristal 4MHz HC49/4H plombé
• Réseau de résistances isolées SIL 8 broches 1.8K 2 off
• Réseau de résistances communes SIL 8 broches 4.7k 1 off
• 470R 1/4W résistance 1 off
• Résistance 10K 1/4W 2 désactivée

Connecteurs

• Prise de courant à montage sur carte de 2,5 mm
• Prise/prise d'alimentation à montage sur châssis de 2,5 mm
• Prise jack mono 2,5 mm (solénoïde)
• Prise jack 3,5 mm mono 2 off (obturateur et flash)
• Prise femelle DIP USB type B à 90 degrés
• En-tête de broche 2.54mm 4 voies
• Prise CI DIL à 28 broches tournées
• DIL 6 broches tournée broche IC socket 3 off

Autre

• Carte de prototypage FR-4 12 cm x 8 cm plaquée trou traversant
• Poussez pour faire des boutons miniatures traversants
• Commutateur d'encodeur rotatif 2 bits codé gris
• Bouton de commande pour s'adapter à l'encodeur rotatif

Mécanique

• Tuyau acrylique transparent 36mm OD 30mm ID et 18cm de long
• Embout (impression 3D) pour s'adapter au tuyau acrylique OD 36mm
• Type de siphon Mariotte pour s'adapter au centre de la bonde de 16 cm de long
• Bouchon en caoutchouc taille 29 avec trou central
• Queue de tuyau barbelée filetage 1/4" x 4 mm ouverture existante
• Raccord de cloison femelle BSPP avec écrou de fixation 1/4 pouce
• Mamelon de baril 1/4 pouce
• Électrovanne électrique 12V DC 4W air/gaz/eau/carburant normalement fermée 1/4 pouce bidirectionnelle

Étape 11: Conclusion et réflexions

J'ai beaucoup aimé construire et perfectionner ce projet. Mes projets partent presque toujours du même point de départ. Je m'intéresse à quelque chose qui peut nécessiter un équipement spécialisé. Ayant trouvé et souvent acheté de l'équipement, je suis si souvent déçu de la qualité et de la fonctionnalité et je me sens par la suite obligé de concevoir et de construire mon propre équipement pour faire le travail requis correctement. Ce fut en effet le cas avec le projet DropArt.

Le projet DropArt me permet désormais d'effectuer des collisions de gouttes liquides avec une répétabilité proche de 100 % afin que je puisse me concentrer sur les images plutôt que sur la frustration de prendre des centaines d'images dans l'espoir d'obtenir quelques collisions de gouttes.

Je produis et publie ces articles Instructable pour trois raisons. Tout d'abord, j'aime beaucoup produire l'Instructable car il permet de documenter le projet et sert de clôture. Deuxièmement, j'espère évidemment que les gens vont lire et apprécier l'article, peut-être même apprendre quelque chose de nouveau. Et troisièmement, apporter aide et soutien à tous ceux qui souhaitent se lancer dans la construction du projet. J'ai passé toute ma vie professionnelle en tant qu'ingénieur de conception en électronique et en logiciel; dès son plus jeune âge, un amateur d'électronique exceptionnellement passionné. J'aime vraiment aider les autres qui veulent peut-être construire pour eux-mêmes mais qui ont juste besoin d'un peu de conseils et de soutien.

Les images jointes montrent ma configuration DropArt dans mon atelier.

N'hésitez pas à commenter ou à envoyer un message privé si vous avez besoin de plus de détails.

Merci beaucoup, Dave