Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Стробоскоп на основе Arduino своими руками
Стробоскоп – это инструмент для определения скорости циклического движения (такого как вращение или вибрация), при котором движение кажется замедленным или остановленным: например, вращающийся диск с отверстиями по краю, через которые просматривается объект, или устройство, которое использует импульсную лампу для периодического освещения движущегося объекта.
Стробоскоп можно сделать своими руками с помощью подручных средств, компонентов из местного магазина электроники и Arduino, о чем и будет рассказано в данном проекте.
Представленный стробоскоп считается серьезным инструментом, потому что он не предназначен для развлечения или тусовок в ночных клубах. Скорее, это точный и универсальный инструмент, который можно использовать для измерения скорости вращения двигателя или для анализа периодических движений, таких как движение вибрирующей струны. При желании его можно подключить к электронной вспышке, чтобы разбирать и фотографировать быстрые движения. Более того, его можно синхронизировать по внешнему сигналу, чтобы преобразовать его в индикатор времени, который можно использовать для установки времени зажигания двигателя старого автомобиля.
Он разработан на базе Arduino Nano. Вспышки производятся обычным фонариком с 9 светодиодами, батарея которого 4,5 В заменена двумя проводами, подключенными к цепи стробоскопа. Период и продолжительность вспышки можно установить с помощью четырех кнопок. Их значения отображаются на стандартном жидкокристаллическом дисплее размером 16×2 символа. Они варьируются от 0,1 мс до 999,9 мс с разрешением 0,1 мс.
Кнопки увеличивают или уменьшают период или продолжительность мигания со скоростью, увеличивающейся со временем, в течение которого была нажата кнопка. Эта скорость подчиняется закону, который можно легко изменить в коде. ЖК-дисплей, используемый для отображения периода и продолжительности, совместим с библиотекой liquidCrystal и подключается так же, как в примерах из этой библиотеки, за исключением подсветки, которая регулируется потенциометром.
Стробоскоп может управлять дополнительной электронной вспышкой, кратковременно закорачивая центральный контакт с землей в каждый период времени. Эту вспышку можно использовать как альтернативу, так и одновременно со светодиодным фонариком. Синхронизация стробоскопа достигается за счет сокращения цифрового входа на землю. Когда этот вход заземлен, излучение вспышки прекращается. Когда он снова размыкается, вспышка срабатывает ровно на один период позже. Внимание: при установке времени зажигания двигателя не подавайте напряжение от системы зажигания на вход синхронизации, это может привести к повреждению Arduino.
Светодиодный фонарик управляется цифровым выходом D13 Nano. Он не подключен напрямую к этому выходу, потому что ему нужен ток 180 мА при напряжении 4,5 В, а каждый выход Arduino ограничен 40 мА. Фонарик питается от батареи 9 В через N-канальный полевой МОП-транзистор Q2 и резистор R2 на 47 Ом. Этот резистор ограничивает ток через фонарик примерно до 100 мА, что достаточно для хорошего освещения. Резистор должен рассеивать мощность не менее 47 x 0,1² = 0,47 Вт. Резистор мощностью 1 Вт – хороший выбор.
Полные схемы соединений приведены далее.
Код программы Arduino выглядит следующим образом.
Остановить мгновение. Фототриггер на Arduino
Съемка быстротекущих процессов, таких как падение капли, взрыв воздушного шарика, — очень непростое дело. Точно подгадать момент, когда нужно нажать на спуск затвора, без специальных устройств практически невозможно. Нет, можно, конечно, сделать сотню попыток, и в какой-то момент удача повернется к тебе. Но можно обойтись и без сотни шариков. Тут на помощь придет Arduino. Ниже описан процесс конструирования автоматического триггера на базе Arduino с реакцией на звук или пересечение луча лазерной указки.
Cтрого говоря, Arduino будет управлять не затвором камеры, а фотовспышкой. К сожалению, задержка реакции камеры на сигнал — в районе 20 миллисекунд, что для человеческого глаза не заметно, но все же дольше, чем можно себе позволить при съемке лопнувшего шарика. Поэтому съемка производится в темной комнате с выдержкой 10 секунд, а вот вспышка срабатывает именно в нужный момент. Так как в комнате практически нет освещения, то всё экспонирование фотографии произойдет именно в момент работы вспышки (около 1 миллисекунды).
Лазерный фотосенсор
В качестве сенсора используется простая лазерная указка и фоторезистор. Луч указки направляется на фотосенсор, а фотосенсор будет регистрировать потерю луча. То есть в тот момент, когда объект пересекает луч, Arduino активирует вспышку. Также, в этот момент, программно отключается лазер, чтобы луч не попал на фотографию. Внеся небольшую задержку между пересечением луча и освещением сцены вспышкой, можно поймать в кадр интересные моменты, например, разбивающуюся о пол лампу накаливания, которая за мгновение до этого падая пересечет луч указки.
Для удешевления конструкции использовался недорогой лазерный модуль. Так как он очень маломощный, его можно запитать напрямую с цифрового выхода Arduino. Так как модуль лазера требует 3В, а напряжение на выходе Arduino 5В, в схеме используется делитель напряжения на двух резисторах. Другой делитель — в цепи фоторезистора. Значение сигнала с фоторезистора считывается аналоговым входом Arduino.
Звуковой сенсор
Сенсор реагирует на шум — это может быть звук падающей капли на воду или звук лопнувшего шарика и т.д. Для упрощения конструкции в схеме используется уже готовый усилитель, в данном случае — гитарный. С усилителя мы будем получать синусоидальный сигнал в районе 8 кГц на 5 вольтах. Для защиты аналогового входа Arduino используется диод, отсекающий отрицательную часть волны.
На первом изображении — сигнал с усилителя (это голос), на втором — сигнал после диода. Arduino, считывая сигнал, сравнивает его с некоторым пороговым значением. Если сигнал превышает его, то срабатывает триггер вспышки. В принципе, можно сделать более избирательную систему и заставить Arduino реагировать на определенные частоты, но в данном приложении этого не требуется.
Управление вспышкой
Об управлении вспышкой можно почитать здесь.
Окончательная сборка
Сборка заключалась в размещении всех компонентов в подходящем корпусе и выводе на корпус разъемов для подключения микрофона и лазерного сенсора.
Пример управления фотовспышкой с помощью Arduino контроллера
Интересный пример применения Arduino контроллера для управления фотовспышкой. Для управления вспышкой понадобится «горячий башмак», через который мы будем подавать синхросигнал. Макетную плату изображенную на фото можете выбрать из списка ассортимента на нашего складе. В сборке был использован контроллер Arduino Uno — R3 ATmega328 стоимостью в районе полутора тысяч рублей, и башмак со стандартным разъемом под 1/8-дюймовый штекер. A вообще можно использовать любой другой башмак. Сигналом для вспышки в подавляющем большинстве служит замыкание контактов синхрокабеля. Для гальванической развязки цепи вспышки и цепи Arduino используется оптопара (характеристики). Использование оптопары позволят изолировать контроллер от возможных скачков напряжения при срабатывании вспышки, что особенно характерно для старых вспышек.
Схема управления представлена на рисунке. Она очень проста: мы просто подаем HIGH* на цифровой выход, который замыкает цепь вспышки через оптопару. Длительность сигнала 0,1 c. Выводы платформы Arduino могут работать как входы или как выходы. Также необходимо обратить внимание на то, что большинство аналоговых входов Arduino (Atmega) могут конфигурироваться и работать так же как и цифровые порты ввода/вывода.
Оригинал проекта вы сможете найти на странице автора
HIGH может обозначать несколько разное в зависимость от уставки режима порта как INPUT или OUTPUT. Когда порт вход/выхода установлен в режим INPUT с помощью функции pinMode, и считывается функцией digitalRead, микроконтроллер отдаст значение HIGH при напряжение 3В или вышен на указанном порту.
Также порт может быть установлен как INPUT функцией pinMode, и затем установлен в HIGH значение функцией digitalWrite. Это подключит к порту внутренний подтягивающий резистор 20K, что позволит получать постоянное значение HIGH при чтение этого порта, если только значение не будет приведено к LOW внешней цепью подключенной к этому порту.
Когда порт вход/выхода сконфигурирован как OUTPUT функцией pinMode, и установлено значение HIGH функцией digitalWrite, на порту будет постоянное напряжение 5В. От этого порта может быть запитан светодиод, подключенный через резистор на землю или к другому порту, сконфигурированному как OUTPUT и установленному в LOW.
Как использовать Arduino для съемки красивой скоростной фотографии
Разбивать бокалы с вином и воздушные шарики само по себе весело — вот как я катаюсь. Но в сочетании с DSLR-камерой и Arduino, он также может сделать несколько интересных фотографий. Это именно то, что мы будем делать сегодня.
Основы проекта
Этот проект состоит из двух частей — первая — это звуковой триггер. Используя пьезо-зуммер в качестве микрофона и Arduino, мы можем легко обнаружить громкие шумы и определить действие. Вторая часть — настройка камеры. Поскольку непосредственное срабатывание камеры будет слишком медленным, мы оставим затвор камеры открытым в темной комнате и используем внешнюю вспышку, чтобы обеспечить достаточно света для завершения съемки.
Оборудование
- DSLR камера со штативом
- Внешняя вспышка с ручным триггером
- Arduino
- Пьезо-зуммер и резистор 1М Ом
- Оптопара 4N35 или аналогичная / оптоизолятор и резистор 220 Ом
Схема подключения
Пьезо-зуммер должен быть подключен черным проводом к GND и красным к A0; поместите резистор 1М между двумя контактами. Резистор используется для обеспечения утечки тока для напряжения, создаваемого пьезо, защищая аналоговый вход.
Мы используем оптоизолятор для защиты Arduino от любого напряжения, которое может иметь внешняя вспышка. Оптоизолятор представляет собой светодиод и светочувствительный переключатель в крошечной упаковке; поверните светодиод с одной стороны, и переключатель с другой будет активирован. На 4N35 (другие модели могут отличаться) вы должны увидеть очень маленький круг в одном углу — этот контакт 1. Подключите контакт 1 через резистор 220 Ом к контакту 12, а затем контакт 2 к GND. Срабатывающее устройство идет на два контакта в противоположном углу (5/6). Конец этих триггерных проводов может идти либо к самому триггерному кабелю флэш-памяти, либо просто закрепить их прямо в разъеме — вам может понадобиться немного Blu-Tack, чтобы они остались на месте.
Вот завершенная схема, подключенная к вспышке.
Arduino Code
Код для этого проекта относительно прост. В приведенном ниже файле я оставил вывод консоли Serial внутри, хотя вы можете удалить его, когда будете уверены, что все работает — просто закомментируйте строки Serial.begin и Serial.println, когда будете готовы. Запустите код и наблюдайте за выводом консоли, когда вы хлопаете в ладоши — вы должны получать вывод из пьезо-зуммера. Числа, которые у вас есть, можно использовать для определения порога срабатывания вспышки, но мой пьезо не был настолько чувствительным, поэтому я оставил его на 1.
В основном цикле мы проверяем, находится ли пьезоанализатор выше порогового значения и прошло ли оно больше секунды с момента последнего запуска вспышки. Это позволяет избежать срабатывания вспышки более одного раза. На некоторых вспышках это может не понадобиться, но, поскольку моя была способна выдерживать взрывы, она просто запускалась несколько раз без этой проверки.
Кроме того, запишите значение задержки перед срабатыванием вспышки — вы можете поиграть с этим или полностью удалить его, в зависимости от того, что вы фотографируете. Без промедления фотография разбитого стекла была сделана сразу после удара, без разбивающего эффекта. 50 мс было немного слишком медленно, поэтому 25 мс должно быть идеальным, чтобы увидеть фактическое разрушение.
стрельба
Во-первых, для этого вам понадобится темная комната — чем ближе вы сможете сделать ее темной, тем лучше. Если вы считаете, что ваши снимки слишком размытые, это может быть связано с слишком большим количеством окружающего света. Единственный источник света, который вам нужен для этого снимка, — это момент, когда сработала вспышка, поэтому переведите вашу DSLR в ручной режим и установите время экспозиции до 4 секунд или более . Установите апертуру около F8 до F16 ; Мне нужно было ISO 1600, чтобы сделать эти снимки, но вы должны настроить оба этих значения, чтобы найти то, что работает для вас, прежде чем идти вперед.
Вам также понадобится установить камеру на ручную фокусировку и отключить любую стабилизацию, если она у вас есть. Поиграйте с таймингами вспышки — я использовал мощность 1/128 — любую больше 1/32, и вы обнаружите, что вспышка срабатывает слишком долго, что снова приводит к размытым снимкам. Я, конечно, не эксперт по фотографии, так что на самом деле нужно просто поиграть, чтобы найти настройки, которые вам подходят.
Самый простой способ проверить настройки — убить свет, нажать кнопку спуска затвора и хлопнуть в ладоши — снимок должен получиться хорошо освещенным и не размытым.
Удовлетворившись своими тестами, я пошел дальше и попытался совать воздушный шар.
Код может быть немного оптимизирован — даже без запрограммированной задержки, кажется, что выстрел был всего 5-10 мс слишком медленным для захвата момента. Тем не менее, этот вышел красиво и показывает мраморные цвета воздушного шара и ошеломленную собаку.
Это была моя первая попытка разрушить вещи — без промедления, фотография, сделанная непосредственно в момент удара, и не особенно захватывающая.
Задержка в 10 мс была слишком короткой для этой кружки.
Я попробовал еще раз с другой половиной чашки и задержкой в 50 мс — я чувствую, что слишком поздно :
Я дал 50 мс еще один шанс с этим стаканом — убедитесь, что вы разбиваете вещи в коробку, чтобы сделать уборку легче!
Самое замечательное в зеркальных фотокамерах — то, что вы можете сделать миллион снимков, пока не сделаете все правильно, хотя ваша стеклянная посуда будет дорогой. Я буду честен, я потратил целый день на настройку и сотни тренировочных снимков, которые я хлопал в ладоши, чтобы найти правильные настройки, так что не сдавайтесь, если в первый раз это не сработает.
Если вам надоест воздушные шары и очки, попробуйте поэкспериментировать с различными видами триггеров: возможно, расположенным на земле датчиком пинга, который фиксирует падающий объект, или лазерным излучением и фотодиодом, находящимся прямо над водой, который срабатывает, когда световой луч разбивается. Делать хорошие снимки? Сообщите нам в комментариях, как у вас возникли проблемы или с которыми вы столкнулись.