Krysset IR -strålekamera/blitsutløser: 5 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Denne enheten vil aktivere et kamera eller en blits for automatisk å ta et bilde når et objekt (mål) kommer inn på et bestemt sted. Den bruker to, kryssede infrarøde lysstråler for å oppdage tilstedeværelsen av målet og lukke et relé som utløser kameraet eller blitsenheten. Svartiden er omtrent 2 ms fra deteksjon til relélukking, så hvis kameraet ditt ikke har lang lukkerforsinkelse, vil det fange opp selv raske mål.

Den optiske delen av enheten består av to IR -lysdioder og to Sharp IS471FE optiske ICer (OPIC). De optiske IC -ene har innebygde LED -modulatorer og synkrone detektorer, slik at de ikke ser lys fra hverandres LED -er. Utgangene fra OPIC -ene er koblet til en 8 -pinners PIC -mikrokontroller som håndterer tolke inngangssignaler og driver reléet og en synlig LED som indikerer driftsmodus. Selv om det er 11 driftsmoduser, har kontrolleren et veldig enkelt brukergrensesnitt som består av en trykknappbryter og en LED. Ved oppstart hvis strålene er riktig justert og ubrutt, lyser LED -en kontinuerlig i 1 sekund, og deretter blir det mørkt for å indikere at enheten er klar til bruk i kontinuerlig modus. I den modusen vil reléet lukke og forbli lukket, og LED -lampen lyser så lenge begge IR -strålene er avbrutt. Enheten er nå klar til å koble til kameraet ditt. Med noen mål kan det være lurt å ta mer enn ett bilde når målet bryter IR -strålene. Jeg har inkludert en grunnleggende intervallometerfunksjon i kontrolleren for å la kameraer som ikke har en innebygd hurtigbrannmodus ta flere bilder så lenge IR-strålene blir avbrutt. Ved å trykke på modusvelgerknappen en gang, fjernes kontrolleren fra kontinuerlig modus og settes i pulsmodus. Lysdioden blinker en gang for å indikere at reléet vil lukke 1 gang i sekundet. Noen kameraer er raskere, så det å trykke på knappen igjen vil bevege seg opp til 2 pulser per sekund. Ved å trykke på knappen flere ganger, vil hastigheten øke fra 1 pps helt til 10 pps, hver gang LED -lampen blinker for å indikere pulsfrekvensen. Hvis du holder knappen inne i 2,3 sekunder, tilbakestilles enheten og tar deg tilbake til kontinuerlig modus.

Trinn 1: Samle elektroniske deler

Her er delelistene for de elektroniske tingene.

All elektronikk kan fås fra Digikey eller andre kilder. Du trenger også en haug med forskjellige trådfarger. Du må kunne programmere PIC-mikrokontrolleren- en PICKit2 eller ICD-2 eller noen av hundrevis av andre programmerere kan gjøre jobben. En passende programmerer vil koste omtrent $ 20, men når du har det, vil du finne alle slags prosjekter som kan bruke mikrokontrollere og vil få mye ut av det. Da jeg kjøpte min PICKit2 fra digikey bestilte jeg en tilbehørspakke med fem PIC10F206 -brikker med 8 -pinners DIP -adaptere. IC er i en liten SOT23-pakke, noe som er greit hvis du skal lage en PCB, men ganske ubrukelig for brødbrett og engangsprosjekter. 10F206 er også tilgjengelig i en 8-pinners DIP-pakke- jeg foreslår at du bruker den. Jeg har ikke gitt informasjon om PCB -layout for kontrolleren her fordi jeg ikke brukte en PCB. Kretsen er så enkel at det virker litt dumt å lage en PCB for den. Det er bare 4 deler på brettet- reléet, uC, bypass-hetten og en motstand. Kretsen krever færre deler enn en 555 timer -chipkrets. Bare kutt litt perf -brett for å passe til hvilken boks du bruker, og led opp tingen. Det bør ta hele 30 minutter å starte. De optiske kretsene er ganske enkle- en IC, en hette og en LED. LED og optisk IC går inn i diagonalt motsatte hjørner av rørrammen, så du trenger en haug med farget ledning. Jeg "monterte" IC og kondensator på små stykker perf-brett som passer inn i hetteplugger for PVC-albuebeslag i rammen- se bilder på neste side.

Trinn 2: Programmet

PIC10F206 er en veldig enkel del- ingen avbrudd og bare en 2-trinns stabel, så du kan ikke gjøre noen nestede underrutiner- du vil se liberal bruk av goto-er i programmet som et resultat. Brikken kjører på 4 MHz ved hjelp av den interne RC -oscillatoren, slik at den utfører 1M instruksjoner per sekund. Når et objekt bryter IR -strålene, tar det IS471 -brikkene rundt 400 oss for å endre tilstand. Derfra trenger uC bare noen få mikrosekunder for å oppdage endringen og beordre reléet til å lukke. Reléet tar omtrent 1,5 ms å lukke, noe som resulterer i en total forsinkelse på 2 ms fra stråler som er ødelagt til reléet er lukket. Jeg utviklet programbrikken ved hjelp av MPLAB. Det er Microchip Techs gratis assembler/IDE. Jeg brukte også min kinesiske ICD2 -klon (omtrent $ 50 på ebay) for å faktisk programmere IC. Jeg trengte å bruke mange forsinkelsesløkker, så jeg rotet rundt på nettet og fant et program som heter PICLoops her: https://www.mnsi.net/~boucher/picloops.htmlPICLoops genererer automatisk timing loop -forsamlingskode for deg hvis du fortell det hvilken uC du bruker og klokkehastigheten. Senere kjørte jeg på et lignende online-program her: https://www.piclist.com/techref/piclist/codegen/delay.htmDen andre vil generere forsinkelser som er nøyaktige for en enkelt klokkesyklus der PICLoops ikke er ganske så nøyaktig. Enten er bra for denne appen fordi timingen ikke er kritisk og uC kjører på en RC -oscillator uansett. Programmet hopper hovedsakelig frem og tilbake mellom å kontrollere modusknappen og sjekke om strålene er avbrutt. Modusbryteren fungerer ved å holde en løpende telling av antall ganger knappen har blitt trykket. Hver gang du trykker på knappen, blir forsinkelsen mellom impulsene til reléet forkortet nok til å øke pulsfrekvensen med 1 Hz. Den største delen av koden er de forskjellige forsinkelsene som pulsmodusene bruker. Når du endrer pulsmodus, blinker LED -en for å indikere den nye modusen. Du kan fortelle hva den nye pulsfrekvensen er ved å telle LED-blinkene- 4 ganger betyr 4 Hz, etc. LED-blinkene har blitt timet sakte nok til at du kan telle dem. Hvis enheten er i 10 Hz pulsmodus, trykker du på knappen igjen for å gå tilbake til kontinuerlig modus. Det er en vaktbaktimer som kjører mens programmet kjører. Hvis timeren ikke tilbakestilles før den overløper, vil uC nullstille seg selv. Det er derfor du holder modusknappen inne i 2,3 sekunder for å få uC til å gå tilbake til kontinuerlig modus. Når du trykker på knappen, venter uC på at du slipper den før du gjør noe. En av de første tingene den gjør etter at du slipper den, er å tilbakestille vekterhundtimeren. Hvis du ikke slipper knappen, overvåker vekterhundtimeren og starter programmet på nytt i kontinuerlig modus. og bli ferdig med det. Jeg tar imot enhver kritikk av programmeringsteknikken min fra noen av dere PIC-montasjeeksperter der ute. Vær oppmerksom på at reléet stenger i 25 ms når det fungerer i pulsmodus. Noen kameraer kan kreve lengre puls. Denne forsinkelsen er satt i linje som sier "call delay25" nær toppen av rlypuls -delen av koden. Hvis 25 ms er for kort for kameraet ditt, endrer du linjen til å si "anropsforsinkelse50", og endrer deretter linjen som sier "anropsforsinkelse75" til å si "anropsforsinkelse50". Det vil øke pulstiden til 50 ms og fortsatt beholde alle pulsfrekvensene på 1 Hz trinn. Programmet opptar bare 173 byte av de tilgjengelige 512 byte i brikken, slik at du kan legge til alle slags funksjonalitet til tingen hvis du ønsker, selv om brukergrensesnittet kommer til å være noe begrensende.

Trinn 3: Mekanisk konstruksjon

Jeg prøvde først å lage denne tingen med et 3 fot kvadrat med 1/2 "rør, men fant at det var nesten umulig å holde bjelkene på linje. Avstanden var for stor og røret for fleksibelt for å opprettholde bjelkejustering. Jeg byttet til 3/ 4 "rør og en 2 fot firkant, og nå holder det seg ganske bra på linje. Jeg brukte det meste av 1/2 "røret til å lage marshmallow slagvåpen til min sønn, Alex, og noen av hans hoodlum-venner.

Du trenger 3/4 "rør for hovedrammen og 1/2" rør for vertikale stigerør som huser optiske ICer og lysdioder. Du kan få 3/4 "albuer som har en 1/2" gjenget sideforbindelse, så få noen 1/2 "trådadaptere også. Min filosofi om å håndtere PVC-rørprosjekter er å overkjøpe beslag og rør og returnere det du trenger ikke når prosjektet er ferdig. Det minimerer frustrerende turer til butikken for en enkelt montering på $ 0,30. Du trenger en haug med forskjellige fargede ledninger for å koble til alt dette. Lysdiodene og ICene deres er atskilt med omtrent 6 fot av rør. Du vil gjøre ledningene ekstra lange for å tillate montering og å ta ting fra hverandre for feilsøking. Ulike farger vil hjelpe deg med å holde rett hva som henger sammen med hva. Det første jeg gjorde var å bore hull i lokkene og montere lysdiodene. Jeg festet ekstra lange ledninger og brukte varmekrymping ved LED-ledningene for å isolere dem. Jeg monterte rørrammen løst slik at jeg lett kunne trekke det fra hverandre og kjørte ledningene gjennom røret. Monter deretter IS471-brikkene og -hettene på perf brettskåret for å passe inn i åpningen i endehettene. Bor ah olje i hetten og installer et stykke 1/4 "messingrør (eller hva du har rundt). Sørg for at du vet hvilken side av IS471 som er mottakersiden! Du vil at den skal vende mot LED -en, ikke bypass -hetten! Fest ledninger til IC-kortet- det vil være totalt fem tilkoblinger- Vcc, Gnd, Out og LED. Den femte ledningen kobler LED -anoden til Vcc. Bestem hvor du vil sette kontakten på rørrammen, og kontroller at ledningene til IC er lange nok til å nå den. Monter kontakten, kjør ledningene, lodd alt sammen, og du er klar til å gå. Ikke glem å lodde en jordet ledning til skallet på kontakten. Det vil bidra til å beskytte alt mot statisk elektrisitet. Når alle ledninger er gjort, slår du røret godt sammen med en hammer. Du trenger ikke lim, og hvis du limer røret sammen, kan du ikke ta det fra hverandre for å fikse problemer senere. Hvis du vil ha en sikrere konstruksjon, kjører du en skrue gjennom hver ledd etter at du har slått dem sammen. Når kontrolleren er satt sammen må du justere bjelkene. Reléet vil bare stenge når begge IR -strålene blir avbrutt/feiljustert. Utgangene til OPIC -er er normalt lave når de kan se lyskilden og gå høyt når strålen blir avbrutt. Så justering av bjelkene gjøres som følger: 1) Koble den optiske rammen til kontrolleren. 2) Slå på. LED -lampen lyser og forblir tent med mindre du er usedvanlig heldig. Først lyser den for å indikere kontinuerlig modus, deretter forblir den tent fordi strålene er ute av justering. Hvis lysdioden slukker, betyr det at minst én stråle er justert. 3) Forutsatt at lysdioden lyser, indikerer det at begge strålene er feiljustert. Blokker den ene strålen med et stykke tape eller papir. 4) Juster LED -en så godt du kan ved å vri hodet for å peke det mot diagonalt motsatt OPIC. 5) Begynn nå å bøye og vri OPIC -hodet til LED -lampen slukker, noe som indikerer at strålen er justert. 6) Blokker deretter den nyjusterte strålen, og gjør deretter de samme justeringene til den andre strålen. Når lysdioden slukker, er begge strålene justert, og du er klar til å ta noen bilder. Når du slår på enheten, må du kontrollere bjelkene ved å blokkere den ene og den andre. Hvis den ene strålen er feiljustert, vil blokkering av den andre føre til at lysdioden lyser. Deretter kan du bare justere den som er ute av tampen. Hvis LED -lampen lyser og lyser, er begge strålene ute av justering, og du må følge prosedyren som er beskrevet ovenfor. Hvis du bygger tingen sikkert og justerer bjelkene for første gang, vil det ta litt straff før du må gjøre omstillinger.

Trinn 4: Kontrolleren

Jeg bygde kontrolleren i en plastboks jeg hentet til en altfor høy pris hos Frys elektronikk. Du kan bruke nesten alt så lenge den er stor nok. Denne boksen var designet for et 9V batteri, men jeg trengte å bruke 6V, slik at batterirommet er bortkastet. Jeg kunne lett ha plassert kretskortet i 9V batterirommet.

Uansett hvilken boks og bryter du bruker, planlegg oppsettet og sørg for at alt passer sammen når du prøver å lukke det. Vær oppmerksom på at det er en diode koblet i serie med batteriet. Det er der for å bringe forsyningsspenningen ned til et akseptabelt nivå for uC som er vurdert til 5,5V maks Vcc. Selv med dioden kjører delen på grensen med friske batterier, så ikke få noen fine ideer om å kjøre på 9V med mindre du legger til en 5V -regulator. Jeg lekte med tanken på å bruke en PIC12HV615 i stedet fordi den har en innebygd shuntregulator, men svingen mellom minimum og maksimal strøm er for mye for shuntregulatoren, så jeg må komplisere kretsen litt for å få den til arbeid. Jeg ønsket å holde dette veldig enkelt, hovedsakelig fordi jeg er lat, men også fordi jeg har andre prosjekter på gang og jeg ønsket å fullføre denne ASAP. Reléet jeg brukte har en innebygd beskyttelsesdiode vist, men ikke merket på skjematisk. Dioden beskytter uC mot det induktive omvendte spenningssparket som oppstår når du skyter en puls inn i en induktor som en reléspole. Hvis du bruker et annet relé, må du legge til en diode med polariteten vist eller kanskje du kan kysse uC -farvel første gang reléet brenner. UC kan trygt synke omtrent 25 mA fra en pinne, så velg et relé med en spole med høy motstand. PRMA1A05 har en 500 Ohm spole, så det tar bare 10-12 mA å lukke den. Jeg ønsket å bruke noen fine tynne, lette kabler med RJ-11-kontakter, men alle kontaktene jeg fant hos Fry var PCB-monteringsdeler, så jeg endte med å gå på old-school med DB9-er. Seriekabler er smuss billige, og skruene forhindrer at kontaktene faller ut. Du trenger egentlig bare å koble til 3 ledninger (Vcc, Gnd og de kombinerte utgangene til de to IS471FE -erne) mellom den optiske enheten og kontrolleren, slik at du kan bruke nesten hvilken som helst kontakt/kabel du liker, til og med en stereominikontakt og -kontakt.

Trinn 5: Bruk Photo Trigger

Tanken er å sette opp tingen slik at bjelkene krysser der du forventer at noe skal skje. For eksempel, hvis du vil skyte en kolibri på en mater, eller en fugl som kommer inn eller ut av et rede, må du sette rammen opp med det kryssede strålepunktet der du vil ha det. Sett deretter opp kameraet som er rettet mot målet, og forhåndsinnstil fokus, eksponering og hvitbalanse (dette vil minimere lukkerforsinkelsen). Test strålejusteringen for å være sikker på at BÅDE bjelkene er riktig justert- dette gjøres ved å vinke hånden din gjennom hver stråle individuelt og deretter gjennom målområdet. Lysdioden skal lyse og reléet lukkes bare når begge strålene er avbrutt. Still inn driftsmodus- enten kontinuerlig eller pulserende og gå bort.

Du må vite litt om oppførselen til målet ditt for å få de beste resultatene. Hvis du vil skyte noe som beveger seg raskt, må du ta hensyn til forsinkelser i kameraet og kontrolleren for å forutsi hvor målet vil være etter at det avbryter IR -strålene. En nynnende fugl som svever på ett sted kan bli skutt akkurat der bjelkene krysser. En fugl eller flaggermus som flyr fort kan være et par meter unna når kameraet tar bildet. Pulsmodusen gjør at kameraer som ikke har en innebygd modus for kontinuerlig fotografering, kan ta flere bilder så lenge strålene blir avbrutt. Du kan stille pulsfrekvensen så høy som 10 Hz, selv om det ikke er mange kameraer rundt som kan skyte så fort. Du må eksperimentere litt for å se hvor raskt kameraet ditt kan skyte. Kameratilkoblingen er via en normalt åpen relékontakt, slik at du kan koble til en blits i stedet for et kamera. Deretter kan du skyte i mørket ved å stenge lukkeren åpen og bruke kontrolleren til å skyte en blitsenhet enten en eller flere ganger når et objekt (et flaggermus, kanskje?) Bryter strålene. Etter at blitsen er utløst, lukker du lukkeren. Hvis blitsen din kan følge med, kan du ta noen kule flere eksponeringsbilder ved å bruke en av pulsmodusene. Du kan finne punktet der bjelkene krysser nøyaktig ved å feste en elastisk tråd til de optiske hodene. For noen mål er det der du vil peke og forhåndsfokusere kameraet ditt. Bildene nedenfor viser en Lego -mann som faller gjennom bjelkene. Jeg droppet ham fra et par meter over bjelkene, og du kan se at han har falt omtrent 6-8 under bjelkene på den tiden det tok for bjelkene å bli ødelagt, reléet for å lukke og kameraet for å skyte. Dette kameraet var en Nikon DSLR som sannsynligvis har liten lukkerforsinkelse når den er forhåndsfokusert og eksponert. Resultatene vil avhenge av kameraet ditt. Prototypen er nå i hendene på vennen som tok disse bildene (kameraet mitt må endres for å bruke ekstern lukkerutløser). Hvis han produserer noen flere kunstneriske bilder ved hjelp av denne enheten, skal jeg prøve å legge dem ut her eller på nettstedet mitt. Ha det gøy!