Korsad IR -strålekamera/blixtavtryckare: 5 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Den här enheten aktiverar en kamera eller blixt för att automatiskt ta en bild när ett objekt (mål) kommer in på en specifik plats. Den använder två, korsade infraröda ljusstrålar för att upptäcka närvaron av målet och stänga ett relä som utlöser kameran eller blixtenheten. Svarstiden är cirka 2 ms från detektering till reläförslutning, så om din kamera inte har lång slutartid kommer den att fånga även snabbt rörliga mål.

Den optiska delen av enheten består av två IR -lysdioder och två Sharp IS471FE optiska IC: er (OPIC). De optiska IC: erna har inbyggda LED -modulatorer och synkrona detektorer, så att de inte ser ljus från varandras lysdioder. Utgångarna från OPIC är anslutna till en 8 -stifts PIC -mikrokontroller som hanterar tolkning av insignaler och drivning av reläet och en synlig lysdiod som indikerar driftläget. Även om det finns 11 driftlägen har regulatorn ett mycket enkelt användargränssnitt som består av en tryckknapp och en lysdiod. Vid strömförsörjning om strålarna är korrekt inriktade och obrutna, lyser LED -lampan kontinuerligt i 1 sekund och blir sedan mörk för att indikera att enheten är redo att fungera i kontinuerligt läge. I det läget stängs reläet och förblir stängt och lysdioden tänds så länge båda IR -strålarna avbryts. Enheten är nu redo att ansluta till din kamera. Med vissa mål kanske du vill ta mer än en bild när målet bryter IR -strålarna. Jag har inkluderat en grundläggande intervallmätarfunktion i regulatorn så att kameror som inte har ett inbyggt snabbbrandläge kan ta flera bilder så länge IR-strålarna avbryts. Genom att trycka på lägesvalsknappen en gång tas regulatorn ur kontinuerligt läge och sätter den i pulsläge. Lysdioden blinkar en gång för att indikera att reläet stängs 1 gång per sekund. Vissa kameror är snabbare så att trycka på knappen igen kommer att flytta upp till 2 pulser per sekund. Genom att trycka på knappen upprepade gånger ökar hastigheten från 1 pps hela vägen till 10 pps, varje gång blinkar lysdioden för att indikera pulsfrekvensen. Om du håller knappen intryckt i 2,3 sekunder återställs enheten och tar dig tillbaka till kontinuerligt läge.

Steg 1: Samla elektroniska delar

Här är listorna för elektronik.

All elektronik kan erhållas från Digikey eller andra källor. Du behöver också ett gäng olika trådfärger. Du måste kunna programmera PIC-mikrokontrollern- en PICKit2 eller ICD-2 eller någon av hundratals andra programmerare kan göra jobbet. En lämplig programmerare kommer att kosta cirka $ 20, men när du har det hittar du alla möjliga projekt som kan använda mikrokontroller och kommer att få mycket nytta av det. När jag köpte min PICKit2 från digikey beställde jag ett tillbehörspaket med fem PIC10F206 -chips med 8 -stifts DIP -adaptrar. IC: n finns i ett litet SOT23-paket vilket är bra om du ska göra ett kretskort men ganska värdelöst för breadboarding och engångsbyggnadsprojekt. 10F206 finns också i ett 8-stifts DIP-paket- jag föreslår att du använder den. Jag har inte tillhandahållit PCB -layoutinformation för styrenheten här eftersom jag inte använde ett kretskort. Kretsen är så enkel att det verkar lite dumt att göra ett kretskort för det. Det finns bara 4 delar på kortet- reläet, uC, bypass-locket och ett motstånd. Kretsen kräver färre delar än en 555 timer -chipkrets. Klipp bara av en perfekt bräda så att den passar vilken låda du än använder och dra upp saken. Det bör ta hela 30 minuter att börja. De optiska kretsarna är ganska enkla- en IC, ett lock och en LED. LED och optisk IC går in i diagonalt motsatta hörn av rörramen, så du kommer att behöva en massa färgad tråd. Jag "monterade" IC och kondensatorn på små bitar av perf-bräda som passar i lockproppar för PVC-armbågsbeslag i ramen- se bilder på nästa sida.

Steg 2: Programmet

PIC10F206 är en riktigt enkel del- inga avbrott och bara en stapel på två nivåer, så du kan inte göra några kapslade underrutiner- du kommer att se liberal användning av goto i programmet som ett resultat. Chippet körs på 4 MHz med den interna RC -oscillatorn så det kör 1M instruktioner per sekund. När ett objekt bryter IR -strålarna, tar det IS471 -chipsen ungefär 400 oss för att ändra tillstånd. Därifrån behöver uC bara några mikrosekunder för att upptäcka förändringen och beordra reläet att stängas. Reläet tar cirka 1,5 ms att stänga, vilket resulterar i cirka 2 ms total fördröjning från strålar som bryts till relä stängda. Jag utvecklade programchippet med MPLAB. Det är Microchip Techs gratis assembler/IDE. Jag använde också min kinesiska ICD2 -klon (cirka $ 50 på ebay) för att faktiskt programmera IC: n. Jag behövde använda många fördröjningsslingor så jag rotade runt på webben och hittade ett program som heter PICLoops här: https://www.mnsi.net/~boucher/picloops.htmlPICLoops genererar automatiskt tidtagningssamlingskod för dig om du berätta vilken uC du använder och klockhastigheten. Senare stötte jag på ett liknande onlineprogram här: https://www.piclist.com/techref/piclist/codegen/delay.htmDen andra kommer att generera förseningar som är exakta för en enda klockcykel där PICLoops inte är ganska så exakt. Antingen är bra för den här appen eftersom timing inte är kritisk och UC körs på en RC -oscillator ändå. Programmet hoppar främst fram och tillbaka mellan att kontrollera lägesknappen och kontrollera om strålarna avbryts. Lägesomkopplaren fungerar genom att hålla igång hur många gånger knappen har tryckts in. Varje gång knappen trycks in blir fördröjningen mellan pulserna till reläet tillräckligt kort för att stegra pulsfrekvensen med 1 Hz. Den största delen av koden är de olika förseningarna som används av pulslägen. När du ändrar pulsläget blinkar lysdioden för att indikera det nya läget. Du kan berätta vad den nya pulsfrekvensen är genom att räkna LED-blixtarna- 4 gånger betyder 4 Hz, etc. LED-blixtarna har tagits tillräckligt långsamt för att du ska kunna räkna dem. Om enheten är i 10 Hz pulsläge, trycker du på knappen igen tar du dig tillbaka till kontinuerligt läge. Det finns en vakthundstimer som körs medan programmet körs. Om timern inte återställs innan den flyter över, kommer UC att återställa sig själv. Det är anledningen till att uC återgår till kontinuerligt läge genom att hålla modeknappen i 2,3 sekunder. När du trycker på knappen väntar uC på att du ska släppa den innan du gör något. En av de första sakerna den gör när du släpper den är att återställa vakthundstimern. Om du inte släpper knappen går övervakningstimern över och startar om programmet i kontinuerligt läge. och bli klar med det. Jag välkomnar all kritik av min programmeringsteknik från någon av er PIC-monteringsexperter där ute. Observera- reläet stänger i 25 ms när det fungerar i pulsläge. Vissa kameror kan kräva en längre puls. Den fördröjningen är inställd på raden som säger "samtalsfördröjning25" nära toppen av rlypulsavsnittet i koden. Om 25 ms är för kort för din kamera, ändra den raden för att säga "samtalsfördröjning50", ändra sedan raden som säger "samtalsfördröjning75" till att säga "samtalsfördröjning50". Det kommer att öka pulstiden till 50 ms och fortfarande behålla alla pulsfrekvenser vid jämna steg på 1 Hz. du önskar, även om användargränssnittet kommer att vara något begränsande.

Steg 3: Mekanisk konstruktion

Jag försökte inledningsvis att göra den här saken med en 3 fot kvadrat med 1/2 "rör men fann att det var nästan omöjligt att hålla balkarna i linje. Avståndet var för stort och röret för flexibelt för att bibehålla strålinriktningen. Jag bytte till 3/ 4 "rör och en 2 fot kvadrat och nu håller allt sig rätt bra. Jag använde det mesta av 1/2 "röret för att göra marshmallow-sprutpistoler till min son, Alex, och några av hans hoodlum-vänner.

Du behöver 3/4 "rör för huvudramen och 1/2" rör för de vertikala stigarna som rymmer de optiska IC: erna och lysdioderna. Du kan få 3/4 "armbågar som har en 1/2" gängad sidanslutning, så skaffa några 1/2 "trådadaptrar också. Min filosofi om att hantera PVC-rörprojekt är att överköpa beslag och rör och returnera vad du behöver inte när projektet är klart. Det minimerar frustrerande resor till affären för en enda $ 0,30-montering. Du behöver en massa olika färgade trådar för att ansluta allt detta- lysdioderna och deras IC: er separeras med cirka 6 fot av rör. Du kommer att vilja göra trådarna extra långa för att tillåta montering och ta isär saken för felsökning. Olika färger hjälper dig att hålla rakt vad som ansluter till vad. Det första jag gjorde var att borra hål i locken och montera lysdioderna. Jag fäst extra långa trådar och använde värmekrympning vid LED-ledningarna för att isolera dem. Jag monterade löst röret löst så att jag lätt kunde dra isär det och körde ledningarna genom röret. Montera sedan IS471-chipsen och locken på perf brädskärning för att passa in i öppningen i ändkåporna. Borra ah olja i locket och installera en bit 1/4 "mässingsrör (eller vad du än har runt). Var säker på att du vet vilken sida av IS471 som är mottagarsidan! Du vill att den ska vända mot din LED, inte bypass -locket! Anslut ledningar till IC-kortet- det kommer att finnas totalt fem anslutningar- Vcc, Gnd, Out och LED. Den femte ledningen ansluter LED -anoden till Vcc. Bestäm var du vill sätta kontakten på rörramen och se till att ledningarna till IC är tillräckligt långa för att nå den. Montera kontakten, kör ledningarna, löd ihop allt och du är redo att gå. Glöm inte att löd en jordkabel till kontaktdonets skal. Det kommer att hjälpa till att skydda allt från statisk elektricitet. När all ledning är klar, slå ihop röret tätt med en klubba. Du ska inte behöva lim, och om du limar ihop röret kommer du inte att kunna ta isär det för att åtgärda problem senare. Om du vill ha en säkrare konstruktion, kör en skruv genom varje skarv efter att ha slagit ihop dem. När styrenheten är monterad måste du justera strålarna. Reläet stängs endast när båda IR -strålarna avbryts/feljusteras. OPIC: s utgångar är normalt låga, när de kan se sin ljuskälla och går höga när strålen avbryts. Så att justera strålarna görs på följande sätt: 1) Anslut den optiska ramen till styrenheten. 2) Slå på. Lysdioden tänds och lyser om du inte har utomordentligt tur. Först tänds den för att indikera kontinuerligt läge, sedan förblir den tänd eftersom strålarna är ur linje. Om lysdioden slocknar betyder det att minst en stråle är inriktad. 3) Förutsatt att lysdioden lyser, indikerar det att båda strålarna är felriktade. Blockera en stråle med ett tejp eller papper. 4) Rikta in lysdioden så bra du kan genom att vrida huvudet så att det pekar mot det diagonalt motsatta OPIC. 5) Börja nu att böja och vrida OPIC -huvudet tills lysdioden slocknar, vilket indikerar att strålen är i linje. 6) Blockera sedan den nyinriktade strålen och gör sedan samma justeringar av den andra strålen. När lysdioden slocknar är båda strålarna i linje och du är redo att ta några bilder. När du slår på enheten, kontrollera strålarna genom att blockera den ena och den andra. Om en stråle är feljusterad, blockerar den andra får LED: n att lysa. Då kan du bara justera om den som är ur spel. Om lysdioden lyser och förblir tänd, är båda strålarna ur linje och du måste följa proceduren som beskrivs ovan. Om du bygger saken säkert och justerar balkarna för första gången kommer det att krävas lite straff innan du måste göra några justeringar.

Steg 4: Kontrollenheten

Jag byggde regulatorn i en plastlåda som jag hämtade för ett alldeles för högt pris på Frys elektronik. Du kan använda nästan vad som helst så länge det är tillräckligt stort. Denna låda var konstruerad för ett 9V batteri men jag behövde använda 6V så att batteriutrymmet är slösat. Jag hade lätt kunnat passa kretskortet i 9V batterifacket.

Oavsett vilken låda och omkopplare du använder, planera layouten och se till att allt passar ihop när du försöker stänga den. Observera att det finns en diod kopplad i serie med batteriet. Det är där för att få matningsspänningen ner till en acceptabel nivå för uC som är märkt för 5,5V max Vcc. Även med dioden körs delen vid gränsen med nya batterier, så få inga snygga idéer om att köra på 9V om du inte lägger till en 5V -regulator. Jag lekte med tanken på att använda en PIC12HV615 istället för att den har en inbyggd shuntregulator, men svängningen mellan minsta och högsta ström är för mycket för shuntregulatorn så jag måste komplicera kretsen lite för att få den till arbete. Jag ville hålla det här enkelt, mest för att jag är lat men också för att jag har andra projekt igång och jag ville avsluta det här ASAP. Reläet jag använde har en inbyggd skyddsdiod som visas men inte märkt på schemat. Dioden skyddar uC från den induktiva omvända spänningen som uppstår när du avfyrar en puls i en induktor som en reläspole. Om du använder ett annat relä, se till att lägga till en diod med polariteten som visas eller så kan du kyssa ditt uC -farväl första gången reläet avfyras. UC kan säkert sjunka cirka 25 mA från en stift så välj ett relä med en högresistent spole. PRMA1A05 har en 500 Ohm spole så det tar bara 10-12 mA att stänga den. Jag ville använda några fina tunna, lätta kablar med RJ-11-kontakter men alla kontakter jag hittade på Fry's var PCB-monteringsdelar så jag slutade gå på old-school med DB9s. Seriekablar är smutsiga och skruvarna förhindrar att kontakterna faller ut. Du behöver verkligen bara ansluta tre ledningar (Vcc, Gnd och de kombinerade utgångarna från de två IS471FE: erna) mellan den optiska enheten och styrenheten så att du kan använda nästan vilken kontakt/kabel du vill, till och med en stereominikontakt och -uttag.

Steg 5: Använda Photo Trigger

Tanken är att ställa upp saken så att strålarna korsar där du förväntar dig att någon åtgärd ska ske. Om du till exempel vill skjuta en kolibri på en matare eller en fågel som kommer in eller ut ur ett bo, ställ in ramen med den korsade strålpunkten precis där du vill ha den. Ställ sedan in kameran riktad mot målet och förinställ fokus, exponering och vitbalans (detta minskar slutartiden). Testa strålinriktningen för att se till att BÅDA strålarna är rätt inriktade- detta görs genom att vifta med handen genom varje stråle individuellt och sedan genom målområdet. Lysdioden ska lysa och reläet stängs endast när båda strålarna avbryts. Ställ nu in driftläget- antingen kontinuerligt eller pulserat och gå iväg.

Du måste veta lite om beteendet hos ditt mål för att få bästa resultat. Om du vill skjuta något som rör sig snabbt måste du ta hänsyn till kamerans och styrningens förseningar för att förutsäga var målet kommer att vara efter att det avbryter IR -strålarna. En nynnande fågel som svävar på ett ställe kan skjutas precis där strålarna korsar. En fågel eller fladdermus som flyger snabbt kan vara ett par meter bort när kameran tar bilden. Det pulserade läget gör att kameror som inte har ett inbyggt kontinuerligt fotograferingsläge kan ta flera bilder så länge strålarna avbryts. Du kan ställa in pulsfrekvensen så hög som 10 Hz, men det finns inte många kameror som kan skjuta så snabbt. Du måste experimentera lite för att se hur snabbt din kamera kan skjuta. Kameranslutningen sker via en normalt öppen reläkontakt så att du kan ansluta en blixt istället för en kamera. Sedan kan du skjuta i mörkret genom att stötta slutaren och använda kontrollen för att avfyra en blixt antingen en eller flera gånger när ett föremål (ett fladdermus, kanske?) Bryter strålarna. När blixten har löst ut stänger du slutaren. Om din blixt kan hänga med kan du göra några häftiga bilder med flera exponeringar genom att använda ett av pulslägena. Du kan exakt hitta den punkt där strålarna korsas genom att fästa lite elastisk tråd på de optiska huvuden. För vissa mål är det där du kommer att peka och förfokusera din kamera. Bilderna nedan visar en Lego -man som faller genom balkarna. Jag tappade honom från ett par meter över strålarna och du kan se att han har fallit ungefär 6-8 under strålarna under den tid det tog för strålarna att brytas, reläet stängdes och kameran att skjuta. Denna kamera var en Nikon DSLR som förmodligen har liten slutartidsfördröjning vid förfokusering och exponering. Dina resultat beror på din kamera. Prototypen ligger nu i händerna på den vän som tog dessa bilder (min kamera måste ändras för att kunna använda fjärrutlösaren) … Om han tar fram fler konstnärliga foton med den här enheten ska jag försöka lägga upp dem här eller på min webbplats.