Arduino



Arduino Uno jest mikrokontrolerem, czyli systemem opartym na mikroprocesorze (jednostce CPU), pamięci o swobodnym dostępie RAM, oraz zazwyczaj pamięci Flash i gniazdach wejścia/wyjścia. Często spotykane są również zegary – układy czasowe lub licznikowe, umożliwiające wykonywanie poleceń w żądanych interwałach czasowych. Mikrokontrolery posiadają również kontrolery przerwań, wysyłające sygnały do rozpoczęcia procedury zaniechania działania aktualnie uruchomionego programu, mimo jego pracy. Całość stanowi pojedynczy układ scalony.

Mikrokontrolery posiadające gniazda wejścia/wyjścia mogą być dowolnie rozszerzalne o zewnętrzne układy – tak jak w naszym projekcie, gdzie do pinów na płycie Arduino podłączamy aparat fotograficzny i sterownik silnika krokowego (który zaś obsługuje sam silnik). Stanowi to wygodne rozwiązanie, ponieważ bez ingerencji w pierwotny układ rozszerzamy jego możliwości. Niektóre mikrokontrolery nie posiadają wbudowanej pamięci Flash – są przykładowo oparte na pre-programowanej pamięci tylko do odczytu ROM (Read-Only Memory) lub opierają się na programach zapisanych w pamięciach zewnętrznych. Programowanie zazwyczaj opiera się na językach C, C++, Basic, a także na asemblerach. Upload programu do kontrolera zależy od jego typu – część wymaga zewnętrznych programatorów, inne zaś potrzebują tylko bezpośredniego podłączenia do komputera, przykładowo poprzez gniazdo USB i wykorzystanie IDE producenta.

Wykorzystane w projekcie Arduino Uno jest oparte na 8-bitowym mikrokontrolerze. Jest to platforma bardzo łatwa do zaprogramowania – posiada swój własny język oparty na C/C++ i środowisku Wiring. Dzięki temu, że Arduino zaprojektowane jest w sposób ułatwiający korzystanie z różnego typu dodatkowych modułów (wejścia i wyjścia), nie ma problemów z zaprojektowaniem systemu do wykonywania fotografii 360, a obsługa i podłączenie wymaganych elementów – aparatu oraz platformy obrotowej opartej na silniku krokowym – nie stanowi przeszkód.

Mikrokontroler posiada 5V regulator napięcia, rezonator kwarcowy o częstotliwości 16MHz. Nie ma potrzeby korzystania z zewnętrznych programatorów, ponieważ Arduino posiada seryjnie zainstalowany program rozruchowy, dzięki czemu jest gotowy do programowania i działania już po umieszczeniu go w porcie USB dowolnego komputera. Jest to bardzo wygodne, ponieważ bez nakładu dodatkowych kosztów możemy dowolnie zmieniać działanie mikrokontrolera praktycznie w każdym miejscu. Możliwe jest to dzięki adapterowi USB-to-serial – układ FTDI FT232.

Silnik krokowy + zasilacz



Silniki krokowe zasilane są impulsowym prądem, dzięki czemu nie uzyskujemy ruchu jednostajnego jak w przypadku zwykłych silników, lecz obrót wirnika o ustalonym kącie. Kąt oraz prędkość obrotu zależą od liczby oraz częstotliwości otrzymywanych impulsów elektrycznych. Zazwyczaj pojedynczy obrót możliwy jest w przedziale od kilku do kilkudziesięciu stopni, a maksymalna prędkość dochodzi do kilkuset obrotów na minutę.

Silniki krokowe stosowane są szeroko wykorzystywane przede wszystkim w automatyce i robotyce, ale także w peryferiach komputerowych (napędy, drukarki), motoryzacji. W życiu codziennym najczęściej spotykamy je patrząc na zegar wskazówkowy, ponieważ odpowiadają one za przesuwanie wskazówek.

W naszym projekcie oparliśmy się na silniku krokowym 42BYGH118-01 z jednostronną osią (o średnicy 5mm i długości 20mm). Korpus silnika ma wymiary 42mm x 42mm x 38mm. Nie jest to duży silnik, dzięki czemu jest w pełni mobilny – masa wynosi zaledwie 0,24kg. Z przodu posiada cztery otwory z gwintem M3 (rozstaw 31mm, głębokość 4,5mm). Jeden krok rozpoczyna się od 1,8 stopnia. Najbardziej odpowiednim zasilaniem jest prąd 0,5A przy 12V. Jak na swoje niewielkie rozmiary, silnik posiada bardzo dużą siłę – 4,4kg/cm.

Platformy z pleksi

Do pełnego wykonania modelu potrzebna będzie podstawa z pleksi - okrąg o dowolnej średnicy, wycięty laserowo.
Średnica powinna być dostosowana do wielkości przedmiotów, które będziemy fotografować.

Pilot do zdalnego wyzwalania migawki

W celu podłączenia aparatu do mikrokontrolera potrzebować będziemy pilota do zdalnego wyzwalania migawki.

Model aparatu musimy dobrać odpowiednio do sprzętu, który używamy. My opieramy się na aparacie Nikon D700.

Pilot nie powinien być zbyt drogi - i tak zostanie "zniszczony" - ucięty, w celu podłączenia do mikrokontrolera.

Połączenie pleksi z silnikiem

Konstrukcja ta jest dosyć złożona – składa się z trzech elementów – okrągłej podstawy, śruby dokręcającej oraz dospawanego do niej walca z pionowym otworem – 5 milimetrowym - w celu zamocowania do trzpienia silnika – oraz poziomym, nagwintowanym, w celu pełnego usztywnienia i ustabilizowania konstrukcji przy pomocy dołączonej śruby. Okrągła podstawa została wycięta laserowo z żelaznego materiału, natomiast walec i nagwintowanie zostało wykonane mechanicznie na tokarce. Całość została zabezpieczona antykorozyjnie czarną matową farbą – bez tego zachodziło bardzo duże prawdodobieństwo rdzewienia podstawy, ponieważ wykonana jest z czystego żelaza, dodatkowo szlifowanego, co dodatkowo ułatwia utlenianie się metalu.

Aplikacja



Działanie osoby fotografującej staramy ograniczyć do niezbędnego minimum. Po podłączeniu aparatu do Arduino, oraz sterownika do komputera, użytkownik uruchamia aplikację. Wybiera w niej, ile zdjęć ma być wykonanych podczas jednego cyklu (cyklem nazywamy jeden pełny obrót platformy oraz wykonanie określonej ilości fotografii).
Zasada jest prosta – czym więcej zdjęć, tym wyświetlany obraz będzie bardziej płynny, jednak jego waga wzrośnie.

Po wyborze ustawień użytkownik po prostu wybiera przycisk start, po czym platforma obraca się wymaganą ilość razy, gdzie przy każdym postoju wykonywane jest zdjęcie (domyślna ilość fotografii to 72 – obrót platformy o 5 stopni).

Gdy wymagana ilość zdjęć zostanie wykonana, aplikacja automatycznie zmienia ich rozdzielczość, łączy je w jedną całość, dodaje przyciski sterowania oraz wyświetla gotowy efekt użytkownikowi. Po akceptacji plik zostaje zapisany w formacie SWF (obsługiwanym przez przeglądarki dzięki odtwarzaczowi Adobe Flash Player).

Aparat



Do fotografowania oczywiście potrzebujemy aparatu. W swoim projekcie oparliśmy się na lustrzance Nikon D700.

Nasza aplikacja wykorzystuje biblioteki udostępnione nam przez firmę Nikon Polska, więc powinniśmy się ograniczyć do tego producenta.

Opcjonalnie - Obudowa

W celu zabezpieczenia naszych podzespołów możemy zamontować je w obudowie - my wykorzystaliśmy do tego gotową obudowę z Allegro, odpowiednio przystosowaną do naszych potrzeb.

Nasza obudowa jest w pełni rozbieralna - w razie awarii któregoś z podzespołów bezproblemowo możemy się do niego dostać.

Stworzenie obudowy zostawiamy do Państwa decyzji - model może działać i bez niej.