Слайдер камеры на Arduino для видеосъемки


Наверняка многие из вас, кто использовал видеосъемку с рук, были недовольны ухудшением качества снимаемого видео из-за дрожания и нестабильности положения рук, держащих камеру. Для преодоления этой проблемы профессиональные операторы используют штативы или другие инструменты, позволяющие устранить эти нежелательные эффекты и делающие видеосъемку более простой и удобной.

Внешний вид проекта слайдера камеры на основе платы Arduino

В данной статье мы рассмотрим создание универсального самодельного слайдера камеры на основе платы Arduino, шаговых двигателей и драйверов двигателей, с помощью которого можно будет производить практически профессиональную видеосъемку интересующих вас объектов и явлений.

Как будет работать наш слайдер камеры

Принцип работы нашего самодельного слайдера камеры будет достаточно прост – мы будем использовать два шаговых двигателя для перемещения его вдоль каждой оси. Переключатель (limit switch) будет использоваться для возврата камеры в исходное положение. После подачи питания на устройство будет активироваться линейный двигатель оси (Linear axis motor) и он будет активным до тех пор пока не будет активирован переключатель возврата в исходное положение. После включения данного переключателя слайдер переместится в свое исходное положение (home position/ Zero position) на линейной оси. После этого мы сможем подавать на слайдер команды Slide in, Slide out, Pan in, Pan out и управлять скоростью его перемещения. Управлять этими перемещениями мы будем с помощью инкрементального энкодера EC11. Более подробно эти процессы вы можете посмотреть на следующем видео.

В качестве камеры для нашего слайдера вы можете использовать камеру вашего смартфона или профессиональную DSLR камеру.

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
  2. Драйвер двигателей (A4988/DRV8825/ TMC2209) – 2 шт. (купить на AliExpress).
  3. OLED дисплей с разрешением 128x64 (купить на AliExpress).
  4. Модуль инкрементального энкодера HW-040 (купить на AliExpress).
  5. Шаговый двигатель NEMA N17 – 2 шт. (купить на AliExpress).
  6. Переключатель (Limit Switch 3 Pin SPDT) – 2 шт.
  7. Переключатель On /Off.
  8. Разъем постоянного тока (DC socket) 5521.
  9. Алюминиевый профиль 2040 V слот – 50 см.
  10. M5 алюминиевая прокладка 5 мм с высверленным отверстием длиной 6 мм – 3 шт.
  11. M5 алюминиевая эксцентрическая прокладка 5 мм с высверленным отверстием длиной 6 мм – 2 шт.
  12. M3 болт с потайной головкой 20 мм – 16 шт.
  13. M3 болт с потайной головкой 10 мм – 4 шт.
  14. M3 торцовый ключ для потайной головки 20 мм – 4 шт.
  15. M5 Button head/ Flat/ Philips bolt 15 mm – 10 шт.
  16. M5 Button head bolt 35 mm – 4 шт.
  17. M5 Button Head bolt 50mm – 1 шт.
  18. M3 контргайка – 8 шт.
  19. M5 контргайка – 5 шт.
  20. M5 ходовая гайка – 10 шт.
  21. Derlin POV V-wheel 625RS – 4 шт
  22. GT2 Timing pully 20 Teeth 5mm bore для ремня 6 мм – 3 шт.
  23. GT2 зубчатый ремень с разомкнутым контуром шириной 6 мм и длиной 100 см.
  24. GT2 зубчатый ремень с замкнутым контуром шириной 6 мм и длиной 158 мм.
  25. Подшипник 625RS – 2 шт.
  26. Camera Ball mount – 1.
  27. Кабельная муфта.
  28. Соединительные провода.
  29. Лента-хомут для крепления проводов.
  30. Перфорированная плата.
  31. Детали, напечатанные на 3D принтере.

Внешний вид компонентов, необходимых для сборки нашего проекта слайдера камеры, представлен на следующем рисунке.

Внешний вид компонентов, необходимых для сборки нашего проекта слайдера камеры

Файлы для 3D печати необходимых компонентов проекта и исходный код скетча для платы Arduino можно скачать по ссылке, приведенной в конце статьи. Рекомендуется печатать 3D компоненты с высоким заполнением для обеспечения заданного уровня их прочности.

Схема проекта

Схема слайдера камеры на основе платы Arduino представлена на следующем рисунке.

Схема слайдера камеры на основе платы ArduinoКак видите, схема достаточно проста. OLED дисплей подключен к контактам A4 и A5 (интерфейс I2C) платы Arduino, а также к ее контактам 5V и GND. Контакт SW инкрементального энкодера подключен к контакту D2 платы Arduino, CLK – к контакту D3, DT – к контакту D4, VCC и GND – к контактам 5V и GND платы Arduino. Оконечные переключатели (end switches) подключены к контактам D9 и D10. В данном проекте мы будем использовать только один оконечный переключатель, но вы можете использовать и второй если захотите установить исходное положение для второго конца.

Подключения для драйверов двигателей идентичны. Напряжение питания 12V подключается к контактам VMOT драйверов и к контакту VIN платы Arduino через выключатель ON/OFF. Контакты RST и SLP подключены друг к другу. Контакты MS1 и MS2 подключены к линии 5V, а контакт enable – к земле (общему проводу). Все контакты общих проводов соединены вместе, а контакты A1, A2, B1 и B2 – к соответствующему шаговому двигателю. Электролитический конденсатор с номиналом минимум 100 мкФ подключен к контактам VMOT и GND для устранения электромагнитных наводок от шаговых двигателей. Более подробно про подключение шаговых двигателей NEMA N17 к плате Arduino вы можете прочитать в следующих статьях: с использованием драйвера A4988 и с использованием драйвера DRV8825.

Внешний вид собранной конструкции проекта представлен на следующем рисунке.

Внешний вид собранной конструкции проекта слайдера камеры

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Первым делом в программе с помощью менеджера библиотек установим библиотеки Adafruit GFX, Adafruit SSD1306 и AccelStepper. Также убедитесь в том, что поместили файл bitmap.h в каталог, в котором находится ваш скетч для Arduino. Этот файл содержит все необходимые иконки и изображения, которые мы собираемся отображать на OLED дисплее. Ниже представленный фрагмент кода написан специально для драйвера двигателей TMC2209 V1.2 от компании BigTreeTech. Если же вы будете использовать другие драйверы (A4988 или DRV8825), то скетчи для работы с ними вы найдете по ссылкам, приведенным выше в статье. При использовании другого драйвера двигателей, возможно, вам придется изменить значения параметров maxspeed (максимальная скорость вращения) и stepsPerRevolution (число шагов на один полный оборот).

Далее в коде программы подключим все используемые библиотеки. Библиотека wire вместе с библиотеками Adafruit_GFX и Adafruit_SSD1306 используется для взаимодействия с OLED дисплеем. Более подробно про подключение OLED дисплея к плате Arduino вы можете прочитать в этой статье.

Библиотека AccelStepper используется для управления шаговыми двигателями. Заголовочный файл Multistepper.h является частью этой библиотеки.

Далее в программе мы укажем такие необходимые параметры как разрешение дисплея, I2C адрес дисплея, скорость работы интерфейса I2C и подключения к инкрементальному энкодеру. После этого мы создадим объекты для работы с OLED дисплеем и двумя шаговыми двигателями и объявим все необходимые нам глобальные переменные.

Функция oledDisplayCenter будет использоваться для центрирования текста на экране дисплея. На вход данной функции будет подаваться длина текста, а внутри нее рассчитываться ширина текста, после этого курсор будет устанавливаться в необходимое положение по оси X.

Функция Switch будет обрабатывать нажатия кнопок инкрементального энкодера. Она будет использоваться как функция обработки аппаратного прерывания – она будет вызываться при нажатии переключателя.

Функция Rotary() будет вызываться при срабатывании прерывания на контакте D3 платы, к которому подключен контакт CLK инкрементального энкодера. Когда данная функция будет вызываться, она будет определять направление вращения двигателя и в соответствии с этим устанавливать флаг направления вращения (rotationdirection flag). Также она будет устанавливать флаг TurnDetected чтобы в функции loop мы могли определять что двигатель вращается.

В функции setup мы первым делом инициализируем последовательную связь со скоростью 9600 бод для целей отладки. Далее мы инициализируем драйвер шагового двигателя и OLED дисплей, а также зададим режимы работы используемых контактов. Также создадим объект multistepper для управления двумя шаговыми двигателями. Затем с помощью функции attachInterrupt назначим на обработку соответствующих прерываний функции Switch и Rotary. Более подробно про использование прерываний в плате Arduino вы можете прочитать в данной статье. Далее на экране OLED дисплея будет показываться небольшая анимация и вызываться функция Home.

Функция Home будет проверять состояние оконечного переключатля и перемещать слайдер камеры в исходное (домашнее) положение. Как только слайдер достигнет исходного положения это состояние будет фиксироваться в программе. Все остальные движения двигателей будут рассматриваться по отношению к данному положению.

Функция Setspeed будет рассчитывать и сохранять скорость движения когда мы будем устанавливать ее в функции loop. Также данная функция будет отображать значения скорости и времени на экране OLED дисплея.

Функция select будет вызываться после завершения функции setup. Внутри нее мы будем принимать решение начать движение слайдера или сбросить его - соотвествующие две иконки для этих функций мы будем отображать на экране OLED дисплея. Пользователь может выбрать одну из этих иконок и нажать кнопку энкодера для подтверждения своего действия.

Функция stepperposition будет управлять двигателями в зависимости от положения ручки инкрементального энкодера.

В функции loop мы будем координировать действия всех функций, рассмотренных выше. Большинство действий, связанных с отображением на экране дисплея какой либо информации, будет вызываться непосредственно из функции loop. Также в ней мы непрерывно будем мониторить состояние переменной flag и в зависимости от этого вызывать соответствующие функции. Более подробно все эти процессы вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи.

Исходный код программы (скетча)

Все необходимые файлы для данного проекта вы можете скачать по следующей ссылке.

Видео, демонстрирующее работу проекта

Источник статьи

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
40 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *