【延时摄影从入门到精通】《延时摄影综述V3.5-张利民》二十、滑道控制器的设计制作-timelapsechina

作者：张利民/lymex/bg2vo

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《延时摄影综述》V3.5 目录 2015-12-25更新

二十、滑道控制器的设计制作

电控滑道是延时摄影必不可少的利器。前面说过，摇摆和变焦都可以用数码的方式后期实现，唯独平移必须前期拍摄，这样才有透视变化，甚至会让延时作品产生3D立体感，是用别的方式所不能替代的。

有很多商品的滑道+控制器可以买到，也比较方便，但也存在不灵活、操作复杂、价格昂贵的弊病。自己DIY，不仅成本低、适合自己的需要，而且有乐趣和成就感，或者甚至可以取得更好的性能和适合自己的功能。
全套滑道一般包括几个部分，机械的滑道本身也可以DIY，但涉及很强的加工经验和动手能力，不是一般人可以做的。同时担心精度达不到要求，所以我的滑道还是买现成的。另外，步进电机也必须购买，为了图省事我也购买了驱动器，就是能接收控制信号并驱动电机运行的部分，而把经历集中在控制器的DIY上。

控制器可以说是整个滑道的核心部分，市面上的绝大多数控制器都是数字的，或者说是单片机控制的，涉及编程，有键盘和显示器，功能都比较全面，内部有电池以便移动使用，价格也不便宜，大多在4000元到5000元之间。我DIY的控制器的策略就是简单，使用方便，这样才能把注意力放在如何构图、如何摆放器材、如何取景、如何曝光上，而不是让控制器的繁琐操作所左右。为了达到这个目的，我采用了模拟手段，而不是数字方法。所谓数字控制器，就是核心部分用了MCU/单片机，有显示屏，操作部分大多为很多按键，调节一个参数的话可能需要按动好几次按键，而且要看显示/菜单。
我DIY的这个控制器，使用的时候只需打开电源开关，用转盘选好时间，拨动运行开关即可。如果时间已经选好，那只需打开电源开关就马上进入工作状态。如果要调节时间，或者调节运行方向，启动停止，都无需查看任何显示，只需手动操作即可。这就像开车无需看油门、无需看档位的道理一样，使得驾驶的时候可以集中精力查看路面情况。
具体要求
1、电源开关与功能选择
三掷开关，上为连续运行、中为电源关闭、下为断续运行。
连续运行时就是一个电动滑道功能，无论相机是否在曝光都一直在运动。这个功能也适合摄像用。
断续进行就是拍摄与运行相间进行，拍摄的时候不滑道不动作，而运行的时候也不拍摄（需要快速运行），这样才能避免互相干扰，否则正在曝光的时候滑道运动了，可能造成图像模糊。
断续运行可以是相机主动的，相机自己会定时拍摄（包括使用定时快门线）。这就要求能够检测相机状态，才能在曝光结束后才控制滑道运动。断续运行也可以是控制器主动的，这就要电子快门操控相机，这使得本来不方便做延时摄影的相机（例如NEX-7）成为可能。NEX由于体积小、重量轻，效果也不错，因此会有其用途。
2、左右移动
另一个三掷开关，向左扳则向左运行，向右扳为向右运行，中间停止。
3、运行速度选择旋钮
以滑块从这头到那头的运行总时间为单位，用12档开关，分别具有如下运行时间：
15秒、30秒、1分、2分、4分、8分、15分、30分、1小时、2小时、4小时、8小时。
另外，可以再增加一个倍率开关，可以控制×0.8、×1、×1.2，这样一方面可以以更细的间隔进行控制（比如1.5分钟），同时也可以向两端延伸运行时间（10秒到12小时）。
4、感知相机拍摄状态
采用热靴口，随时了解相机是处于曝光还是空闲。当相机曝光结束后，可以马上控制轨道运行。热靴的最主要功能就是控制闪光灯的，中心触点直接反映了曝光情况，曝光开始时短路，这样可以给出一个触发信号送给闪光灯，曝光结束时断开。最早的热靴触点是机械开关的，而现在都是电子的，因此就有极性了，也不能耐受高压和大电流。热靴信号的引出采用离机闪引线：

5、运行限位
滑道的滑块运行到左右极限时，进行限位感知和限位，不让电机堵转，更不会因为强行运行而损坏什么。
6、断续运行

拍摄的时候不运行，以防相机振动，拍摄完快门释放后，再短暂运行，然后等待剩余的间隔，继续拍摄。

拍摄间隔的控制可以由相机来完成，包括例如D7000的自动间隔摄影（但只能最短1秒、间隔1秒，也包括NEX的遥控定时器控制，这样控制器只要检测相机的状态，在快门释放后运行即可。拍摄间隔要设置的足够，使得滑道运行完毕并留有一段振动恢复时间。这样做唯一一个不确定因素是NEX的热靴信号的取得（是否可取、是否有热血适配器）。其中，间隔定时器可以是外部的，甚至放在控制器内部（但功能上、信号上是独立的），用来控制D7000或NEX。

举例1：D7000，内部自动间隔3秒，首先曝光2秒、滑道动作0.5秒、等待0.5秒，然后继续拍摄。此法缺点是间隔只能以秒来调节，最小1秒。另外，没有内部间隔定时功能的可以用外部定时快门线，例如MC-36，缺点相同。

举例2：D7000，定时器定时间隔3秒，发出指令拍摄后，相机曝光2秒、滑道动作0.5秒、等待0.5秒，然后继续拍摄。此功能的优势是拍摄间隔可以分数秒，比如0.4秒、1.5秒。

举例3：D7000，控制器和相机放到B门，定时器定时间隔3秒，发出指令拍摄后持续曝光2秒、滑道动作0.5秒、等待0.5秒，然后继续拍摄（此B门功能的优势是可以取得30秒以上的曝光时间，可以暂时不做）。

举例4：NEX-7，定时器定时间隔3秒，发出指令拍摄后，相机曝光2秒、滑道动作0.5秒、等待0.5秒，然后继续拍摄。

举例3：NEX-7，控制器放到T门、相机放到B门，定时器定时间隔3秒，先发出拍摄指令拍摄续曝光2秒后发出曝光停止指令、滑道动作0.5秒、等待0.5秒，然后继续拍摄。此功能可以暂时不做。

7、断续模式开关

三掷开关，正常、B门、T门。

正常的话需要一个间隔定时器，B门和T门需要另外一个曝光定时器。B门和T门可以暂时不做，此时就无需这个开关，也可以省掉曝光定时器。

8、间隔定时器

光电隔离式，通过快门线和遥控器控制相机的定时间隔曝光。

9、曝光定时器

B门或T门下使用，控制相机的曝光时间。

10、内部电池与充电功能
内部采用充电电池，5块（或6块）4200mAh的锂电串联形成18.5V电源，经过测试驱动器和电机15V下可以工作，16V下可工作的很好，包括带载上行。
充电功能，可以有两个输入，一个是220V交流（需要适配器），另一个是常见的12V输入（需要DC-DC升压）。
11、外部
采用防水塑料箱。我用的厂家型号叫JS2

EMI也用防水箱做控制器外壳

步进电机驱动器的接口
步进电机驱动比较复杂，我是用了现成的驱动器2M542，这样控制起来方便一些：

驱动器一共有12个引线，上面6根是控制用的，下面6根接电源和步进电机。

PLS+和PLS-是脉冲输出，每给一个脉冲电机就走一步；DIR+和DIR-是方向，通过5V的有无来控制步进电机的运行方向；ENA+和ENA-是使能，加+5V有效。下面6根线分别接电源和步进电机。

控制器的设计
由于对时间精度要求不高，控制器定时部分用7555。
断续运行时，用HC193（Up/Dn可逆计数器），先在曝光时（轨道停止运行）记录曾经等待/等待了了多少个脉冲，曝光结束后快速输出给马达，这样定时设置可以通用。
限位功能是必须的，由限位模块完成。要判断方向、只限制目标方向的限位，否则达到位置后就不能反方向运行了。这部分用简单的HC00即可实现。
热靴取得相机状态，从闪光灯接口，相机的曝光都会对中心点对地短路，因此只需进行通断检测即可。但由于各厂家、各型号的相机有具体差异，因此要保证极性正确，不可过流或高阻。
手画的框图。比较懒，没有继续展开，就直接画电路图了。

防水箱的布局
我用的是外部尺寸280×246×156的，内部260×200×143，其中盖子净空间27mm，正好留给各种开关。内部左上为电池，左下为驱动器，中间为充电电路，右边为收纳槽。面板的下面为操作部分，避开电池上方。引线从收纳槽无插座引出。
面板的布置，开关放左边，方向开关放上面，时间盘放中间，倍率开关放下面。面板采用玻璃纤维板，厚度3mm。
限位开关的安装，采用带有鼻子的微动开关，钻孔攻丝即可。一端的引线藏在滑道的沟槽里，使得总体的引线从滑道的一侧引出。
电池的选择，4200mA的锂聚合物，长度110宽度60，厚度6mm，这样5只串联后总厚度30mm，体积不大。即便想增加容量用2组并联，总厚度也为60mm。不过，经过试用，电流只有不到0.25A，因此电池可以连续使用15个小时以上。
这个电池的卖家的照片：

电路图设计
这部分一直在细化，只给出一个定时、驱动部分

还有一个Up/Dn计数部分的小图

初样制作
随便找了洞洞板做了一下，只是试验功能。

左边是电源部分，用7805把24V转成5V。
左下是电源兼功能选择开关，中上是运行方向开关，旋钮就是12档时间选择开关，上面三个插头分别是电池24V、驱动器24V、驱动器控制。
制作PCB板
组装
还早呢，待续。这里只给出一个刚到货的滑道的部分照片，其中电机的螺丝不是配套的，电机齿轮还没砸进去。