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现在网上很多在售的摄影滑轨动辄好几千（手动的除外），且很多自己想要的运动设置都是没有的，因为那东西不可能满足每一个人需要，于是我开始自己去做一个，自己规划硬件、写驱动代码，主要用于延时摄影。下面把制作的详细步骤分享给大家（当然现在这个滑轨硬件还是存在很多不够需慢慢优化）。
滑轨最主要就是X轴（水平移动）和Z轴（旋转），如下图：
1.1 X轴水平滑动第一需要滑动的组件、第二需要一个驱动的力，滑动的组件首先想到雕刻机所运用的的滑块，平稳、受力均匀，驱动刚开始是想用皮带传动，后面仔细考量还是决定用丝杆，其实两者各有好处：丝杆输出力矩大，精度高，但长度1米多的丝杆总会那么点不直（重力导致），因此在丝杆中部转动时会出现轻微上下起伏；而皮带则是速度快，精度低些，输出的力不能太大，长度长的会有点弹性，这也是不愿见到的。综合考虑还是觉得用丝杆。
滑动部分则是用12mm直径3k碳纤维杆（1mm厚）+12mm直线轴承座，但悲剧的事件出现了，在收到滑块和碳纤维杆时发现碳纤维杆虽说是12mm外径，但有的地方直径却到了12.4mm，滑块穿进去后卡在那，毕竟不是用于精密工业的，只好用砂纸一点点打磨（打磨不能多也不要少）；此外碳纤维杆还有另一个问题，由于它直径仅有12mm，因此在滑块运动中到了中部出现轻微抖动（中间弹性大），早知道就买20mm直径2mm厚的碳纤维了，现在也没法改了，因为要改的话滑块、支撑座等所有都得换，因此得在程序里想办法了。
1.2 Z轴则简单多了，42mm长轴步进电机（信浓的）+皮带传动，后来还是遇到了另一个棘手问题，那步进电机在断电时用手轻轻一转就能转动，因此无法保持Z所在角度，后来只好用减速步进电机代替它，价格更便宜且稳定性也好。
之后将其固定在6mm亚克力板上，但开始规划时看错了滑块的长度（短了2mm），后来为此将9块板子上所有滑块的孔扩了2mm，用了3个多小时，先用电动工具打磨，再用锉刀手动加工。
红框处均要将孔位偏移2mm，下面的8块是补偿丝杆平面与滑块间的高度差。
装电路板的盒子，空间有限于是将它固定在X轴电机下方。
2.驱动部分搞定了，现在就是电路部分，电路首先耗电要低，且面积不能大，不然得外置了，于是有了下面的结构：0.96的OLED显示屏+5V超小降压模块+A4988模块+ULN2003芯片+ATmega328P芯片，本来预留了串口可以扩展增加蓝牙或wifi模块，但由于程序空间不够所以也没加了。
3.1 X位置0点信号用微动开关检测，Z轴用霍尔传感器（后来发现Z的0点没必要其检测）。
3.2 电池需采用8V以上的电压，后来直接采用4节18650电池，降低了电流，保证了电池续航及A4988输出的力矩。
4.1 那么一切规划均准备好后就开始安装及制作了。先把碳纤维杆组好X轴，确定好杆子平行且露出长度一致，说实话有点难把握，因为那个轴承支撑座有几个不是同一的体型，固定孔位有点偏了，买的数量刚合适没有多的，但也懒得再去买了。最后把丝杆和电机装上，丝杆可先不固定，因为Z平台还未装。
4.2 Z平台安装的确有点麻烦，预先规划的孔位不能用（因为后来临时换为减速步进电机），首先重新打安装孔，调节松紧度，由于减速电机的轴里面是塑料的，后来又在其上方加了个亚克力板支撑顶端。
旋转部分装好，接着就把滑块和T8螺母装上：
完成主要机械部分，接下来就是制作电路和安装电路了。
摄影滑轨DIY 2
5.先根据接插口和固定孔位等绘制PCB的边界，再根据原理图画好PCB板。
由于用雕刻机清除部分区域，所以时间用了2个小时，焊好元件后再用测验程序测验各个部分是否正常，幸运的是所有都无问题，雕刻机刻出的线很容易出现短路，不过刻得深就没事（但线间距就得很大）。接着将其涂上一层绿油，可恨的是用那365nmUV紫外线紫光led照了半天一点反应都没，后来直接用蓝紫激光逐片照，不过效果还不错。
其中mega328是以前留下的最小系统板（原理图有其输出IO说明），通过插针焊接到主板上，节省了部分主板面积。其下部由唯一的一个指示灯，以前打算用来指示运行状态，由于有OLED屏，所以现在此灯用于指示快门按下。
6. 下面就是程序部分了，调试程序时我是用它来代替相机的：
这个分量应该够了。先是测验Z旋转，减速步进电机是64:1的，加上皮带4:1减速，所以是4096步为90度，电机是1/2细分，所以8步一个周期。X轴是2mm导程丝杆，A4988为1/8细分，因此800steps/mm，X有效运动长度1024mm，由于负载的关系，若速度快则必会失步，因此最后调节为：Z转动时5ms一步，X轴300us一步。
其次整个程序是利用定时器来定时，到时间则驱动按一定量输出，设置时需设置一下基本信息：每步步长（每次转多少角度或长度）、运动多少次、每次运动间隔，此外还有运动总时长限定、运动范围限定、循环次数、运动方向，部分参数可不输入，只要有足够参数能确定每步所走的长度或角度、运动间隔即可，其余会自动算出（若信息不够会自动取消执行本次运动）。另外重要的一点就是按下快门完毕后才开始运动（即等待N ms->按下快门->运动），不仅留有足够时间平稳且不会影响延时摄影过程。这些都是基本算法，只是要时间调试而已，其次就是操作界面，在那OLED屏上做良好的interface估计有点难，但做到简单实用倒是可以的，因此设置了三级菜单：
总共三个按键，左键/中键/右键，中键由两个功能：一个是进入菜单，或者说是确认，用于进入菜单及设置时切换选项；另一个就是退出（长按约1s），此外在一级菜单下，长按会直接进入当前选项的运动模式。左右两个键则是上下选择菜单或增减数值。
7.1 其实主要的程序还是目标追踪及其设定，这不得不先了解简单的三角函数等：
上面演示了相机中心线与目标成α°时的各种情况。假设相机中心点正对目标，以第一种为例：
在此先简单说下目标如何校准设定，只需四步即可，第一是将相机固定放好，并将目标放到最终取景的状态；第二步调节Z角度使相机取景中心对着目标物体，这时就能知道上图的α角度；第三步将相机调节到中心线与AB垂直，即相机平面与AB同平面，这时就能得到CA与AB成的角度，即角A；第四步，Z平台会运动至X末端（B点），此时再调整相机角度使其中心线对着目标，这时就能得到角B的值。
得到基本参数后就能利用公式算出CH、AH的值，tan∠B=CH/BH，tan∠A=CH/AH，而BH-AH=AB=1024mm，因此CH/ tan∠B- CH/ tan∠A=1024mm，角A、B已知，所以CH就算出来了，同时也可求得AH的值。
在α=0时，为保证相机始终正对着物体，相机在X各点位置可通过CH、AH和相机在Z轴的角度（中心线与AB的夹角a’）算出：x=CH/tan∠a’-AH。当然也可以从X的位置反推出Z需转的角度。
7.2 但若相机不是正中心对准目标呢（α≠0）？为了追踪目标中心线与目标的夹角α在各处有何种情况？
首先在A点时相机中心线与物体夹角为α，然后相机沿X运动。假设相机是沿着以目标为圆心的圆形轨迹，则相机就能把目标的360度所有拍摄出，且目标始终处在取景器里某一特定位置（即夹角保持不变）。
下面用图来简单分析（下图相机中心线BO与BC夹角为α度）：
先以C做一个圆，半径为CA的距离，在CB上交点为B’，OE垂直OB，OE为实际成像照片右半部分（O为中点），作B’D平行BE，作B’O’平行BO，那么在B’那拍照（视角角度不变，角O’B’C和角OBC均为α°）所成的照片右半边就为O’D。因此只要证明C点在O’D所在位置的比例与C在OE所在位置的比例一样，就能说明无论在B点拍摄还是在B’位置拍，目标C在照片的相对位置是不变的，仅仅大小会有点变化。
证明也很简单，B’D平行BE，B’O’平行BO，则三角形OBE与三角形O’B’D相似，所以O’C/OC=CB’/CB=CD/CE,即O’C/CD =OC/CE。
因此只要先将相机中心线运动对准目标，然后再转α角度就能在任何位置保持目标在照片中位置与在A点时的一致。
上面就是目标追踪模式的简单原理，不过也有的是用机械原理实现的，但没拆过不太了解具体原理。
8.1 其次是控制相机，最开始规划时是考虑再单独运用快门线来实现延时摄影（相机控制信号有快门线定时发送），只要滑轨定时周期与快门线的一致，则它就能同步进行拍照，但这个同步太难把握了，于是就不得不进行电路改进，这也导致Z轴的原点校准功能去掉了（实际没什么用），但主控部分到Z平台仅有一根数据线，且航空插头只有8芯，步进电机就用了5芯了，剩下3芯不但要控制快门、对焦，还得采集快门何时关闭，地线必须占一根，剩下2根线如何实现那三个功能？
先来简单介绍下快门线工作原理，其实它主要就是起到一个短接作用，如下图Canon快门2.5mm插头：
短接就能操作相机，快门那是按下一瞬间相机就打开快门，若不是B门（B门是断开快门短接才关闭快门）则关闭时间由相机决定。那么再看看如何检测快门是否关闭了，其实相机热靴上是有输出的，最中间那个圆点和地间在快门开启时处于短接状态，快门关闭后则断开。
8.2 虽然知道了原理，但是问题是可用的信号线不够，那么如何能切换端口输出和输入呢？刚开始是打算运用一个8脚单片机，通过发送指令去控制，但是又觉得有点浪费，所以最后还是觉得用三极管等单路去实现它。
当然最开始肯定是用NI Multisim仿真原理，最后得到如下电路：
S1模拟快门信号输入，Q1的集电极接控制输出，Q2集电极那端接单片机IO，S2、S3模拟单片机输出高低电平。作为输出模式时，S1断开，则Q1导通（R8上拉），在单片机输出高时，Q3也导通，最终将被控端拉低；输入模式时单片机IO为弱下拉模式，在S1短接时Q1处于非导通状态，Q2基极为低电平，Q2导通，则单片机IO被拉至高电平，同时被控端因Q1关闭也不会输出。这样就实现了单个IO即控制输出又能实现另一端口输入。
此时还需增加引线到相机，下面是做好的两根线：
2.5mm插头是接相机，3.5mm四节的接到Z平台上的耳机插口上。
不插热靴则不检测快门的关闭（直接用下面那跟2.5mm转3.5mm的线即可），电路板用热熔胶密封以便防水，但是那步进电机却没法防水。
摄影滑轨DIY 3
9. 下面是跟踪目标模式下的照片（不要在意里面的景物）：
所有硬件概览：
主控部分及X轴驱动部分，95%螺丝螺母均采用304不锈钢的：
还有四个支撑脚未装，还没找到好的固定办法（虽然买了8mm螺杆，150mm长，但那些都不是重点）。
Z平台：
这就是八百多元的东西（仅是硬件上的成本），若要挑问题则一定能挑出很多，比如设定追踪目标时若移动到X末端（B点）再调节相机角度，此时估计手就不够长了，因为要在末端查看相机取景处（不过现在很多相机均可用手机wifi连接查看），这也是省去繁杂线的代价，但这完全是自主规划的，算不得优秀，不过也算及格了。
看似简单的东西在制作中遇到了n多个困难，唯有靠自己逐个搞定，DIY是种精神，更是一种自我折腾。
来源：数码之家
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狗仔卡
发表于 2017-9-9 09:26:38
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