咖啡杯間諜照相機

一月 8, 2015
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隱密、偵探風的傾斜觸動照相機。

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用這臺傾斜觸動照相機讓您的經典咖啡變身經典間諜。

做法是改造兩個紙咖啡杯,把攝影裝置安裝在其中一個,放入第二個,然後對齊兩個杯子底部的孔。透過標準的塑膠杯蓋可以看到兩顆LED燈,一顆在傾斜開關啟動時會亮起,另一顆在拍照後會閃爍兩下。

身分被揭穿了嗎?只要旋轉杯子就可以把照相機藏起來。
這個專題結合了數個模組做成一臺可以放進咖啡杯中的間諜照相機。驅動傾斜的元件是只有一角硬幣大小的Memsic 2125加速計,如下圖:
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「Memsic 2125是一款低成本的熱導式加速計,能用來測量傾斜、碰撞、靜態及動態加速、旋轉和震動,範圍是兩軸的±3 g。Memsic以表面黏著規格提供2125 IC。Parallax把電路安裝在有全部I/O連接點的PCB上,可以輕鬆插入麵包板或通孔原型設計區。」

您可以從這個規格表得到更多元件的規格資訊,並利用這裡的pulseIn()功能來了解加速計和Arduino之間互動的基礎。

這個專題是安裝在改良過的紙杯上:頂端被修剪掉、底部切開一個孔讓相機鏡頭伸出來。接著這個杯子會放入另一個底部也有開孔的杯子。兩個孔對齊後,當杯子被拿起並傾斜時,LED會亮起:其中一顆在傾斜開關啟動時亮起,另一顆在拍照後會閃爍兩次。LED的光線可以透過塑膠杯蓋看到。

根據不同的TTL序列相機,您需要多加嘗試,找到把相機安裝在杯子裡的方法。形狀因數較大的相機可能就無法直接從杯底朝外,而需要以反射鏡磚進行反射。這個部分的方法可以參考下方的圖片。但形狀因數較小的相機(有較小的PCB和通孔接點,而非突出的電極)則應該可以用直接對準杯底的孔的方式安裝。請記得要留空間給Arduino和SD卡擴充板以及其他元件。

用您取得的TTL序列相機多做嘗試,多準備一些紙咖啡杯,看應該如何安裝相機。在以下的步驟和圖片中我開的孔相當大,確保鏡頭能得到足夠的光線,拍出高品質的畫面。依照您的鏡頭直徑和使用的杯子大小,可能需要小一點的孔。

總之,祝您的咖啡杯間諜照相機開工大吉!


材料

工具

  • 烙鐵 RadioShack #6400053
  • 焊錫 RadioShack #6400013
  • 筆刀
  • 可執行Arduino IDE的電腦, 支援LinuxMacWindows 作業系統
  • USB線, A/B型,用於將Arduino Uno連接至電腦
  • 斜口鉗 RadioShack #6400224




第一步:蒐集材料

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  • 這個專題的核心是Arduino Uno Rev 3,而且可以裝進大杯咖啡的紙杯中!
  • 起初我使用的是Arduino Micro,但上面的仿真序列埠讓和相機模組之間的連繫有困難,所以我暫時不用這個。
  • 您還需要一個TTL序列JPEG相機模組、SD卡擴充板和Memsic 2125雙軸加速計,以及電阻和LED等其他各種元件。上面所列的材料中有些純粹供測試用,所以先把整個專題看過一遍,衡量製作時手上有那些材料,以及還需要什麼材料。

第二步: 相機對焦

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  • 根據您所使用的JPEG相機模組而異,出廠的鏡頭可能會組裝得很緊,而只能拍出模糊的影像。把RCA接頭接上影像輸出端並接上電視,接著把鏡頭鬆開一些,讓影像能聚焦。取得合格的影像後,用膠帶來固定鏡頭(拿取模組時很容易就再次把鏡頭碰到失焦)。
  • 註:若您沒有附RCA輸入端的電視或螢幕,則把JPEG模組一如往常接到ArduinoSD卡擴充板,接著啟動相機,把拍攝的照片存在SD卡,每拍一張照片就做檢查,並慢慢調整鏡頭的對焦。這會多花一點時間,但不需要額外的裝置。

第三步:測試SD

  • 圖中所示的是Seeed SD卡擴充板第3版。依您所在地區的供貨情形而異,可能會有第4版的存貨。不論用的是哪一版,依照這裡的說明來把SD卡格式化並測試擴充板。
  • SD卡和Arduino並用最大的挑戰是找到夠小的尺寸和正確的規格。我用的是2Gb(日漸稀少)的SD卡,並以PC進行FAT(不是FAT32)檔案系統的格式化。我發現其他規格(8Gb16Gb等)會超過Arduino資料庫的負荷。若您發現檔案沒存進記憶卡,或顯示為0個位元組,則很可能是資料庫的聯繫不正確。持續重新格式化,直到它能建立正確的檔案。
  • 註: 我所用的擴充板(v3.0)上SS(晶片選擇)的接腳是第10接腳,如果是v4的話則是第4接腳。其他的擴充板可能又有不同。在下一步中把軟體上傳至Arduino的時候,記好您所用擴充板的「晶片選擇」接腳並據此編輯軟體。

第四步:麵包板線路

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  • 咖啡杯間諜照相機所用的Arduino腳本程式碼可以在GitHub取得。
  • 根據您的JPEG相機模組而有不同,您需要取得相應的資料庫。
  • 在測試程式碼時,我把所有東西放到麵包板上,用橡皮筋來固定元件。線路連接相當簡單:SD擴充板有所有連接SD卡需要的東西;相機模組需要+5VGND和序列I/O;加速計的輸出端接到Arduino的第23接腳。
  • 這時候,我在第67接腳裝上LED指示燈,接上220歐姆電阻。其中一顆在傾斜開關啟動時亮起,另一顆在拍照後會閃爍兩次。
  • 若您有多個大型的麵包板,可以把它們接起來,或只要依照簡圖來擺放元件。 這裡有示意圖(請注意,在Fritzing裡的RXTX線標示錯誤,但在實體圖表中是正確的;依照相機規格表的說明進行接線,以確保正確的序列連接)。 註:若您使用的是Adafruit序列JPEG相機,會需要分壓器和不同的 麵包板配置示意圖,以及專為這個元件設計的程式碼。

第五步:連接加速計

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  • 在所有元件經過測試並確認運作正常後,可以開始永久固定許多元件的連接,並把所有元件裝入咖啡杯中。
  • Memsic 2125是一款雙軸加速計,正符合我們的需要。可以在這裡查看規格表。它的運作方式其實相當有趣:它測量懸吊在導熱氣體中的一個中心元件的熱輪廓,當自然對流使其中一邊比其他邊高溫時,便判定這一邊比其他邊「高」。我沒料到是這個道理。🙂
  • 剪下幾段電線並剝線。我用四種不同顏色來區分功能。
  • 加速計的接線很簡單。在上面第三張圖中,我把黑線接到GND,綠線(Y軸)接到第3數位接腳,而白線(X軸)接到第2數位接腳。我用的是22線規的實心線,因為可以完美接上SD擴充板排針。
  • 因為相機模組會用到+5V,把加速計的電源線接到+3.3V,或者如果您很勇敢,可以像我這樣把紅線直接焊接到+5V擴充板接腳。😉

第六步:準備咖啡杯

  • 拿兩個紙咖啡杯,把其中一個的頂端剪掉,並在杯底剪出「半月形」的孔(參考第二張圖)。相機最後會對準這個孔。之後這個杯子會放進另一個杯子。
  • 在另一個沒修剪的杯子底部剪出相應的「半月形」,讓傾斜杯子進行拍照時兩個孔可以對齊,也可以在需要時旋轉杯子裡的裝置,把杯底隱藏起來,方便您隱身人群。

第七步:組裝反射鏡(非必要,供較大相機使用)

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  • 較小型的相機模組應該不需要進行此步驟,能讓鏡頭直接對準杯底的孔。
  • 若您用的是較大的相機模組,而且在杯子裡鏡頭無法直接對準杯底的孔,會需要用接在樞紐上的小鏡子來反射影像。
  • 這裡用的小鏡磚可以在多數的手工藝材料店(Joanne FabricsMichael’s等等)找到。鏡子反射後的影像會呈上下顛倒,之後可以用任何影像編輯軟體修正。
  • 圖中所示是接在磁鐵上的樞紐。我後來覺得這樣太講究,所以改用鋁膠帶把樞紐固定在杯子內側。鋁膠帶幾乎什麼都能黏!
  • 建議:若發現樞紐太鬆,可以用榔頭敲輕輕打桶管幾次,製造固定鏡子所需的摩擦力。

第八步:Arduino基礎改造

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  • 來點冒險精神吧!我們不用電池組或獨立的擴充板來搭載元件,直接焊接到Arduino Uno上面!
  • Uno底部的電源和接地接點附有一滴焊錫,可以輕鬆進行跳接。如上圖所示,把9V電池瞬動連接器焊接上去。
  • 我把兩顆LED燈線路跨過電源接地,LED的長腳接到Arduino輸出端,短腳接到電阻,而電阻再接到Arduino電源輸入的接地電極(請參考上面第二張圖的原尺寸來詳細了解這裡的接線)。
  • Uno和杯子的尺寸進行嘗試,接著製作一個「架子」來支撐。我是用紙板和鋁膠帶來製作。在這個部分您可以自由把支撐系統「過度設計」。

第九步: 組裝間諜杯

  • 老實說,把所有東西裝到杯子裡有點高難度。
  • 透過「包裝」杯的杯蓋可以看到LED指示燈,這樣可以幫助隱藏相機的真正目的。

結論

採用Arduino Nano的形狀因數應該可以再縮小這個裝置的尺寸。可以製作一個搭載microSD卡的擴充板,還可以調整加速計讓它完美連接。 

此外,用Arduino的類比輸入可以設定部分的影像擷取參數(如壓縮設定),例如用電位計來控制儲存到SD卡的檔案大小。 

您有其他為您自己的間諜任務縮小裝置尺寸或修改程式碼的點子嗎?在下面的留言和我們分享您的改造吧,很期待看到您的發明!


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STEVE HOBLEY
這一周我在忙的是…
我從五歲開始就在摸索科技產品,曾經把電話拆開來看它是怎麼運作的。
幾年之後,我甚至可以把它裝回去,而且有時候還能繼續使用。

(譯:屠建明)
[原文]


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