[ Timelapse ]    Intervallomètre simple à NE555 + déclencheur électro-mécanique pour APN

20/02/2011

timelapse soleil Une méthode de prise de vues particulière permet d'accélérer artificiellement ce qu'il se passe à l'image : c'est le time-lapse.

Cela consiste à prendre une série de clichés du même point de vue, mais espacés dans le temps. Le montage ensuite de ces images à la queue leu-leu permet d'en faire une séquence animée accélérée de la scène.

Le problème est qu'il faut un appareil doté de cette fonction, ce qui est très rarement le cas. Aussi existe-t-il des boîtiers de commande externe, des "intervallomètres", mais malheureusement pour quelques marques et modèles seulement. Mais ce n'est pas ce qui va nous arrêter !

Voici un montage vraiment très simple qui permet de générer une impulsion de commande pour activer le déclencheur de votre appareil photo favori. Qui plus est avec des composants "fond de tiroir" !

Principe

schema intervallometre DIY Le schéma tourne autour d'un "on-ne-peut-plus-classique-et-incontournable" NE555, un "timer".
Nous allons l'utiliser ici en multivibrateur astable, avec une petite variante qui permet d'obtenir un rapport cyclique "méchamment" asymétrique ! En effet, ce qui nous intéresse est d'avoir une courte impulsion correspondant à l'appui sur le déclencheur de l'appareil photo, suivie d'une longue période d'attente.
Le timer va donc sans cesse charger puis décharger un condensateur par l'intermédiaire de sa broche de "décharge" (7). L'astuce ici est d'utiliser deux diodes qui vont définir deux "chemins" différents pour la charge et la décharge du condensateur (donc deux constantes de temps différentes).
La durée d'impulsion (=l'appui sur le déclencheur) sera déterminée par la résistance de 1,5kΩ et l'ajustable de 4,7kΩ (correspondant à la charge du condo).
La durée d'attente sera définie par la résistance de 220kΩ et le potentiomètre de 220kΩ (correspondant à la décharge du condensateur).

La sortie du NE555 pilote une diode de visualisation et surtout un étage de commande. Cet étage de sortie sera à choisir en fonction de votre appareil photo et de sa méthode de déclenchement à distance (voir paragraphes suivant).
Les diverses diodes (1N4007 ou autre) ne sont là que pour protéger le montage de toute intrusion de tension non souhaitée (retour de tension d'une bobine, erreur de branchement, etc...)

Le NE555 possède une large plage d'alimentation : 4,5V à 16V max. Le circuit peut donc s'alimenter directement par pile 9V, ou par bloc secteur (9V, 12V). Tout dépendra surtout de la solution pour laquelle vous opterez pour le déclencheur, et donc fonction de son alimentation à lui.
Une remarque : les durées d'attente varient légèrement avec la tension d'alimentation. Par exemple (pour un même réglage) :

Le montage seul (sans LED témoin) consomme pendant le temps d'attente 11mA sous 12V (encore 7mA sous 7V). Le pic de courant du déclenchement dépendra de ce vous déclencherez en sortie : de quelques milliampères pour un transistor seul à des dizaines/centaines de milliampères pour un relais ou un électro-aimant. Auxquels on rajoute éventuellement une diode de mise sous tension. Ne vous attendez donc pas à une durée de vie exceptionnelle des piles 9V !

Note : il existe une version moins gourmande du NE555 : le TLC555. Par contre cette version a une sortie beaucoup moins puissante (20mA en source).

Dimensionnements / Réglages

Selon les durées recherchées, il faudra dimensionner certains composants. La résistance de 220kΩ et le potentiomètre de 220kΩ déterminent le temps d'attente. L'augmentation du potentiomètre de 220kΩ permet de dilater l'échelle de temps (470kΩ ou 1MΩ) pour avoir une plage plus large de réglages.
Mais le seul vrai élément qui permet de changer les échelles de temps drastiquement est le condensateur. Voici quelques valeurs expérimentales mesurées avec différentes valeurs de condensateurs (tension d'alimentation 12V, résistances avec valeurs du schéma) ceci pour les deux positions extrêmes du potentiomètre de 220K (durée d'attente) et de l'ajustable de 4,7kΩ (durée de maintient du déclencheur).

Condensateur Attente Mini Attente Maxi Déclenchement
Mini
Déclenchement
Maxi
47µF 8s 16s 55ms 250ms
100µF 19s 38s 140ms 600ms
220µF 37s 1m06s 260ms 1,2s
470µF 1m07s 2m04s 500ms 2,2s

D'autres valeurs pour la résistance de 220kΩ et le potentiomètre de 220kΩ donneront d'autres plages de réglage. Par exemple, une résistance de 47kΩ et un potentiomètre de 470kΩ avec un condensateur de 220µF donneront des temps d'attente réglables entre 7,5s et 1m25s.

On peut aussi adjoindre au montage un switch pour basculer entre deux condensateurs de capacités différentes.

Pour des durées supérieures, il est possible d'augmenter encore la valeur du condensateur ainsi que la valeur de la résistance de 220kΩ, mais je le déconseille.
Pour des durées beaucoup plus longues, un autre type de montage serait plus judicieux (et surtout plus facile à régler / paramétrer), comme par exemple une cascade de compteurs décimaux, ou plus efficacement un micro-contrôleur (PIC, AVR, Arduino...)

Interface avec le déclencheur

Selon votre appareil, l'obturateur peut se piloter soit par :

Dans tous les cas, une petite recherche sur votre moteur préféré vous en dira davantage.

declencheur sur Lumix FZ Panasonic DIY
Si votre APN ne possède aucune de ces possibilités de commande externe, alors il vous reste à bidouiller un mécanisme pour activer le déclencheur !
Quelques solutions sont données plus bas dans cet article -> Déclencheur électro-mécanique

Voici les explications pour les différentes "options" de sortie du montage pour attaquer différents déclencheurs (ou du moins se substituer à la place du bouton poussoir du déclencheur ou de la télécommande) :

sortie relais
La première méthode de pilotage est la plus universelle et "passe partout". Elle utilise un relais, qui permet d'isoler électriquement l'APN du reste du montage, et ne nécessite pas de polarité à respecter. Choisissez la tension du relais en fonction de l'alimentation du montage (12V pour alimentation 12V) mais n'hésitez pas à sous dimensionner le relais si vous utilisez une pile 9V (relais 6V). Ceci afin de compenser les chutes de tension dans la diode de protection du montage et le transistor, et surtout permettre qu'il fonctionne même si la pile faiblit. Le transistor pourra être un modèle NPN quelconque en boîtier TO92 (BC237, BC238, BC337, BC547...) Pour la majorité des cas, les contacts "Com" (commun) et "NO" (normalement ouvert) seront utilisés.

sortie relais

Dans le cas d'un pilotage par électro-aimant ou par moteur, il faudra passer au modèle supérieur de transistor (en boîtier TO126 : BD135, BD137, ...)

sortie relais
Si votre relais consomme bien moins que 200mA, il est possible de le connecter directement entre la sortie (3) du NE555 et la masse (tout en gardant la diode de roue libre). En effet, le NE555 est capable de fournir (comme de drainer) 200mA max.

sortie a transistor
La deuxième méthode sert à remplacer directement le contact du bouton poussoir du déclencheur (ou de la prise de la télécommande). Si elle a le mérite d'être simple, elle pose le problème du respect de la polarité pour fonctionner. De plus, la masse du montage devient commune avec un des circuits internes de l'APN. Ceci peut poser de gros problèmes si vous n'utilisez qu'une seule source d'alimentation pour ce montage et l'appareil photo (ou pour un système de flashs ou que sais-je encore). Bref, à n'envisager que si vous utilisez des piles pour alimenter ce montage. N'importe quel transistor NPN convient (BC237, BC238, BC337, BC547...)

sortie a opto-coupleur
La troisième méthode est un mix de la première et deuxième solution : plus compacte qu'un relais, on s'affranchit en plus du problème de masse mise en commun avec l'APN. Mais par contre, la polarité est à respecter. A peu près n'importe quel opto-coupleur devrait convenir (4N25... TIL111, TIL127, CNY, H11A...) Ne pas oublier que le transistor intégré à l'opto-coupleur est limité en tension et en courant.

Astuce de mise au point

sonde audio Plutôt que de passer du temps à surveiller chaque déclenchement pendant la mise au point, chrono en main, un ordinateur peut se coller avantageusement à cette tâche ingrate. L'idée est d'utiliser un éditeur audio (comme par exemple Audacity ) et d'enregistrer l'activité de notre déclencheur via l'entrée ligne de la carte son. La forme d'onde sera ensuite analysée sur la "time line" du logiciel.

Quelques composants suffisent (principalement pour protéger l'entrée de l'ordinateur). Ce qui nous intéresse est d'observer le changement d'état de la sortie (3) du NE555.

capture ecran capture ecran La forme d'onde est particulière en raison des condensateurs de découplage. Le premier pic correspond au front montant de l'impulsion, c'est à dire le moment où le déclencheur est activé. Le deuxième pic correspond au front descendant de l'impulsion, quand le déclencheur est relâché (ou bien l'inverse selon la carte son !)
Dans l'éditeur audio, il est très simple de mesurer en minutes/secondes/millisecondes la durée d'impulsion et le temps d'attente très précisément, en faisant une "sélection".




[ Déclencheur électro-mécanique ]

déclencheur sur Lumix FZ Panasonic Le problème des appareils photo numériques, et plus particulièrement des compacts et des bridges, est qu'ils ne possèdent en général pas de commande externe du déclencheur.

Une solution alors est d'ouvrir l'appareil pour lui adjoindre une prise de commande, qui ne sera que la copie des contacts du bouton du déclencheur. Ceci est bien en théorie, mais plus compliqué en pratique (surtout quand il faut désosser un appareil flambant neuf !) Sans parler du problème d'intégration de la prise de commande, à la vue du peu de place disponible en interne.

Alors, quelle solution pour appuyer à distance sur ce maudit bouton ? Bah... Une bidouille !

La solution viable la moins destructrice est de tout simplement substituer notre doigt par un dispositif mécanique et électrique.


Au passage, il y aurait encore prétexte à râler sur les méthodes des constructeurs qui réservent ce genre de "gadget" pourtant basique aux appareils de prix bien supérieurs. Voire même : d'un modèle à l'autre tout existe en interne mais seule la connectique n'est pas implantée ; ou pire : la fonction n'est pas activée logiciellement... Ou bien ce sera pour le prochain modèle, qui sera "plus mieux", mais à qui il manquera encore une fonction, qui ne sera disponible qu'au modèle suivant... et ainsi de suite ! Bref. Mais je vais tenter de me retenir de déverser mes remarques sur cette page.

Déclencheur à électro-aimant

déclencheur Voici une solution, à titre d'exemple, qui utilise un bon vieil électro-aimant à noyau plongeur. Si la solution n'est pas vraiment "élégante", elle a le mérite d'être extrêmement simple à piloter : une bête impulsion électrique suffit à déclencher la prise de vue.

La réussite de cette bidouille tient à l'utilisation d'un électro-aimant suffisamment puissant pour appuyer sur le déclencheur.
Mon choix s'est porté sur un électro-aimant de récupération, dont je ne me souviens plus exactement la provenance (photocopieur ? très vieux lecteur informatique ?) Je l'ai choisi pour plusieurs raisons :

déclencheur Avec des contreparties malheureusement :

borne animation La fabrication d'un système de bras de levier permet d'augmenter un peu la force d'appui de l'électro-aimant, tout en réduisant son amplitude de mouvement. Ici, un bout de tige alu carrée sert de levier, et deux bornes électriques de pivots. Ces 2 bornes en laiton proviennent d'un vieux programmateur de machine à laver. Un patin en caoutchouc vient imiter la pulpe d'un doigt, et évite de défoncer trop rapidement le pauvre bouton.

Vous pouvez vous affranchir de ce levier si votre électro-aimant a suffisamment de force pour activer le bouton à fond à coup sûr.

réglage déclencheur L'électro-aimant est vissé sur des entretoises pour l'écarter suffisamment de son support, et venir appuyer au bout du bras de levier.
Le montage mécanique proprement dit est fait avec des chutes d'aluminium (plaques, dissipateurs et profilés alu). Un L est découpé pour épouser la semelle de l'appareil photo. Sur ce L vient un bout de latte alu qui soutient l'électro-aimant. Les deux éléments sont maintenus par deux vis et deux molettes qui serviront de réglage fin de la hauteur du "palpeur", ceci par l'intermédiaire d'une série de trous oblongs.

Butée J'ai ajouté un petit L en alu au dos de l'électro-aimant, avec un peu de mousse autocollante comme butée de fin de course. Ceci élimine le claquement à chaque relâchement, et permet en outre de rendre le noyau plongeur plus efficace dés le début de l'application du courant dans la bobine en raccourcissant sa course.

semelle La semelle est équipée de patins en mousse et en liège pour solidariser et protéger l'appareil. Un trou est effectué à l'emplacement exact du pas de vis pour trépied. Un prolongateur de pas de vis qui équipait anciennement l'étui d'un appareil photo argentique permet de laisser solidaires l'appareil et le déclencheur quand on démonte le tout du pied.

Ne pas oublier de câbler une diode de "roue libre" au plus proche de la bobine pour éviter le pic de tension induit, destructeur de transistors et autres éléments de commande. Cette diode (n'importe quelle diode... 1N4001 à 1N4007, etc..) se monte en parallèle de la bobine. Attention de bien respecter la polarité en câblant à un système de pilotage !

En cas de besoin de la fonction "mise au point automatique", le premier appui (ou appui léger) sur le bouton du déclencheur peut être obtenu en sous voltant la bobine.

Dernière remarque : ce type de déclencheur mécanique peut poser problème pour les prises de vues au zoom, du fait des vibrations générées par la partie mobile.

Déclencheur à moto-réducteur

moteur Une autre possibilité, que je n'ai pas encore développée, est l'utilisation d'un petit bloc moto-réducteur.
Le système reste à imaginer, mais on peut penser à un levier que la came viendra pousser sur le déclencheur.
Ce petit bloc provient d'un (très ?) vieil ordinateur de bureau à la célèbre pomme croquée. A l'époque, le mécanisme d'éjection des antiques disquettes 3"1/2 n'était pas un vulgaire bouton mécanique comme sur les non moins vulgaires PC (humour inside !) Non, il fallait plus classieusement et virtuellement "jeter" l'icône de la disquette dans la "poubelle" pour entendre le petit moteur s'activer dans la machine pour régurgiter la précieuse petite galette souple.

schema avec moteur Ce bloc a surtout l'intérêt d'intégrer un micro-switch qui s'ouvre dans une position bien précise. Ainsi, notre intervallomètre va générer son impulsion qui va shunter le micro-switch. Le moteur commence à tourner et quitte sa position d'arrêt, ce qui a pour effet de fermer le micro-switch. Une fois l'impulsion de l'intervallomètre disparue, le micro-switch continuera à alimenter le moteur jusqu'à sa position d'arrêt.

Ou on peut imaginer se servir du micro-switch pour indexer la position de la came de notre futur déclencheur à distance, et ainsi savoir quand on est en position de butée, ou plus utilement, en position "premier appui" sur le déclencheur pour effectuer la mise au point automatique. Le souci de cette solution est qu'elle nécessite un peu d'électronique pour gérer l'appui, puis le relâchement (ie. gérer un ou deux sens de rotation du moteur, et savoir quand s'arrêter).

Déclencheur à servo-moteur

D'autres réalisations sont envisageables, notamment celles employant des servo-moteurs de modélisme (voir les liens en bas de page)

Cette solution mécaniquement très simple nécessite cependant de l'électronique pour fonctionner, du fait de la méthode particulière de pilotage des servo-moteurs. A moins d'utiliser des modules de radio-modélisme tous faits, la solution passe obligatoirement pas un microcontrôleur.

Autres types de pilotage externe / télécommande

A partir du moment où l'appareil photo est maintenant pilotable avec son système de commande, tout est imaginable ! Sauf peut-être les prises de vues nécessitant un temps de réaction rapide, vue l'inertie de la majorité des APN, et leurs automatismes lents (même en manuel, c'est parfois laborieux !)

Il existe un nombre impressionnant de réalisations de triggers externes de différentes natures sur le net. Il y en a pour tous les goûts si vous n'avez pas l'inspiration pour créer vous même votre commande (voir quelques exemples en liens en bas de page). Par contre, il faudra adapter le montage en fonction de l'actuateur que vous aurez choisi (contact direct, électro-aimant, etc...)
Faites attention aussi à la mise en veille automatique de l'APN : si elle ne se désactive pas dans les menus ou par une alimentation secteur externe, elle nécessitera d'implémenter une astuce de "réveil" avant de prendre le cliché. Par exemple un appui médian préalable (mise au point). Pensez aussi à l'alimentation de l'APN pour les périodes de longues attentes : secteur ou grosse batterie externe.

Shutter mécanique externe

L'idée est de faire sur un même cliché plusieurs expositions à la suite. Une version revisitée de la chronophotographie de Eadweard Muybridge ou du fusil photographique de Étienne-Jules Marey.

Un simple disque troué et un moto-réducteur fait la blague. Un régulateur de tension variable permet de choisir les intervalles d'exposition / vitesse de rotation. La taille du trou détermine aussi la durée d'exposition.
L'APN doit être réglé sur un temps de pose très long, ou s'il le permet, en position "B" (volet ouvert en permanence)
Bon, le procédé est un peu archaïque et difficile à régler. On pourrait aussi envisager un système de shutter comme celui des projecteurs asservis : un moteur pas-à-pas ou à courant continu et une lame occultante.
Sinon, on peut penser aussi à la solution du stroboscope...

Création d'une séquence animée en GIF ou en vidéo

Pour réaliser votre séquence animée à partir de toutes les photos, il vous faudra utiliser ou bien un logiciel de retouche photo pour obtenir un GIF animé, ou bien un logiciel de montage vidéo pour obtenir une séquence vidéo. De nombreux tutoriels détaillent les méthodes un peu partout sur le net.

Pour la réalisation de GIF animés, le logiciel GIMP par exemple permet d'en créer relativement simplement. Le principe est d'utiliser un calque par image. Au moment d'enregistrer l'image au format GIF, le logiciel demande le temps entre les images. En sortie, nous obtenons un fichier avec la succession des calques.
   Attention : le format GIF est très limité : palette de 256 couleurs maximum sur des nuances de 8 bits par composante RVB.

Pour créer une séquence vidéo, le logiciel Avidemux permet de le faire simplement. Regroupez les images successives dans un même dossier (avec incrément des numéros, et à la taille souhaitée pour la vidéo), et ouvrez la première image. Le logiciel charge automatiquement toutes les photos et crée une prévisualisation. Il ne reste plus qu'à choisir un format d'encodage vidéo.

Liens

D'autres réalisations d'intervallomètre (time-lapse) :

Intervallomètre à base d'AVR (Arduino)

Version mécanique et "bois" à moto-réducteur


D'autres réalisations de déclencheurs :

Exemple à servo-moteur (photo aérienne par cerf-volant)

Autre exemple à servo-moteur (photo aérienne par cerf-volant)

Solution à servo-moteur (photo aérienne par cerf-volant)

Quelques idées de déclencheurs à servo-moteur (forum sur la photo aérienne par cerf-volant)


Infos sur le NE555 :

NE555 [Wikipédia] (fr)

Recherche de calculateurs de composants pour circuits à NE555 (recherche Google)

Petit topo sur le NE555


Logiciels utiles pour l'animation :

GIMP : logiciel de retouche photo [libre]. Permet de créer des GIF animés.

Tutoriel pour GIMP : création d'un GIF animé

Montage vidéo : liste de logiciels gratuits ou libres [sur Wikipédia]

Avidemux : édition de vidéos [libre] (Avidemux.org)


Infos, astuces / blogs de photographes bidouilleurs

DIYPhotography.net

Strobist


Autres montages [ PafGadget ] autour des APN :

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