多功能手机三脚架 by PG Geek
项目概要
当拍照成为一种习惯，如何让拍照变得更加便捷便成了我们努力的目标。当今社会，科学技术飞速发展，手机更新换代的速度更是让其他电子产品望尘莫及，各大品牌争相媲美，不同性能方面各有所长，但不论他们想在哪方面更胜一筹，都会在拍照功能上大做文章，在像素，功能等方面不断提高。因此，相较于笨重昂贵的相机，手机的优势就不言而喻了。
可是，要想让手机更好地取代相机，除了不断优化手机内设，提高像素，增加滤镜，必要的外设不可忽略。我们团队正是发现了这一问题，找到了这一相对空白的市场，决定设计一款多功能手机三角支架，给手机新增一定时间间隔的长时间拍摄延迟摄影以及自动补光功能，力求完善手机拍照。
一定时间间隔的长时间拍摄延迟摄影以STM15最小系统板为控制中心,通过编写程序控制延时以及照片数量，完成长时间自动拍摄。相较于少数手机自带的功能单一，无法调节延时速度，不能添加其他效果，只能生成小视频样式的短视频，操作麻烦而且无法进行长时间的延时摄影，多功能三脚架的优势就不言而喻了，既增加了多种功能，操作起来也十分简单方便；自动补光功能则通过最小系统板驱动升压电路，再驱动低压强光LED，这样一来，就解决了手机阴天或者晚上拍照不清晰，效果差的问题。
此外，手机拍照的外设还可不断优化，我们的多功能三脚架还可在此基础上继续更新，外加其他模块，为使用者提供更好的平台。
一、背景与市场
延时摄影又叫缩时摄影，是以一种将时间压缩的拍摄技术。其拍摄的是一组照片或是视频，后期通过照片串联或是视频抽帧，把几分钟、几小时甚至是几天几年的过程压缩在一个较短的时间内以视频的方式播放。在一段延时摄影视频中，物体或者景物缓慢变化的过程被压缩到一个较短的时间内，呈现出平时用肉眼无法察觉的奇异精彩的景象。延时摄影通常应用在拍摄城市风光、自然风景、天文现象、城市生活、建筑制造、生物演变等题材上。其的意义是表现时间纬度的加速变换短短几秒内就可以表达几小时，几天的时间，对观看视频的人产生强大的视觉冲击力。但延时摄影往往是利用单反相机等价格高昂的设备再加上三脚架、带定时连拍功能的快门线等外设来完成的，不仅成本高而且操作繁琐，对于一般人群具有较高的门槛。
虽然现在少数高端手机已经内置了简单的延时摄影功能，但其功能单一，无法调节延时速度，不能添加其他效果，也只能生成小视频样式的短视频，操作麻烦而且无法进行长时间的延时摄影制作。除了手机自带的延时摄影功能，在手机的应用商店中也有极少数APP带有延时摄影的功能，相较手机自带的延时摄影增加了一些功能但仍存在只能生成小视频格式无法进行长时间延时摄影制作的缺点，同时部分功能还较为齐全的应用未做本地优化，界面英文设置项繁多，更是增加了国内使用者的上手难度。
延时摄影的实质是间隔相同的时间重复按下快门拍摄，在使用单反拍摄延时摄影中一般使用带定时连拍的快门线来实现自动化控制快门拍摄，而对于手机平台并没有这样的设备来实现。现在人们常常使用的线控自拍杆，利用了手机快门键映射到音量键的功能来实现远距离控制手机拍照来达到自拍效果。但自拍杆功能单一，仅能实现单次按键单次拍摄的功能，且自拍杆易晃动，仅能用于自拍功能。
拍大头照、拍衣帽鞋包、拍旅行风景、拍美食佳肴……这就是现下正在中国年轻群体中流行的“Selfie”，即自拍。在移动终端普及、社交网络飞速发展的今天，许多中国年轻人坦言，自拍给他们带来的不仅是分享，更是一种存在感。自拍通常指民众利用智能手机或网络摄影机拍下自己的样貌，并上传到社交媒体网站上的照片。而当人们在晚上使用手机自拍的时候往往会遇到环境光线不足而导致无法自拍或拍出来效果不好等问题，很大程度上减少了人们在晚上进行自拍的兴趣。
我们团队针对现有手机延时摄影操作复杂，实现难度大，夜晚自拍效果差等缺陷，设计出一款多功能手机三脚架，拥有智能控制手机拍照功能，可以实现自动化一定间隔的长时间拍摄延时摄影。内置传感器用于检测环境光线并能智能开启LED灯进行补光操作，以达到在夜晚也能够拥有较好自拍效果。
当前市场上仅有针对单反相机的带有定时连拍功能的快门线，而对于手机并没有这样的设备。手机可以使用的自拍杆及三脚架又往往功能单一，仅能够进行手动按键的单次拍摄和简单支撑作用，无法实现延时摄影等功能。对于夜晚自拍光线差的问题，市场上虽然已经具有利用耳机插孔供电的便携式闪光灯，但使用前需要一定时间的充电，不适用于即时想要在夜晚进行自拍的人群。我们团队设计的产品主要针对想要低成本进行便捷延时摄影和在夜晚有即兴自拍需求的人群具有一定吸引力，且目前相关市场空白，存在一定的市场。
二、项目介绍
我们团队设计的多功能手机三脚架集成了三脚架支撑，智能控制的延时摄影拍摄以及夜晚自拍智能补光等功能。
用户将多功能手机三脚架打开立于平缓的地面上，将手机置入位于三脚架上方的手机架中，将拍摄控制线插入手机的耳机插孔即可完成三脚架的摆放。操作非常简单。
当用户想要使用延时摄影功能时，在控制面板上通过模式键选择Photo Mode以及功能键简单调整延时摄影的拍摄张数和拍摄间隔后，按下开始键即可开始自动控制的延时摄影功能；用户也可长按功能键快速增加拍摄张数，当张数达到五百时即进入无限拍摄模式，系统将按照用户设定的间隔开始连续拍摄，直至用户关闭系统电源。多功能手机三脚架的延时摄影功能利用的是控制手机拍照的功能，所以所有图片保存在用户手机中，无需外接SD卡等存储设备，方便用户导出。导出后用户可使用图像处理软件合成出一张长曝光效果图片或生成一段缩时效果的视频。
当用户想要使用夜晚自拍补光功能时，在控制面板上通过模式按钮选择模式，当模式选择为Auto Light时，系统会自动根据当前环境光线因素判断出合适的补光强度并控制强LED模块进行补光操作；当模式选择为Light Mode时，用户可通过功能按键手动控制补光。
当无需使用三脚架支撑时用户可将三脚架收起节省空间，控制面板使用卡槽设计，方便用户不用时取下。
三、项目技术实现
本次我们团队做的项目是基于STM15的多功能手机摄影三脚架。
它是以STM15最小系统板为控制中心，在PC机上配置硬件、编写代码后下载到STM15上自动运行并控制相关元件工作。系统开始工作后通过读入用户的按键输入来进行模式切换、启动控制等。在拍摄模式下，STM15通过自行制作的OMTP标准耳机插孔转TTL模块，通过转串口模块实现STM15与手机进行指令传输，之后转串口模块会将控制指令传入手机，实现控制手机延时摄影功能，从而达到延时摄影、拍摄星轨等的特殊的拍摄目的；在手动补光模式下，STM15通过读取用户按键来控制补光开启关闭；在自动补光模式下，环境光感模块可自动检测环境光线变量并由STM15判断并控制补光开启关闭。
执行框图：
OLED显示屏的显示需要通过操作寄存器设定，编写显示函数，修改显示位置及显示内容即可在显示屏上显示实时状态信息。但在实际编程过程中我们发现显示函数只能显示固定字符串和无法显示一个变量，我们又编写了数字变量转数组字符串函数，来实现拍摄张数及间隔的实时显示。
延时拍照模式我们编写好延时函数，在用户设定好拍摄张数和拍摄间隔后，在每隔用户设定的延时时间后将与OMTP标准耳机插孔Mic及GND对应STM15端口同时置0接地达到导通效果控制拍摄。
按键判断我们不仅编
程实现了单次按键判断还编写了长按功能，在用户设定拍摄张数和拍摄间隔时可使用长按功能，在按键按下一秒延时后将以每秒30张/秒左右速度递增让用户快速设定到需要的值。在其他模式下我们利用while语句实现单次按键单次功能判断。
在手动补光模式下读取按键输入，单次按键按下控制LED端口的输出；在自动补光模式下读取环境光传感器，控制LED端口的输出。
系统控制状态及用户操作均需要显示屏进行显示，我们团队使用了现有的0.96寸OLED模块用作显示输出，将OLED
的SCL/SDA两根I2C总线的信号线与STM15对应端口相连，通过操控端口输出电平来传输信息控制OLED显示屏显示。
模式的切换，拍摄张数和拍摄间隔的设定需要由用户进行外部输入，我们使用了三个欧姆龙按键作为用户输入进行功能设定。欧姆龙按键特性为按键按下输出低电平，按键空置时输出高电平。所以将按键输出端口连接到STM15对应端口，通过检测端口高低电平来判断按键按下与弹起。
使用STM15控制手机拍照需要通过耳机插线及端口转接模块，我们购买了耳机元件并将其拆卸开，自制了OMTP标准耳机插孔与STM15端口的转接模块。线控手机拍照原理为手机检测Mic端口对地电阻来判断
是否有按键按下及按下的按键选择，我们通过STM15端口模拟了按键的接通与断开，但在实际操作中我们发现STM15端口浮空状态时一定输出为3.3V高电平，而耳机内部实际可承载电压电流极小。网上解决方案有利用线控芯片来控制开关，而我们想到了使用二极管正向导通、反向截止特性来在断开时截止住电压保护电路。但在实验过程中，我们发现发光二极管正向导通时电阻太大，无法达到手机检测对地电阻的范围值而导致控制手机功能失效；我们又找到了肖特基二极管进行测试，但发现端口始终存在一定电压，经过查询相关资料后我们了解到肖特基二极管反向漏电流较大，无法完全截止电压。再经过资料查询后我们最终选择了4148二极管，4148不仅反向截止电压干净，而且正向导通电阻满足我们电路的需求。
自动补光模式所需的环境光传感器，在光线充足的环境下输出低电平，在光线缺乏时输出高电平，将输出端口连接到STM15对应端口，由STM15检测端口电平即可感知环境光线强弱。
补光所采用的强光LED我们使用了USB端口供电的通用LED小台灯。因为实验室现有LED灯亮度不够，电商平台上所售卖的强光LED灯珠功率较大需要使用额外的散热装置并不适用于我们小体积的控制模块。通过自制STM15端口到USB母口转换装置实现STM15控制LED灯的开关。
四、团队及成员介绍
队名：PG Geek
团队简述：
目前我们PG Geek团队共有三名成员，都来自电子信息学院，是杭电极客的成员，三人对于软件硬件均有涉及的同时又各有所长。经过不断地磨合，我们可以默契的配合完成各项任务。
我们的团队是一个认真严谨，追求创新，敢于实践的团队。我们的理念是不断探索，追求卓越。我们善于发现生活中的不便利因素，通过自身掌握的技术，不同思维的碰撞融合，从无到有，一点点攻克难题，做出实用有趣的产品，让生活更加便利。
成员介绍：
梁天淳：电子信息专业，对电子设计有浓厚的兴趣和天赋，软硬件均有涉及，有快速掌握各种新知识的能力，简单自学stm32后五便可独立设计贪吃蛇，水果忍者等小游戏。编写代码时更是认真仔细，在代码细节上从不出错，对于各种语句的套用也是得心应手。此次项目设计中主要负责软件部分。同时拥有出色的领导能力，合理安排组内分工，有条不紊的控制项目进度，是我们团队的核心人物。
张怀予：电子信息专业，大一入学开始就潜心钻研各种芯片，软件，兼备写代码，制作设计电路板等能力。掌握各个元器件的功能，参数，可以熟练的运用不同的元器件，设计出不同的电路，来实现相同的功能。对于硬件电路的设计也有自己的想法，设计出来的电路板美观合理，布线恰到好处，同时拥有熟练的焊接技术，制作的电路板性能稳定。此次项目设计中专注硬件。
王心：电子信息专业，软硬件兼备，主攻硬件，对于电路设计兴趣浓厚，力求每一块电路板都兼备设计美观，性能稳定。严谨认真，敢于想象创造，是团队的灵感来源。
五、项目展望
在这个全民摄影的时代，相比于沉重的相机，手机无疑是记录生活的最佳选择。不论是外出游玩，还是想要拍出一组绚丽神秘的星轨，身边用手机拍照的远比用相机的多得多，因此，完善手机拍照功能，拥有广阔的市场前景。
毋庸置疑，我们设计的多功能手机三脚架，为手机拍照增添了许多实用功能，在未来还有更为广阔的拓展空间。对此，我们团队对于多功能三脚架的发展趋势也有一个初步的设想：
多功能三脚架一代：通过stm15的控制，完成一定时间间隔的长时间拍摄延迟摄影，通过后期处理，做出惊艳炫酷的作品。外加感光模块，智能补光，即使在光线昏暗的地方，也能拍出满意的照片。
多功能三脚架二代：一代只是定点拍摄，可能不能满足一些摄影爱好者对于移动连拍的要求，因此，在二代中，我们计划配置可折叠的滑轨，同时，手机重量远远轻于相机，非超载情况下，步进电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号，所以可以通过步进电机稳定的控制手机的移动，动动手指，就能拍出你喜欢的方位。
你的天方夜谭，也许就是明天的耀眼明星。
新的学期，敬请期待HDU Geek。
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