 |
| Главная »Проекты » |
|
Что бы я не делал, все равно получаются часы. Пришла мне как-то в голову идея сделать вот такие часы, чтобы цифры парили в воздухе:
Пришла и... ушла. Потому что проблем с ними много. Как передать питание на вращающуюся часть? Как устанавливать время? Но в конце 2006 года попалось описание часов "Мираж" и порывшись в Интернет я обнаружил изобретателя подобных часов Bob Blick и некоторых его последователей. Эта информация всколыхнула интерес и работа закипела. Решено было сделать макетный образец, на котором отработать схемотехнику, механику и ПО. Вариант первый — автономное питание.Исходя из нежелания дорабатывать двигатель для обеспечения питания подвижной части, на начальном этапе источник питания (типа "Крона") был помещен на нее саму.
Основу конструктива составил цветочный горшок диаметром 120 мм, купленный по случаю на рынке. Поддон горшка снят, в днище закреплен мотор ДПР-42-Ф1-03, демонтированный со старого отечественного принтера формата А3. Как раз провод питания мотора выходящий из горшка виден на фото. Фильтр по питанию закреплен на боковине горшка, там же закреплена планка (из заглушки неиспользуемых слотов расширения компьютера), на которой установлен постоянный магнит. Несущей конструкцией вращающейся части служит плата управления, на которой размещена схема управления часами, плата индикации (линейка светодиодов), балансировочные грузы и, временно, источник питания. В качестве датчика синхронизации применен датчик Холла, установленный снизу платы управления, напротив магнита с зазором (4..5) мм. Примененный датчик Холла SAS251S3 (Siemens), демонтирован со старой клавиатуры и имеет 2 логических выхода из которых используется один. Датчик чувствителен к полярности магнитного поля, поэтому нужный полюс магнита был отмаркирован. Мотор ДПР-42-Ф1-03 расчитан на питание 27 В при котором скорость вращения составляет 4500 об/мин. Как показали дальнейшие эксперименты при напряжении питания 5 В скорость вращения конструкции составила примерно 600 об/мин. и поднималась до 1000 об/мин. при увеличении напряжения питания до 8 В. Вообще же скорость 600 об/мин следует считать минимально необходимой для подобных изделий. При этой скорости обеспечивается развертка с частотой 10 кадров/сек. Это позволяет надежно считывать информацию, но мерцание "картинки" сильно раздражает глаза. Избавиться от мерцания позволяет увеличение частоты кадров до (20..25) кадров/сек., но это уже соответствует скорости вращения (1200..1500) об/сек. Следует иметь ввиду, что шум, создаваемый сбалансированной конструкцией при скорости 600 об/мин практически не слышен, при 1000 об/мин слышен в тихой комнате. Шум имеет "мягкий" спектр, как от бытового вентилятора. А благодаря потоку воздуха, создаваемому, в основном, платой индикации, часы на самом деле могут служить неплохим вентилятором. Выше было упомянуто о балансировке вращающейся части — это непременное условие работы часов, обеспечивающее не только их долговечность, но и сильно влияющее на создаваемый шум. Для балансировки на концах платы управления предусмотрены отверстия под винты М3. Варьируя количество, длину винтов и количество наворачиваемых гаек необходимо добиться равновесия левой и правой частей платы. Плата индикации в центральной части закреплена на плату управления скобами из проволоки ММ0,8, которые опаяны в соответствующих контактных площадках. Установлены 3-х миллиметровые суперяркие светодиоды с шагом 5 мм. Световой диаметр конструкции 160 мм, что дает длину окружности 160*Pi = 502 мм. Таким образом, можно расположить 100 световых колонок или 100/5 = 20 символов 5х8. Для улучшения читаемости символы слегка "поджаты" и количество колонок на длину окружности принято равным 120. Есть и схема:
Схема и печатная плата были разработаны в расчете на дальнейшую модернизацию. Поэтому элементы T1, VD3, C10, L1, VD2, D3, R1, C1 не устанавливаются. Питание от элемента типа "Крона" подается в точки подключения диода VD2.
Этот вариант был успешно опробован. Вот первая программа "HELLO".
А это — спидометр. Он измеряет скорость вращения конструкции и выводит на 5-ти разрядный виртуальный индикатор.
Средний ток потребления составляет порядка 30 мА, импульсный — 150 мА. Ясно, что при таких токах источника типа "Крона" хватит не надолго. Поэтому на следующем этапе необходимо решить проблему питания. Вариант второй — электричество по воздуху.Для передачи электропитания на вращающуюся часть схемы можно использовать разные методы. Наиболее распространенным является способ с использованием щеток. Его недостатки известны — прерывистый контакт, искрение. И хотя с ними можно бороться или смириться, все же этот вариант был отброшен по другой причине. Дело в том, что выступающая часть вала мотора ДПР-42-Ф1-03 составляет 9 мм. При изготовлении зазор между платой управления и основанием (днищем горшка) составил 10 мм. и увеличение этого зазора (увеличением длины фланца) нежелательно, поскольку возрастает нагрузка на вал мотора и его верхний подшипник. Поэтому было решено передавать энергию через вращающийся трансформатор с воздушным зазором. К сожалению, от использования чашек броневых сердечников пришлось отказаться, т.к. даже чашка Б26 имеет суммарную высоту 16,3 мм. Поэтому применен воздушный трансформатор, конструкция которого представлена ниже.
Зазор между первичной (Т1.1) и вторичной (Т1.2) обмотками составляет (1..1,5) мм. Эскизы каркасов см. здесь. Материал фторопласт, текстолит, полистирол. Для Т1.1 был использован готовый каркас от импортной лески ("iguana", диам. 0,18 мм) с удаленными внутренними переборками и боковиной. Параметры обмоток: Т1.1 — 30 витков провода диаметром 0,5 мм; Т1.2 — 110 витков провода диаметром 0,3 мм. Схема платы преобразователя для питания трансформатора.
Печатная плата и расположение элементов.
Частота задающего генератора (порядка 60 кГц) устанавливается R2, длительность импульсов — R3. Подстройкой частоты, длительности импульсов и подбором C4 необходимо добиться показанной ниже формы импульсов в точке XN3.
Для настройки следует собрать отдельно часть схемы платы управления Т1.2, VD3, C10, L1, C9, C8, VD2 и нагрузить эквивалентом нагрузки порядка 40 мА (параллельно VD2). Для этого использовались несколько параллельных цепей из последовательно соединенных светодиодов и токоограничивающих резисторов. При токе 40 мА напряжение на нагрузке составляет (10..11,5) В. На время настройки транзистор VT1 желательно установить на радиатор, после ее окончания радиатор можно снять, т.к. в настроенной схеме транзистор не нагревается вообще. На этом настройка преобразователя завершена, необходимо смонтировать оставшуюся часть схемы платы управления и собрать механику в соответствии с рисунком выше. Каркасы обмоток трансформатора Т1 и зазорные прокладки приклеиваются этилцианакрилатом, при этом важно обеспечить свободное вращение подвижной части и равномерный зазор между обмотками. В моем варианте все это выглядит так:
Ну и наконец часы. Здесь исходный код на Си, тут — прошивка в формате Intel HEX. Индикация в 24-х часовом формате с отображением значений часов и минут и мигающими между ними разделительными точками (чч:мм). Установка времени с ПДУ в коде RC5 (Philips).
Кнопки "+" и "-" подчеркивают (выделяют) нужный разряд для установки. Нажатие "+" при выделенном разряде единиц минут или "-" при выделенном разряде десятков часов сбрасывает выделение. Кнопки "0".."9" при выделенных разрядах часов или минут - установка соответствующего значения. Недопустимые значения блокируются.
При выделении разделительных точек они переходят в режим постоянного свечения. Если при этом нажать кнопку "дежурный режим" происходит сброс секунд ("коррекция") и точки переходят в мигающий режим, индицируя успешную коррекцию. В этот же (мигающий) режим происходит возврат, если выделяются другие разряды.
После изготовления и опытной эксплуатации часов выяснился недостаток — за неделю работы выступающие части покрываются заметным слоем пыли, так что тряпку вам в руки. Галерея.
Возможные замены. Датчик SAS251S3 можно заменять на аналогичные совместимые с TTL или с открытым коллектором, см. например эту обзорную статью. Из отечественных можно использовать микросхемы серии К1116КП. Так же можно использовать оптические датчики, например серии H21A (Fairchild) или HLC1395-001 (Honeywell). К статье прилагаются файлы: Внимание! Запрещается воспроизведение
данной статьи или ее части без согласования с автором. Если вы желаете разместить
эту статью на своем сайте или издать в печатном виде, свяжитесь с автором. |
