Часы-пропеллер или реализованная мечта
 

Наконец-то реализовал свою давнишнюю мечту - сделал часы-пропеллер!
Я этой идеей загорелся несколько лет назад, когда увидел работу этих часов на You Tube.
Реализация задумки осложнялась тем, что все схемы, а их в интернете просто навалом, реализованы на PIC-контроллерах, а у меня до сих пор не получалось его прошить. Я перепробовал кучу программаторов но, либо руки у меня кривые, либо так на тот момент звёзды встали, однако все мои попытки не увенчались успехом. А схем на микроконтроллерах фирмы "Atmel", с программированием которых у меня проблем не возникает, я так не нашёл. Пытался сподвигнуть знакомых программистов на написание программы для AVR, но не нашли отклика в их душах. Может идея так и осталась бы похороненной под обломками рухнувшей надежды, но недавно стал просматривал свою коллекцию всевозможных схем на дисках, которые я купил на барахолке.

Вложение 38845

Так вот на одном из дисков нашлась схема очень простого программатора и, как уверялось теми, кто её повторил, схема работает отлично и не требует большого количества деталей.

Вложение 125427

Ну, спаять такую плату - дело пятнадцати минут.

Вложение 38847

Но одной платы мало, для прошивки потребуется программа для компьютера. Я остановил свой выбор на бесплатной программе IC-Prog.

Вложение 38848

После установки, программа потребует некоторой настройки. При первом запуске, откроется окно, в нём надо указать, что для работы программатора надо использовать драйвер Windows.

Вложение 38849

Если это окно не открылось, или вы прозевали этот момент, то не всё потеряно: выбираем settings => options, нажимаем вкладку "Настройки" и устанавливаем так, как на картинке. Ещё можно включить русский язык: settings/options/language и выбираем из списка русский.

Далее опять открываем "Настройки", выбираем "Опции" и выставляем всё, как на картинках.

Вложение 38850 Вложение 38851 Вложение 38852

На этом настройку программы можно завершить.

Теперь немного о самом процессе программирования. Вставляем микроконтроллер в панельку, подключаем программатор к COM-порту и подаём питание 12 вольт. Открываем программу IC-Prog 1.05d, в окошке справа надо указать тип используемой микросхемы, в данном случае PIC 16F84A, нажимаем на кнопку "Читать микросхему"

Вложение 38856

Если на микросхеме есть какая-то программа, то память микроконтроллера надо стереть нажав на кнопку "Стереть микросхему". Теперь открываем файл прошивки.

Вложение 38857 Вложение 38858

Остаётся только нажать кнопку "Программировать микросхему" и начнётся процесс программирования.

Вложение 38859 Вложение 38860

Да, ещё надо не забыть указать, что используется внешний кварц.

Вложение 38861

Теперь пришло время рассказать о самой схеме часов и прошивках. Как я уже говорил, схем просто видимо-невидимо. Но эта конструкция сделана на контроллере PIC16F84A-04i/P, сама схема очень проста и не требует особых пояснений.
Для реализации этого проекта потребуется именно эта микросхема, есть ещё аналоги, но они для данной схемы не подходят.

Вложение 38862

В качестве датчика можно использовать любой фотодиод или фототранзистор. Катушка содержит 90 витков провода диаметром 0.3 миллиметра. Для этой схемы есть несколько вариантов прошивок: индикация часов и минут для дисплея на светодиодах диаметром 5 миллиметров, часы и минуты для дисплея на светодиодах диаметром 3 миллиметра и часы, минуты и секунды для дисплея на светодиодах 3 миллиметра.

Вложение 38863

Я сделал дисплей на светодиодах диаметром 5 миллиметров для возможно большего размера цифр, но кто-то может захотеть сделать небольшое устройство. Кстати, прошивка с секундами работает и на больших светодиодах, просто изображение растягивается на три четверти оборота и становится неудобным для обзора.
При изготовлении этих часов я сразу решил отказаться от использования скользящего контакта для питания часов, решено было использовать вращающийся трансформатор. Конструкция его очень проста: это две вложенные одна в другую катушки, на неподвижную подаётся высокочастотное напряжение, а на вращающейся наводится ЭДС, которая и питает схему. Вот простая схема генератора ВЧ-напряжения для питания неподвижной катушки.

Вложение 38909

Подстроечники служат для точной настройки генератора. Катушка наматывается проводом диаметром 0.5 миллиметра и содержит 40 витков.

Так, со схемами разобрались, пора переходить к самой конструкции.
В качестве двигателя был использован мотор от вентилятора процессора Intel, дело в том, что это очень качественный мотор и способен работать годами, узел вращения изготовлен на шариковых подшипниках, а ротор изготовлен из стали. Но можно и применить что-то более дешёвое, вопрос только в том, как долго прослужит устройство без ремонта.
Вентилятор надо аккуратно разобрать и удалить всё ненужное.

Вложение 38865

В качестве основной опоры я применил алюминиевую трубу диаметром пятьдесят миллиметров. С одной стороны сделана расточка под катушку статора.

Вложение 38866

Далее я изготовил из оргстекла каркас для катушки ротора.

Вложение 38867

Если кому не под силу его выточить, то его можно склеить из картона или же просто намотать провод на ротор - от этого ничего в работе не поменяется, но это, на мой взгляд, не путь джедая. :) Я не ищу лёгких путей. :D

Каркас закрепляется на роторе, в котором я уже просверлил три отверстия для крепления вращающегося узла.

Вложение 38868

Осталось только намотать саму катушку.
Мотать следует аккуратно, укладывая провод виток к витку. Глубина катушки всего 2.5 миллиметра, и весь провод может просто не уместиться.

Вложение 38869

Провод довольно тонкий и существует возможность его сломать в процессе изготовления устройства, по этому я сделал выводы гибким проводом марки МГТФ.
Аналогичным способом изготавливаю каркас для первичной катушки трансформатора.

Вложение 38870

Каркас получился очень тонким, для намотки его пришлось насадить на оправку.

Вложение 38871

Если этого не сделать, то каркас будет сильно деформироваться от давления провода и может сломаться.
После намотки, саму катушку надо смазать лаком для того, чтобы закрепить витки и не дать им размотаться.

Вложение 38872

Примеряю катушку в гнездо.

Вложение 38873

Вышло довольно точно по размеру, катушка заходит в гнездо с небольшим трением, что позволит её держаться без дополнительной фиксации. Далее сделал обойму для крепления статора двигателя.

Вложение 38874

Паз в боковине обоймы нужен для того, чтобы пропустить провода катушки.
Двигатель вклеивается в обойму эпоксидной смолой.

Вложение 38875

В боковой части стойки имеется стопорный винт, это позволит зафиксировать обойму на нужной высоте и свести зазоры к минимуму.

Вложение 38876

На следующем снимке изображён процесс сборки. Для начала устанавливаем ротор с катушкой на своё место, потом продеваем в окно провода от неподвижной катушки и всю конструкцию вдвигаем в трубку.

Вложение 38877

Вот так проходят провода, если посмотреть внутрь.

Вложение 38878

Центровка катушек получилась на достаточно высоком уровне.

Вложение 38879

Основание корпуса изготовил из алюминия, оно же послужит теплоотводом для стабилизатора и транзистора.

Вложение 38880

Стоит обратить внимание на то, что транзистор надо изолировать от теплоотвода, иначе происходит короткое замыкание. Транзистор и стабилизатор впаяны в плату с разных сторон, что позволило использовать из в качестве элементов крепления самой платы. Трубка корпуса просто надвинется на плату и зафиксируется стопорным винтом.

Настал черёд настройки генератора. Для этого к подвижной катушке надо временно припаять диодный мост и сглаживающий конденсатор. В качестве нагрузки и индикации работы используется светодиод с резистором 1 кОм. После этого можно подавать питающее напряжение. Сам двигатель пока не подключаем, подпаиваются только обмотки трансформатора.

Вложение 38881

Схема очень проста и надёжно запускается, но потребует небольшой настройки. На выход моста надо подключить тестер и вращением подстроечников добиться максимального напряжения на выходе.

Вложение 38882 Вложение 38883

Я добился напряжения 12.8 вольта, при этом потребляемый ток составил 280 миллиампер.

В основании просверлил отверстие для питающего провода и стопорного винта.

Вложение 38884

В боковой части трубки устанавливаю выключатель для того, чтобы можно было остановить двигатель и выставить показания времени. Я не стал заморачиваться со всякими дистанционными пультами и им подобными устройствами. Установка времени не требуется ежеминутно, по этому не составит труда выставить его вручную. Есть, конечно, один минус - устанавливать приходится вслепую, но это плата за простоту конструкции. Хотя и вслепую установить не очень-то трудно. Три кнопки управления позволяют сделать это за несколько нажатий.

Вложение 38885

Теперь сделал корпус для платы часов.

Вложение 38886

Он крепится на трёх винтах, в боковой стенке имеются отверстия с резьбой для крепления штанг индикатора и противовеса.

Вложение 38887

На штанге противовеса имеются две лыски, которые не дадут смещаться индикатору, который изготовлен из П-образного профиля.

Вложение 38888

В профиле необходимо посверлить отверстия для крепления светодиодов.

Вложение 38889

Штанги так же изготовлены из алюминия, при этом штанга индикатора представляет собой трубку для пропускания проводов от светодиодов.

Вложение 38890

Крышка отсека так же выполнена из алюминия.
На этом снимке можно рассмотреть отверстие под фотодиод в нижней части корпуса около шланги противовеса.

Вложение 38891

Теперь изготавливаю кожух датчика. Он крепится на боковой части трубки при помощи одного винта М3, внутрь будет вставляться инфракрасный светодиод.

Вложение 38892

Для того, чтобы скрыть торчащий крепёжный винт, было изготовлено полукольцо, которое с некоторым натягом одевается на кожух.

Вложение 38893

Вот как это выглядит в сборе.

Вложение 38894

Светодиоды закрепляются в отверстиях и распаиваются в соответствии со схемой, а провода пропускаются в трубку.

Вложение 38895

В центр корпуса ввинчена резьбовая стойка, на которую одевается плата, на дно корпуса нужно положить диск из изолирующей плёнки.

Вложение 38896

Плата прижимается при помощи резьбовой втулки.

Вложение 38897

Крышка с кнопками крепится декоративным винтом. В итоге всё закреплено всего одним винтом, что упростило конструкцию.

Вложение 38898

Теперь несколько слов о противовесе. В моём случае, это довольно сложная система, дело в том, что я сделал детали устройства достаточно массивными, и для балансировки требуются значительные усилия. Можно плату светодиодов изготовить из стеклотестолита, в этом случае такая сложная конструкция не понадобится.
Мой же противовес может перемещаться по штанге во всех плоскостях и способен компенсировать любой дисбаланс.

Вложение 38899

Последним штрихом приклеиваю замшевые кружочки на ножки. Кстати, о ножках. Их сделано три штуки, это позволит не шататься устройству на любой поверхности.

Вложение 38900

В качестве источника питания использован недорогой и очень маленький импульсник.

Вложение 38901

Вот и всё, осталось только посмотреть на результат работы.
Это общий вид.

Вложение 38902

Подаём питание - два синих светодиода по краям подключены напрямую и сразу начинают светиться.

Вложение 38903

А теперь запускам двигатель.

Вложение 38904

А так это смотрится в темноте и при приглушённом свете.

Вложение 38905 Вложение 38906

А это видео работы чсов.

 

Спасибо за просмотр!
Можете критиковать. :)

А за что критиковать? Кто может, пусть сделает лучше.:) Почти все подобные часы, увиденные мной в сети, не отличались ни дизайном, ни качеством изготовления. У тебя всё, как обычно, на высоте. Прекрасная работа.

Ну, место для критики всегда найдётся. :))

А где можно достать такой П-образный профиль?