Часы пропеллер своими руками на микроконтроллере. Часы пропеллер. Расчет таймингов POV

Привет всем! Хочу предложить Вашему вниманию простые часы-пропеллер, которые я собрал на контроллере Atmega8. Они изготовлены из доступных деталей и их легко повторить и изготовить. Единственное что - необходим программатор для прошивки контроллера часов и пульта управления.

Для основания часов был использован обычный вентилятор 120 мм (кулер). Вентиляторы для этих часов можно использовать любые, как с вращением по часовой стрелке, так и против, потому что пока собирал эти часы, программу немного переделал и сделал переключение отображения символов с пульта программно.
Схема самих часов довольно простая и собрана на микроконтроллере Atmega8, для синхронизации работы которого использован часовой кварц с частотой 32768 Гц.
Часы питаются от приёмной катушки, энергия на которую передаётся с генератора с передающей катушкой. Обе эти катушки составляют воздушный трансформатор.

Со схемой и конструкцией генератора, особых проблем не возникло, так как был использован генератор от плазменного шара.

Генератор собран на распространённой микросхеме TL494 и позволяет менять ширину и частоту выходных импульсов в широких пределах.
Даже с зазором в сантиметр между катушками - напряжения вполне хватает для пуска часов. Только следует учесть, что чем больше зазор между катушками, тем больше нужно делать ширину импульса и соответственно от этого растёт и потребление тока от источника.

При включении генератора в первый раз, ширину импульсов (скважность) ставим на минимум (ручка регулятора в верхнем по схеме положении, то есть 4 нога через резистор R7 притянута к 14, 15, 2 ноге TL-494). Частоту генератора крутим, пока не исчезнет писк, это примерно 18-20 Кгц (настройка на слух), а если есть чем измерить частоту, то настраиваем её соответственно в этих пределах.
На плате генератора ещё дополнительно собран регулятор напряжения на LM317, предназначенный для регулировки скорости вращения вентилятора.
На схеме его нет, не дорисовал
. Посмотрите демонстрационное видео работы часов.

Видео.

Плата самих часов крепится к основанию вентилятора. Я закрепил её двухсторонним скотчем.

Потом переделал немного схему часов с фоторезистора на инфракрасный фотодиод (рисунок ниже).
В передатчике вместо простого светодиода, у меня теперь стоит инфракрасный.
Резистор вместо 2к поставил 100к.

Ответственными моментами при изготовлении часов являются - изготовление воздушного трансформатора и центровка (вернее балансировка) платы часов на основании вентилятора.

К этим моментам отнеситесь серьёзнее.

Воздушный трансформатор.

В основу взял кулер 120 мм обычный с бронзовыми втулками. Плата часов к основанию приклеена на двусторонний скотч.
С кулера откусываем лопасти и обтачиваем и выравниваем напильником, наждачкой. Катушки сделаны на каркасе из кабельного канала. Придумал такую конструкцию не я, просто взял эту идею из инета. Для намотки трансформатора делается основа из кабельного канала. Через каждые 5 мм на бортиках канала делаем надрез и аккуратно сворачиваем его в круг, диаметр подберите так, чтоб он плотно сел на пластмассовое основание вентилятора.

Далее на оправку из кабельного канала, наматываем 100 витков эмалированного провода, диаметром 0.25.
Ток потребления собранного трансформатора, у меня получился 200 мА (это с довольно заметным зазором между катушками).
В целом вместе с двигателем вентилятора, ток потребления получается в районе 0.4-0.5А.
Первичную (передающую) катушку делаем также, но стараемся сделать минимальный зазор между катушками. Передающая катушка тоже содержит 100 витков провода 0.3 (можно тем-же 0.25).
На схеме у меня немного другие моточные данные этих катушек.

Плата часов.

Планка со светодиодами сделана на стеклотекстолите. В ней сверлится отверстие, в это отверстие вставляется кусок трубки от телескопической антенны и припаивается к плате (трубочку антенны нужно зачистить от блестящего покрытия). Можно использовать любую подходящую трубочку, или прикрепить плату другим способом, например с помощью винта с гайками.
Плату со светодиодами соединил с платой часов обычным эмалированным (намоточным) проводом, он более жёсткий по сравнении с монтажным и не трепится при вращении.

Для балансировки всей платы, с другой её стороны приклеиваем термоклеем винт, диаметром 3-4 мм, накручивая с другой стороны на винт различные гайки - добиваемся минимальной вибрации.
Для проверки работоспособности платы часов - коротим фоторезистор отверткой, пинцетом, светодиоды при этом должны моргнуть.
Часы начинают работать при появлении 5В (логическая единица) на 5 ноге атмеги. То есть при освещении фоторезистора - на 5 ноге должно быть 5В,
Когда фоторезистор не освещён, на 5-й ноге атмеги должен быть логический 0 (около 0В), для этого подбираем резистор на землю с 5 ноги. На схеме стоит 2 кОм, у меня получилось 2.5 Ком.
Внизу на основании вентилятора приклеиваем светодиод так, чтобы при каждом обороте двигателя вентилятора - фоторезистор проходил как можно ближе к источнику света (светодиоду).

Пульт управления.

Пульт управления предназначен для управления работой часов, переключения режимов отображения индикацией (смена направления вращения вентилятора), установки времени часов.

Схема пульта собрана на микроконтроллере ATTINY2313. На плате установлен сам МК с обвязкой и шесть кнопок, предназначенных для управления часами.

Корпус для пульта собирать не стал, поэтому только фото самой платы.

Информация по назначению кнопок пульта;
H+ и Н- настройка часов
М+ и М- настройка минут
R/L смена направления (для винтов крутящихся по часовой и против часовой)
font смена шрифта (тонкий, жирный и надпись сайт)
при надписи сайт кнопками H+ и H - регулируется ширина надписи.

В прикреплённом архиве содержатся все необходимые файлы для сборки часов;

Архив для статьи

Если у Вас возникнут какие либо вопросы по конструкции часов, задавайте их на форуме, постараюсь по возможности помочь и ответить на возникшие вопросы.

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...

Небольшое обновление . Сделанные выше часы оказались сложными для повторения нашими читателями. Поэтому был сделан упрощённый вариант, без применения станков. Подробное

Эта статья об изготовлении необычных часов. У них есть много названий – часы пропеллер, часы Боба Блика. Экран этих часов не похож ни на один из привычных нам часов. Для отображения времени используется дисплей с механической разверткой. Он представляет собой быстро вращающийся рычаг с установленными на нем светодиодами, которые и формируют изображение.
Рычаг вращается с частотой около 1500 об/мин и диоды загораются и выключаются на строго определенное время. Поскольку рычаг вращается с большой скоростью то он почти незаметен, а мы видим только вспышки светодиодов. В каждом положении рычага светодиоды горят в определенной комбинации, что позволяет формировать графическую и текстовую информацию.
В зависимости от формы рычага дисплей может быть в виде цилиндра или диска. Прямой рычаг позволяет имитировать стрелочные часы.
Считается, что первым сделал подобные часы Боб Блик. В интернете можно найти большое количество разнообразных вариантов таких часов. Эти часы были построены по образцу Хенка Сотби.

Основные функции
Ниже приведены основные функции часов:
Отображение времени и даты
Установка всех параметров с пульта ДУ типа RC-5
Отображение времени в цифровом и стрелочном режими без даты и с датой
Отображение пятиминутных делений
Использованы 5 мм сверхяркие светодиоды
Бегущая строка со знакогенератором.
Бегущая строка длиной 128 символов записывается в EEPROM.
Демо режим. Циклическое переключение между бегущей строкой, аналоговым и цифровым дисплеем.

Установка временени
Поскольку вся электроника находится на вращающемся рычаге, то возникает вопрос: Как установить время? Во многих моделях время устанавливается на самом рычаге специальными кнопками. При такой конструкции Вы сможете увидеть установленное время только после запуска рычага. В случае неверной установки придется снова остановить рычаг и опять в слепую выставлять время. В настоящих часах уставновка производится с пульта ДУ. Особенно эффектно выглядит установка времени в стрелочном режиме.

Механика

Перейдем к самому сложному этапу изготовлению часов – механике. Для начала Вам необходим вентилятор от блока питания компьютера. Очень желательно использовать качественный вентилятор с шариковыми подшипниками это значительно удлинит жизнь Ваших часов. Как правило частота вращения компьютерных вентиляторов составляет 3000 об/мин или 50 оборотов в секунду. Такая частота вращения позволяет создать очень стабильное изображение. Но вращающийся с такой скоростью рычаг создает много шума. Поэтому я понизил частоту вращения до приемлемого уровня шума.

Передавать энергию с неподвижной части на вращающуюся можно разными способами. Наиболее распространен скользящий контакт. Такой способ имеет много недостатков – нестабильность контакта, шум, механический износ. В сделаных мною часах был использован более изящный способ. Трансформатор состоящий из подвижной и неподвижной работы. Его изготовление пожалуй самый ответственный этап при изготовлении часов. Прежде всего требуется аккуратно разобрать вентилятора. Для этого нужно отклеить наклейку с задней стороны. И аккуратно вытащить стопорное кольцо. После чего можно снять крыльчатку с ротором. Плассмасовая крыльчатка нам тоже больше не нужна. Снимаем ее с металлического основания и на него наматываем вторичную обмотку. Обмотка содержит около 150 витков обмоточного провода диаметром 0.3мм. Оринтировочно это слоев 5. Каждый слой был промазан силиконовым герметиком продается на любом строительном рынке) и просушен.

Очень рекомендую использовать провод в шелковой изоляции – это упростит фиксацию витков. Обычный провод соскальзывает с металлического основания.
Для крепления рычага в роторе сверлится несколько отверстий.
С неподвижной части вентилятора удаляется большая часть пластмассы и остается только нижняя рамка.

Зазор между первичной и вторичной обмоткой должен быть минимален. Реально получается где то 0.3 – 0.7 мм. Для изготовления первичной обмотки необходимо сделать оправку. Для этого берется любой цилиндр подходящего размера (мною был использован старый конденсатор) на который плотно наматывается необходимое количество бумаги до достижения нужного диаметра. Далее на эту оправку наматывается порядка 100 витков провода аналогично вторичной обмотке. После высыхания герметика оправка аккуратно вытаскивается. Получившееся кольцо из проволки центруется и фиксируется герметиком к основанию вентилятора. Таким образом мы получили трансформатор для передачи энергии к вращающимся частям.

Далее необходимо сделать датчик положения ротора. Для этого используется любой инфракрасный светодиод и фототранзистор. Светодиод устанавливается на неподвижном основании. Фототранзистор на вращающейся части на том же радиусе. Таким образом что бы фототранзистор засвечивался один раз за оборот. Удобно использовать разрезанную оптопару.

Электроника
Электроника часов состоит из двух частей – вращающейся и неподвижной.

Неподвижная часть
Принципиальная схема неподвижной части

Выполнена на микроконтроллере pic16f628, который декодирует команды с ИК приемника. Это позволяет включать-выключать ротор часов. Во включенном режиме микроконтроллер подает ШИМ сигнал на затвор транзистора который модулирует напряжение в первичной обмотке трансформатора. Частоту ШИМ придется подобрать самостоятельно. Для каждого трансформатора она имеет свое оптимальное значение. В моем варианте она имела значение около 7 Кгц. Недостаток этого небольшой свист ротора двигателя. Лучше если она будет больше 16 Кгц.

В выключенном режиме двигатель выключается. Затем через несколько секунд снижается скважность импульсов в первичной обмотке. В этом режиме энергия нужна только для поддержания хода часов.

Для регулировки частоты вращения двигателя используется микросхема LM317 которая включается ключом на полевом транзисторе.

Вращающаяся часть
Принципиальная схема вращающейся части

Энергия к вращающейся части поступает с обмотки на роторе. Напряжение с вращающейся части поступает на выпрямитель и стабилизатор дающий 5 В для питания микроконтроллера. На входе микроконтроллера будут сигналы с ИК датчика от пульта ДУ и датчика положения рычага.

Все светодиоды подключены через транзисторы включенные в режиме источников тока. Таким образом светодиоды защищены от перенапряжения, которое может достигать 40 вольт. Это напряжение может меняться в зависимости от одновременно включенных светодиодов. Ток диодов можно принять равным 50 ма, поскольку диоды работают в импульсном режиме.

Много диковинных электронных проектов можно найти на просторах Интернета, что и не даёт пытливому уму покоя.
И пусть «часы-пропеллер» далеко не новинка в большой Сети, но я, наткнувшись в один прекрасный момент на схему часов со стробоскопическим эффектом, не смог пройти мимо.

Немного теории

Основная идея прибора состоит в микроконтроллерном управлении группой светодиодов, установленных на быстровращающееся основание.

В коде задаётся цикл, который повторяется от внешнего прерывания. Допустим длина общей пачки 15 мс. В этот промежуток времени каждый светодиод загорается n-число раз. При малой частоте вращения человеческий глаз уловит лишь однократное включение всех светодиодов сразу. Но, стоит увеличить частоту вращения, и малые интервалы общей пачки начнут растягиваться по оси Х, и глаз уже начнёт улавливать неодновременные срабатывания. Так будет продолжаться до определённой граничной частоты вращения, при которой интервал длительностью 15 мс будет развёрнут на некоторую длину по оси X, при которой уже чётко будут различимы интервалы мигания внутри общей пачки и прорисуются цифры, которые сложатся в общую картину. Дальнейшее увеличение частоты вращения приведёт к растягиванию общей пачки импульсов и цифры станут не читаемы.

Плату переделал её под SMD-компоненты, ведь чем меньше вес платы, тем меньше нагрузка на вентилятор.

Вращающаяся часть состоит из основной платы и платы индикации, на которой установлены светодиоды.

В качестве выпрямительных диодов я использовал диоды Шоттки SS12. Под микроконтроллер впаял 18-контактную панельку, так как был необходим «холостой пуск».

Длина плеча может корректироваться по вкусу из учёта комфортного наблюдения светящейся части. По-моему мнению развёртка на 90-110 градусов оптимальная. Вариант развёртки менее, чем на 90 градусов собьёт цифры в кучу, а более 110 градусов чересчур растянет картинку по диаметру.

Изначально я выбрал длину плеча в 65 мм, но опыт был неудачным и уже готовую плату отпилил до 45 мм.

Плата со светодиодами имеет следующий вид.

На ней 7 основных светодиодов и 2 светодиода подсветки. Все светодиоды 5 мм в диаметре.

Соединения двух плат выполняются пайкой соединительных площадок. Платы вытравил, провёл монтаж, соединил. Теперь нужно посадить их на ротор вентилятора.
Для этого просверлил 3 отверстия с разбросом в 120 градусов.

В них вставил винты с потайной головкой диаметром 3 мм и длинной 20 мм. Закрепил на гайки и закрепил на них платы.

Концы вторичной обмотки припаял к плате. На противоположную сторону от платы индикации поставил компенсирующий противовес, чтобы снизить биения при вращении.

Настал момент холостого прогона без микроконтроллера. Поставил ротор с платами в своё место на вентиляторе и подал питание на генератор ВЧ, вентилятор пока неподвижен. Загорелись светодиоды подсветки. Проверил напряжения на входе , оно просело до 10 Вольт, это нормально. Осталось установить синхронизирующую оптопару, состоящую из инфракрасного фотодиода и инфракрасного светодиода. ИК-светодиод приклеил к основанию вентилятора и запитал от основного питания +12 В через резистор 470 Ом. На плате впаял обычный ИК-фотодиод.
Установил оптопару так, чтобы при вращении фотодиод пролетал над светодиодом как можно ближе.

я запрограммировал .
Установил контроллер в панельку, ротор закрепил стопорным кольцом.

Настало время пуска!

Первое включение и обрадовало и огорчило одновременно. Схема работала, светодиоды выдали время 12:00, как и должны были, но изображение было смазанным по оси X. Начал «разбор полётов», в результате я пришёл к выводу о необходимости замены фотодиода. Разброс области срабатывания от внешнего прерывания МК оказался слишком большой.

Решил поставить фотодиод с более узкой диаграммой направленности, а так же обклеил светодиод чёрной изолентой.

Область срабатывания уменьшилась 2-3 раза, и последующее включение обрадовало: размытость полностью исчезла.

Отмечу ещё раз, что маломощные вентиляторы не разгонят эту конструкцию до нужной частоты вращения, и картинка будет мелькать в глазах. Я переделывал проект раза три, и только вариант на вентиляторе с параметрами 0,4 А; 4,8 Вт; 3200 об/мин заработал отлично.

Очевидный минус конструкции – отсутствие резервного элемента питания контроллера. Да-да, время будет сбрасываться при каждом снятии основного питания +12В.

Необычные динамические светодиодные часы на моторчике от жёсткого диска.

Схема устройства:

Что же, когда все сомнения отложены в сторону, можно начать...

Для изготовления пропеллер-часов нам понадобятся:

* 2 листа Стеклотекстолита, один- двухсторонний(45*120мм), а второй-односторонний(35*60мм).
* Утюг и Хлорное железо(для травления плат).
* Моторчик от HDD диска.
* Паяльник с тонким жалом, мини-дрель.

Для часов:

* Драйвер LED MBI5170CD(SOP16, 8 bit) - 4 штуки.
* Часы реального времени DS1307Z/ZN(SMD, SO8) - 1 штука.
* Микроконтроллер ATmega32-16AU (32K Flash, TQFP44, 16MH) - 1 штука.
* Кварцевые резонаторы 16MHz - 1 штука.
* Кварцевые резонаторы 32kHz - 1 штука.

* Кер. конденсатор 100nF (0603 SMD) - 6 штук.
* Кер. конденсатор 22pF (0603 SMD) - 2 штуки.
* Кер. конденсатор 10mF*10v (0603 SMD) - 2 штуки.
* Резистор 10kOm (0603 SMD) - 5 штук.
* Резистор 200Om (0603 SMD) - 1 штука.
* Резистор 270Om (0603 SMD) - 1 штука.
* Резистор 2kOm (0603 SMD) - 4 штуки.
* Часовая батарейка и держатель для нее
* ИК светодиод
* ИК транзистор
* Светодиоды (0850) 33 штуки (один из них(крайний) можно другого цвета)

Для драйвера моторчика:

* Драйвер двигателя TDA5140A - 1 штука.
* Линейный стабилизатор 78M05CDT - 1 штука.
* Конденсатор 100 mF полярный (0603 SMD) - 1 штука.
* Кер. конденсатор 100 nF (0603 SMD) - 1 штука.
* Конденсатор 10 mF полярный (0603 SMD) - 2 штуки.
* Кер. конденсатор 10 nF(0603 SMD) - 1 штука.
* Кер. конденсатор 220 nF(0603 SMD) - 1 штука.
* 20 nF - 2 штуки.
* Резистор 10 kOm (0603 SMD) - 1 штука.

1)Сперва нам надо изготовить 2е платы.

2)Ищем старый ненужный жесткий диск для извлечения из него моторчика, в некоторых винчестерах моторчик крепиться не болтами, а запрессован в корпус, обратите на это внимание при выборе жёсткого диска, иначе придётся вырезать:)