마이크로 컨트롤러의 DIY 프로펠러 시계. 프로펠러 시계. POV 타이밍 계산

안녕하세요 여러분! Atmega8 컨트롤러에 제가 조립한 간단한 프로펠러 시계를 여러분의 관심을 끌고 싶습니다. 이는 쉽게 구할 수 있는 부품으로 만들어지며 복제 및 제조가 쉽습니다. 유일한 것은 시계 컨트롤러와 제어판을 플래시하려면 프로그래머가 필요하다는 것입니다.

시계 베이스에는 일반 120mm 팬(쿨러)을 사용했습니다. 시계 방향과 시계 반대 방향 모두 이 시계에 팬을 사용할 수 있습니다. 왜냐하면 이 시계를 조립하는 동안 프로그램을 약간 수정하고 프로그래밍 방식으로 리모콘의 기호 표시를 전환했기 때문입니다.
시계 자체의 회로는 매우 간단하며 Atmega8 마이크로 컨트롤러에 조립되어 작동을 동기화하기 위해 32768Hz 주파수의 시계 석영이 사용됩니다.
시계는 수신 코일에 의해 전력이 공급되며, 이 에너지는 송신 코일이 있는 발전기에서 전달됩니다. 이 두 코일은 모두 공기 변압기를 구성합니다.

플라즈마 볼을 이용한 발전기를 사용하였기 때문에 발전기의 회로 및 설계에는 특별한 문제가 없었다.

발생기는 공통 TL494 마이크로 회로에 조립되어 있으며 넓은 범위에 걸쳐 출력 펄스의 폭과 주파수를 변경할 수 있습니다.
코일 사이에 1cm의 간격이 있어도 전압은 시계를 시작하기에 충분합니다. 코일 사이의 간격이 클수록 펄스 폭도 커져야 하며 그에 따라 소스의 전류 소비도 증가한다는 점을 고려하세요.

처음으로 발전기를 켤 때 펄스 폭 (듀티 팩터)을 최소로 설정하십시오 (조정기 손잡이는 다이어그램에 따라 위쪽 위치에 있습니다. 즉, 4 번째 다리는 저항 R7을 통해 14로 당겨집니다. 15, TL-494의 두 번째 다리). 삐걱거리는 소리가 사라질 때까지 발생기 주파수를 돌립니다. 이는 약 18-20KHz(귀로 조정)이며, 주파수를 측정할 것이 있으면 이 한계 내에서 그에 따라 조정합니다.
발전기 보드에는 팬 속도를 조절하도록 설계된 LM317의 추가 전압 조정기도 포함되어 있습니다.
도표에는 없고 제가 그린게 아닙니다
. 시계가 작동하는 모습을 보여주는 데모 비디오를 시청하세요.

동영상.

시계판 자체가 팬 베이스에 부착되어 있습니다. 양면테이프로 고정했어요.

그런 다음 시계 회로를 포토레지스터에서 적외선 포토다이오드로 약간 수정했습니다(아래 그림).
송신기의 단순한 LED 대신 이제 적외선 LED가 생겼습니다.
저항은 2k 대신 100k로 설정되었습니다.

시계 제조에서 중요한 순간은 공기 변압기를 제조하고 팬 바닥에 시계 보드를 정렬(또는 균형 조정)하는 것입니다.

이 순간을 더 진지하게 받아들이십시오.

공기 변압기.

이는 청동 부싱이 있는 일반 120mm 쿨러를 기반으로 했습니다. 시계판은 양면 테이프로 베이스에 접착되어 있습니다.
우리는 쿨러에서 블레이드를 물고 줄과 사포로 갈아서 수평을 유지합니다. 코일은 케이블 덕트로 만들어진 프레임에 만들어집니다. 제가 이 디자인을 생각해낸 것은 아니고 인터넷에서 아이디어를 따온 것입니다. 변압기를 권선하기 위해 케이블 채널로 베이스가 만들어집니다. 5mm마다 채널 측면을 자르고 조심스럽게 원으로 굴려 팬의 플라스틱 바닥에 꼭 맞도록 직경을 ​​선택합니다.

다음으로 직경 0.25의 에나멜 와이어 100바퀴를 케이블 채널의 맨드릴에 감습니다.
조립된 변압기의 전류 소비는 200mA로 나타났습니다(코일 사이에 상당히 눈에 띄는 간격이 있음).
일반적으로 팬 모터를 포함하면 전류 소비는 약 0.4-0.5A입니다.
1차(송신) 코일에 대해서도 동일한 작업을 수행하지만 코일 사이에 최소 간격을 만들려고 노력합니다. 송신 코일에는 0.3와이어(또는 0.25)가 100회 감겨 있습니다.
다이어그램에는 이러한 코일에 대해 약간 다른 권선 데이터가 있습니다.

시간 요금.

LED가 있는 스트립은 유리 섬유로 만들어집니다. 구멍이 뚫려 있고 텔레스코픽 안테나의 튜브 조각이 이 구멍에 삽입되어 보드에 납땜됩니다(안테나 튜브는 반짝이는 코팅으로 청소해야 함). 적합한 튜브를 사용하거나 너트가 있는 나사를 사용하는 등 다른 방법으로 보드를 부착할 수 있습니다.
LED가 달린 보드를 일반 에나멜 (감기) 와이어로 시계 보드에 연결했는데 장착 와이어보다 더 단단하고 회전해도 닳지 않습니다.

전체 보드의 균형을 맞추기 위해 반대편에는 뜨거운 접착제로 직경 3-4mm의 나사를 붙이고 다른 쪽 나사에 다양한 너트를 조여 진동을 최소화합니다.
시계 보드의 기능을 확인하기 위해 드라이버나 핀셋으로 포토레지스터를 단락시키면 LED가 깜박입니다.
atmega의 5번째 다리에 5V(논리 장치)가 나타나면 시계가 작동하기 시작합니다. 즉, 포토레지스터에 불이 들어오면 5번째 다리에 5V가 있어야 하고,
포토레지스터가 켜지지 않으면 atmega의 5번째 레그에 논리 0(약 0V)이 있어야 합니다. 이를 위해 5번째 레그에서 접지할 저항기를 선택합니다. 다이어그램에는 2kOhm이 표시되어 있으며 2.5Kohm을 얻었습니다.
팬 베이스 하단에 LED를 접착하여 팬 모터가 회전할 때마다 포토레지스터가 광원(LED)에 최대한 가깝게 통과하도록 합니다.

리모콘.

제어판은 시계 작동을 제어하고, 디스플레이 모드를 전환하고(팬 회전 방향 변경), 시계 시간을 설정하도록 설계되었습니다.

원격 제어 회로는 ATTINY2313 마이크로 컨트롤러에 조립됩니다. 보드에는 시계를 제어하도록 설계된 하네스와 6개의 버튼이 있는 MK 자체가 포함되어 있습니다.

리모컨 하우징은 조립하지 않아서 보드 자체 사진만 올립니다.

리모콘 버튼의 목적에 관한 정보
H+ 및 H- 시계 설정
M+ 및 M- 분 설정
R/L 방향 변경(시계 방향 및 시계 반대 방향으로 회전하는 나사의 경우)
글꼴 변경 글꼴(가늘고 굵은 글꼴 및 웹사이트 비문)
사이트 작성시 H+, H - 버튼을 사용하여 비문의 너비를 조정하세요.

첨부된 아카이브에는 시계 조립에 필요한 모든 파일이 포함되어 있습니다.

기사 아카이브

시계 디자인에 관해 궁금한 점이 있으시면 포럼에 질문해 주세요. 최대한 도움을 드리고 답변해 드리겠습니다.

드디어 오랜 꿈을 이루었습니다. 프로펠러 시계를 만들었어요! 나는 몇 년 전 You Tube에서 이 시계가 실제로 작동하는 것을 보고 이 아이디어를 얻었습니다.
아이디어의 구현은 인터넷에 수많은 회로가 있고 PIC 컨트롤러에 구현되어 있지만 아직 플래시할 수 없다는 사실로 인해 복잡했습니다. 프로그래머 여러 명을 써봤지만 손이 비뚤어졌거나 그 당시 별이 정렬되어 있었지만 모든 시도가 실패했습니다. 하지만 Atmel 마이크로 컨트롤러에서는 프로그래밍에 문제가 없는 회로를 찾지 못했습니다. 나는 내가 아는 프로그래머들에게 AVR용 프로그램을 작성하도록 권유하려고 노력했지만 그들은 마음속으로 응답을 찾지 못했습니다. 아마도 그 아이디어는 무너진 희망의 잔해 속에 묻혀 있었을지 모르지만, 최근에 나는 벼룩시장에서 구입한 디스크에 있는 다양한 회로 컬렉션을 뒤지기 시작했습니다...

작은 업데이트 . 위에서 만든 시계는 독자들이 복제하기 어려운 것으로 판명되었습니다. 따라서 기계를 사용하지 않고 단순화된 버전이 만들어졌습니다. 상세한

이 기사는 특이한 시계를 만드는 것에 관한 것입니다. 프로펠러 시계, Bob Blick 시계 등 많은 이름이 있습니다. 이 시계의 화면은 우리가 익숙한 어떤 시계와도 다릅니다. 시간을 표시하기 위해 기계식 디스플레이가 사용됩니다. LED가 장착되어 빠르게 회전하는 레버로 이미지를 형성합니다.
레버는 약 1500rpm의 빈도로 회전하며 다이오드는 엄격하게 정의된 시간 동안 켜졌다가 꺼집니다. 레버가 고속으로 회전하기 때문에 거의 눈에 띄지 않고, LED가 깜박이는 것만 볼 수 있습니다. 레버의 각 위치에서 특정 조합으로 LED가 켜지므로 그래픽 및 텍스트 정보를 생성할 수 있습니다.
레버의 모양에 따라 디스플레이는 원통형 또는 디스크 형태가 될 수 있습니다. 직선 레버를 사용하면 시계를 모방할 수 있습니다.
이러한 시계를 최초로 만든 사람은 Bob Blick이라고 알려져 있습니다. 인터넷에서는 그러한 시계에 대한 다양한 옵션을 찾을 수 있습니다. 이 시계는 행크 소더비(Henk Sotheby)의 시계를 모델로 했습니다.

주요 기능
다음은 시계의 주요 기능입니다.
시간 및 날짜 표시
RC-5형 리모콘으로 모든 매개변수 설정하기
날짜가 없고 날짜가 있는 디지털 및 다이얼 모드의 시간 표시
5분 단위 표시
5mm 슈퍼 브라이트 LED 사용
문자 생성기를 이용한 크리핑 라인.
128자 길이의 실행 라인이 EEPROM에 기록됩니다.
데모 모드. 티커, 아날로그 및 디지털 디스플레이 사이의 순환 전환.

시간 설정
모든 전자 장치가 회전 레버에 있기 때문에 질문이 생깁니다. 시간을 어떻게 설정합니까? 많은 모델에서는 특수 버튼을 사용하여 레버 자체에 시간이 설정됩니다. 이 디자인을 사용하면 레버가 활성화된 후에만 설정 시간을 볼 수 있습니다. 설정이 올바르지 않으면 레버를 다시 멈추고 맹목적으로 시간을 다시 설정해야 합니다. 이 시계에서는 리모콘으로 설정이 이루어집니다. 다이얼 모드에서 시간을 설정하는 것이 특히 인상적입니다.

역학

시계 제작의 가장 어려운 단계인 기계공학으로 넘어가겠습니다. 먼저, 컴퓨터 전원 공급 장치의 팬이 필요합니다. 볼 베어링이 있는 고품질 팬을 사용하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 시계 수명이 크게 연장됩니다. 일반적으로 컴퓨터 팬의 회전 속도는 3000rpm 또는 초당 50회전입니다. 이 회전 속도를 통해 매우 안정적인 이미지를 얻을 수 있습니다. 하지만 레버가 그런 속도로 회전하면 소음이 많이 발생합니다. 그래서 허용 가능한 소음 수준으로 속도를 낮췄습니다.

에너지는 다양한 방식으로 정지 부분에서 회전 부분으로 전달될 수 있습니다. 가장 일반적인 것은 슬라이딩 접촉입니다. 이 방법에는 접촉 불안정, 소음, 기계적 마모 등 많은 단점이 있습니다. 내가 만든 시계는 좀 더 우아한 방법을 사용했다. 이동작업과 고정작업으로 구성된 변압기. 그 생산은 아마도 시계 제조에서 가장 중요한 단계일 것입니다. 먼저 팬을 조심스럽게 분해해야 합니다. 이렇게 하려면 뒷면의 스티커를 떼어내야 합니다. 그리고 고정 링을 조심스럽게 당겨 빼냅니다. 그런 다음 임펠러와 로터를 제거할 수 있습니다. 더 이상 플라스틱 임펠러도 필요하지 않습니다. 금속 베이스에서 이를 제거하고 2차 권선을 그 위에 감습니다. 권선에는 직경 0.3mm의 권선이 약 150회 포함되어 있습니다. 이는 약 5개 층으로, 각 층은 실리콘 실런트(모든 건설 시장에서 구입 가능)로 코팅되고 건조되었습니다.

실크 단열재에 와이어를 사용하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 회전을 더 쉽게 수정할 수 있습니다. 일반 와이어는 금속 베이스에서 미끄러집니다.
레버를 부착하기 위해 로터에 여러 개의 구멍이 뚫려 있습니다.
대부분의 플라스틱은 팬의 고정 부분에서 제거되고 하단 프레임만 남습니다.

1차 권선과 2차 권선 사이의 간격은 최소화되어야 합니다. 실제로는 0.3~0.7mm 사이인 것으로 나타났습니다. 1차 권선을 만들려면 맨드릴을 만들어야 합니다. 이렇게하려면 원하는 직경에 도달 할 때까지 필요한 양의 종이가 단단히 감겨있는 적절한 크기의 실린더 (오래된 커패시터를 사용했습니다)를 가져옵니다. 다음으로, 2차 권선과 유사하게 약 100회 정도의 와이어가 이 맨드릴 주위에 감겨 있습니다. 실런트가 건조된 후 맨드릴을 조심스럽게 빼냅니다. 결과 와이어 링은 중앙에 배치되고 실런트를 사용하여 팬 바닥에 고정됩니다. 따라서 우리는 회전 부품에 에너지를 전달하는 변압기를 얻었습니다.

다음으로 로터 위치 센서를 만들어야 합니다. 이를 위해 적외선 LED와 포토 트랜지스터가 사용됩니다. LED는 고정 베이스에 설치됩니다. 동일한 반경의 회전 부분에 포토트랜지스터가 있습니다. 따라서 포토트랜지스터는 회전당 한 번씩 켜집니다. 컷팅된 옵토커플러를 사용하는 것이 편리합니다.

전자제품
시계 전자 장치는 회전 부분과 고정 부분의 두 부분으로 구성됩니다.

고정부
고정 부분의 개략도

이는 IR 수신기의 명령을 디코딩하는 pic16f628 마이크로 컨트롤러에서 구현됩니다. 이를 통해 시계 로터를 켜고 끌 수 있습니다. 온 모드에서 마이크로컨트롤러는 트랜지스터의 게이트에 PWM 신호를 공급하여 변압기의 1차 권선 전압을 변조합니다. PWM 주파수를 직접 선택해야 합니다. 각 변압기마다 최적의 값이 있습니다. 내 버전에서는 약 7KHz의 값을 가졌습니다. 이것의 단점은 엔진 로터의 약간의 휘파람 소리입니다. 16kHz 이상이면 더 좋습니다.

오프 모드에서는 엔진이 꺼집니다. 그런 다음 몇 초 후에 1차 권선의 펄스 듀티 사이클이 감소합니다. 이 모드에서는 시계를 계속 작동시키는 데에만 에너지가 필요합니다.

엔진 속도를 조정하기 위해 전계 효과 트랜지스터의 키로 켜지는 LM317 마이크로 회로가 사용됩니다.

회전부
회전 부분의 개략도

회전 부분에 대한 에너지는 로터의 권선에서 나옵니다. 회전 부분의 전압은 마이크로 컨트롤러에 전원을 공급하기 위해 5V를 제공하는 정류기와 안정기에 공급됩니다. 마이크로 컨트롤러의 입력에는 리모콘의 IR 센서와 레버 위치 센서의 신호가 있습니다.

모든 LED는 전류 소스 모드에서 켜진 트랜지스터를 통해 연결됩니다. 따라서 LED는 40V에 도달할 수 있는 과전압으로부터 보호됩니다. 이 전압은 동시에 켜진 LED에 따라 달라질 수 있습니다. 다이오드는 펄스 모드에서 작동하므로 다이오드 전류는 50mA와 동일하게 사용할 수 있습니다.

많은 이상한 전자 프로젝트를 인터넷에서 찾을 수 있으며 이는 호기심 많은 마음을 쉴 수 없게 만듭니다.
그리고 "프로펠러 시계"는 빅 웹에서 전혀 새로운 것이 아니지만, 어느 날 스트로보 효과가 있는 시계 다이어그램을 발견했을 때 나는 그것을 지나칠 수 없었습니다.

약간의 이론

이 장치의 주요 아이디어는 빠르게 회전하는 베이스에 장착된 LED 그룹을 마이크로컨트롤러로 제어하는 ​​것입니다.

코드는 외부 인터럽트에서 반복되는 루프를 지정합니다. 총 버스트의 길이가 15ms라고 가정해 보겠습니다. 이 시간 동안 각 LED는 n번씩 켜집니다. 낮은 회전 속도에서 사람의 눈은 모든 LED의 단일 스위치 켜짐을 동시에 감지할 수 있습니다. 그러나 회전 속도가 증가하자마자 전체 버스트의 작은 간격이 X축을 따라 늘어나기 시작하고 눈은 비동시 트리거링을 감지하기 시작합니다. 이는 15ms 간격이 X축을 따라 특정 길이로 회전되는 특정 제한 회전 속도까지 계속됩니다. 여기서 전체 버스트 내의 깜박임 간격이 명확하게 구분되고 추가되는 숫자가 그려집니다. 전체적인 그림까지. 회전 속도를 더 높이면 전체 펄스 패킷이 늘어나고 숫자를 읽을 수 없게 됩니다.

보드가 가벼울수록 팬에 가해지는 부하가 줄어들기 때문에 보드는 SMD 부품용으로 재설계되었습니다.

회전부는 메인보드와 LED가 설치된 표시보드로 구성된다.

정류기 다이오드로는 SS12 쇼트키 다이오드를 사용했습니다. "유휴 시작"이 필요했기 때문에 마이크로 컨트롤러 아래에 18핀 소켓을 납땜했습니다.

팔의 길이는 야광부분이 보기 편한 점을 고려하여 취향에 맞게 조절할 수 있습니다. 제 생각에는 90~110도 스캔이 최적입니다. 90도 미만의 스캔 옵션은 숫자를 혼동하게 하며, 110도를 초과하면 이미지 직경이 너무 많이 늘어납니다.

처음에는 어깨 길이를 65mm로 선택했지만, 경험이 실패하고 완성된 보드를 45mm로 잘라냈습니다.

LED보드는 이렇게 생겼습니다.

7개의 메인 LED와 2개의 백라이트 LED가 있습니다. 모든 LED의 직경은 5mm입니다.

두 보드 사이의 연결은 연결 패드를 납땜하여 이루어집니다. 보드를 에칭하고 설치를 진행하고 연결했습니다. 이제 팬 로터에 배치해야 합니다.
이를 위해 120도 각도로 3개의 구멍을 뚫었습니다.

그 안에 직경 3mm, 길이 20mm의 접시머리 나사를 삽입했습니다. 나는 그것을 너트로 고정하고 보드를 고정했습니다.

2차 권선의 끝은 보드에 납땜되었습니다. 회전하는 동안 비트를 줄이기 위해 디스플레이 보드 반대쪽에 보상 평형추를 설치했습니다.

마이크로컨트롤러 없이 유휴 상태로 작동할 때가 왔습니다. 회로 기판이 있는 로터를 팬의 제자리에 놓고 HF 발전기에 전원을 공급했지만 팬은 여전히 ​​움직이지 않습니다. 백라이트 LED가 켜졌습니다. 입력 전압을 확인해 보니 10V로 떨어졌는데 이는 정상입니다. 적외선 포토다이오드와 적외선 LED로 구성된 동기화 광커플러를 설치하는 일이 남아 있습니다. IR LED는 팬 바닥에 접착되어 있으며 470Ω 저항을 통해 주 +12V 전원 공급 장치에서 전원을 공급받습니다. 일반 IR 포토다이오드는 보드에 납땜되어 있습니다.
회전할 때 포토다이오드가 LED 위로 최대한 가깝게 날아가도록 옵토커플러를 설치했습니다.

나는 그것을 프로그래밍했다.
컨트롤러를 소켓에 설치하고 고정 링으로 로터를 고정했습니다.

이제 시작할 시간입니다!

첫 번째 포함은 나를 기쁘고 동시에 슬프게 만들었습니다. 회로가 작동하고 LED에 예상대로 시간이 12시로 표시되었지만 X 축을 따라 이미지가 흐릿했습니다. 나는 "보고"를 시작했고 그 결과 포토다이오드를 교체하십시오. MK의 외부 간섭으로 인한 응답 영역의 확산이 너무 큰 것으로 나타났습니다.

방사 패턴이 더 좁은 포토다이오드를 설치하기로 결정하고 LED도 검정색 전기 테이프로 덮었습니다.

트리거 영역이 2-3배 감소했고 후속 활성화가 만족스러웠습니다. 흐림이 완전히 사라졌습니다.

저전력 팬은 이 디자인을 필요한 회전 속도까지 가속하지 못하며 사진이 눈앞에서 깜박일 것이라는 점을 다시 한 번 언급하겠습니다. 나는 프로젝트를 세 번 재작업했는데, 매개변수가 0.4A인 팬 버전만 재작업했습니다. 4.8W; 3200rpm은 잘 작동했습니다.

설계의 명백한 단점은 백업 컨트롤러 전원 공급 장치가 없다는 것입니다. 예, 예, 주 +12V 전원 공급 장치가 제거될 때마다 시간이 재설정됩니다.

하드 드라이브의 모터로 구동되는 특이한 동적 LED 시계입니다.

장치 다이어그램:

음, 모든 의심이 제쳐지면 시작할 수 있습니다...

프로펠러 시계를 만들려면 다음이 필요합니다.

* 유리섬유 2장, 하나는 양면(45*120mm), 다른 하나는 단면(35*60mm)입니다.
* 철 및 염화제이철(보드 에칭용).
* HDD 드라이브의 모터.
* 팁이 얇은 납땜 인두, 미니 드릴.

시계의 경우:

* LED 드라이버 MBI5170CD(SOP16, 8비트) - 4개.
* 실시간 시계 DS1307Z/ZN(SMD, SO8) - 1개.
* 마이크로컨트롤러 ATmega32-16AU(32K 플래시, TQFP44, 16MH) - 1개.
* 석영 공진기 16MHz - 1개.
* 석영 공진기 32kHz - 1개.

* 커. 커패시터 100nF (0603 SMD) - 6개.
* 커. 커패시터 22pF (0603 SMD) - 2개.
* 커. 커패시터 10mF*10v (0603 SMD) - 2개.
* 저항기 10kOm(0603 SMD) - 5개.
* 저항기 200Om(0603 SMD) - 1개.
* 저항기 270Om(0603 SMD) - 1개.
* 2kOm 저항기(0603 SMD) - 4개.
* 시계 배터리 및 홀더
* IR LED
* IR 트랜지스터
* LED(0850) 33개(그 중 1개(마지막 것)는 색상이 다를 수 있음)

모터 드라이버의 경우:

* TDA5140A 모터 드라이버 - 1개.
* 선형 안정 장치 78M05CDT - 1개.
* 커패시터 100mF 극성(0603 SMD) - 1개.
* 커. 커패시터 100nF (0603 SMD) - 1개.
* 커패시터 10mF 극성(0603 SMD) - 2개.
* 커. 커패시터 10nF (0603 SMD) - 1개.
* 커. 커패시터 220nF (0603 SMD) - 1개.
* 20nF - 2개.
* 저항기 10kOm(0603 SMD) - 1개.

1) 먼저 보드 2개를 만들어야 합니다.

2) 모터를 제거하기 위해 오래된 불필요한 하드 드라이브를 찾고 있습니다. 일부 하드 드라이브에서는 모터가 볼트로 부착되어 있지 않지만 케이스에 눌려져 있습니다. 하드 드라이브를 선택할 때 이 점에 주의하십시오. 잘라야해요 :)