Годинник-пропелер »з ефектом стробоскопа на pic16f84a

Багато дивовижних електронних проектів можна знайти на просторах Інтернету, що і не дає допитливому розуму спокою.
І нехай «годинник-пропелер» далеко не новинка в великий Мережі, але я, наткнувшись в один прекрасний момент на схему годин зі стробоскопічним ефектом, не зміг пройти повз.

трохи теорії

Основна ідея приладу полягає в Мікроконтроллерні управлінні групою світлодіодів, встановлених на бистровращающєєся підставу.

У коді задається цикл, який повторюється від зовнішнього переривання. Припустимо довжина загальної пачки 15 мс. У цей проміжок часу кожен світлодіод загоряється n-число раз. При малій частоті обертання людське око вловить лише одноразове включення всіх світлодіодів відразу. Але, варто збільшити частоту обертання, і малі інтервали загальної пачки почнуть розтягуватися по осі Х, і очей вже почне вловлювати неодночасно спрацьовування. Так буде тривати до певної граничної частоти обертання, при якій інтервал тривалістю 15 мс буде розгорнуто на деяку довжину по осі X, при якій вже чітко будуть помітні інтервали миготіння всередині загальної пачки і окреслять цифри, які складуться в загальну картину. Подальше збільшення частоти обертання призведе до розтягування загальної пачки імпульсів і цифри стануть не Новомосковскеми.

Практична реалізація на базі вентилятора від кулера ПК

Практично ж це реалізується на обертовому підставі, яким може послужити моторчик, пропелер вентилятора або ще що-небудь. Я вибрав варіант з вентилятором від процесорного кулера.
Тут головне не помилитися у виборі. Вентилятор під проект потрібно брати потужніший (4-5 Вт, струм споживання 0,35-0,5 А) і з частотою обертання не менше 2200 оборотів в хвилину.
Менш потужні варіанти не підійдуть, вони просто не вийдуть на розрахункову частоту з вантажем з планки світлодіодів на роторі. Спочатку я вибрав невдалий варіант: 1500 об / хв і 0,19А, він не потягнув і видавав не більше 600-700 оборотів в хвилину.
Потім на радіоринку я відшукав тайванський вентилятор з частотою обертання 3200 об / хв і споживанням 0.4 А. З ним все вийшло.

Вентилятору потрібно зробити ревізію. Насамперед потрібно його розібрати. Зауважу, що вентилятори зустрічаються і не розбірні.

У випадку з розбірним вентилятором, доведеться лише зняти гумову заглушку, стопорне кільце, і розбирання завершена.

Мені ж в перший раз попався нерозбірний вентилятор. Хоча він в результаті не підійшов, але я все одно розповім про всі премудрості його розбирання для тих, кому раптом попадеться такий варіант. Фото безпосередній розборки у мене немає, тому я намалював схему внутрішнього устрою.

Штифт знаходиться в напівпідвішеному стані за допомогою стопорного кільця. Тертя проточенной частини штифта про стопорне кільце незначно внаслідок того, що вістря штифта впирається в змащену прокладку, тим самим утримуючи проточенной ділянку її найтоншою частиною посередині стопорного кільця.

Найскладніша процедура при розбиранні - висвердлити отвір так щоб дістати стопорне кільце, але не вибити внутрішній конус, на якому все тримається. Для цього я використовував бур по склу діаметром 10 мм.

Встановив бур неточно по центру, а з невеликим зсувом.

Після 5 хвилин повільного свердління натрапив на прокладку. Вийняв її. Ще трохи Посверліте і відкрився такий вигляд.

Свердлити потрібно обережно, щоб не зачепити елементи на платі, яка знаходиться поруч.
Тепер знімаємо стопорне кільце, і ротор вільний.
Якщо не хочете таких проблем, то просто знайдіть розбірний вентилятор з потрібними параметрами.

Одна з головних труднощів в реалізації проекту полягає в передачі електроенергії обертається разом з ротором платі. Варіантів реалізації небагато: ковзаючі контакти і обертається трансформатор. Вирішив робити трансформатор. Так як сердечник поставити неможливо, трансформатор буде працювати на високій частоті. Вторинну обмотку потрібно мотати на роторі, а первинну на підставі статора поблизу ротора з зазором 1-2,5 мм.

Від розібраного вентилятора я взяв роторну частина і зрізав лопаті. Зачистив спочатку грубо напилком, потім допрацював дрібним наждачним папером.

Ось макет розташування обмоток.

Щоб дотримати зазор я робив «листковий пиріг». Для початку, в 2 шари намотав на статор паперовий скотч, щоб мотати легше було, і витки не зісковзували.

Обмотку мотав проводом 0,2 мм. Відступив 2-3 мм, зробив запас відводів дроти ок. 4 см і приклеїв за допомогою суперклею. Як тільки клей висох, почав мотати по напрямку вниз. Коли до нижньої межі залишилися ті ж 2-3 мм, закріпив нижні витки суперклеєм, почекав, просякнутий все витки цапонлаком і дав підсохнути. Лак засох, пора мотати другий шар. Намотав другий шар, знову приклеїв верхні витки суперклеєм і просяк лаком.

Всього вийшло 100 витків, приблизно по 50 витків в шарі. Якщо не просочити лаком перший шар, то під час намотування другого шару провід може прослизнути між витками першого шару. Нічого особливо страшного в електричному плані не відбудеться, а ось естетику зіпсує.

Після того як лак висох, я намотав шар щільного паперу товщиною 1,5-2 мм поверх вторинної обмотки, щоб був зазор між обмотками. Промазав зверху суперклеєм.

Увага! До первинної обмотці клеїти цей папір не потрібно! Вийшло кільце має зніматися з первинної обмотки.

Суперклей у мене засох неоднорідне, і я обробив поверхню наждачним папером «нульовку». Суперклей вбрався в шари паперу, і кільце вийшло досить жорстким.

На паперове кільце намотав ще шар щільного паперу товщиною 2 мм, не приклеюючи до першого кільця. Знову промазав суперклеєм. Друге паперове кільце і є підстава майбутньої первинної обмотки. Клей засох, обробив нульовку всі шорсткості. Перевірив, знімаються чи обидва паперових кільця з ротора. Знімаються відмінно.

Завдяки цьому способу з проклеєною папером годі й шукати підставу під первинну обмотку, та й з такою точністю для, збереження потрібного зазору, підібрати щось інше дуже складно.

За образу вторинної обмотки, я на другому кільці намотав первинну обмотку. Просяк лаком і дав висохнути. З лаком потрібно бути обережніше, щоб він не затекло між кільцями і не склеїв їх. Мотав первинку в ту ж сторону. Необхідний всього один шар 50-55 витків.

Розібрав кільця, встановив ротор на підставу вентилятора і суперклеєм приклеїв каркас з первинної обмоткою близько вторинної, дотримуючись зазор.

Трансформатор готовий! Тепер його потрібно живити, а для цього потрібен генератор високої частоти.

Генератор високої частоти для безконтактної передачі харчування

Варіантів подібних генераторів сила-силенна, я вибрав схему на мікросхемі NE555 через простоту і малої кількості елементів обв'язки.

Максимально ефективну частоту на виході генератора підбирав дільником R3-R2 дослідним шляхом. Генератор підключив до первинної обмотці статора, а до вторинної підключив діодний міст, що складається з «шотток» BYV26C, і навантажив світлодіодом через резистор 910 Ом. На місце резисторів R3 і R2 упаяв потенціометри на 50 кому і 10 кОм і підбирав частоту так, щоб на виході діодного моста під навантаженням було близько 12-15 В.

Якщо живити NE555 від +12, то отримане напруга буде 30-40В, що забагато, тому генератор плекаємо від 5 Вольт через стабілізатор 7805.
Після настройки я випаяв потенціометри і замінив їх постійними резисторами найближчого номіналу і провів серію пробних стартів.

Трансформатор готовий, підключений до генератора високої частоти і виставлено потрібне вихідна напруга. Півсправи зроблено! Тепер залишилося найсмачніше - плата обертається.

Основна схема годин-стробоскопа

Повна схема виглядає наступним чином.

Основним елементом управління світлодіодами є мікроконтролер PIC16F84A. який за сигналом синхронізації від оптопари включає світлодіоди в потрібному порядку. Харчування мікроконтролера і світлодіодів виконано на стабілізаторі 78L05.

Плату переробив її під SMD-компоненти, адже чим менше вага плати, тим менше навантаження на вентилятор.

Обертається складається з основної плати та плати індикації, на якій встановлені світлодіоди.

Як випрямних діодів я використовував діоди Шотткі SS12. Під мікроконтролер упаяв 18-контактну панельку, так як був необхідний «холостий пуск».

Довжина плеча може коригуватися за смаком з обліку комфортного спостереження світиться частини. На мою думку розгортка на 90-110 градусів оптимальна. Варіант розгортки менш, ніж на 90 градусів зіб'є цифри в купу, а більше 110 градусів надто розтягне картинку по діаметру.

Спочатку я вибрав довжину плеча в 65 мм, але досвід був невдалим і вже готову плату відпиляв до 45 мм.

Плата зі світлодіодами має такий вигляд.

На ній 7 основних світлодіодів і 2 світлодіода підсвічування. Всі світлодіоди 5 мм в діаметрі.

З'єднання двох плат виконуються пайкою сполучних майданчиків. Плати витравив, провів монтаж, з'єднав. Тепер потрібно посадити їх на ротор вентилятора.
Для цього просвердлив 3 отвори з розкидом в 120 градусів.

У них вставив гвинти з потайною головкою діаметром 3 мм і довжиною 20 мм. Закріпив на гайки і закріпив на них плати.

Кінці вторинної обмотки припаяв до плати. На протилежну сторону від плати індикації поставив компенсуючий противагу, щоб знизити биття при обертанні.

Настав момент холостого прогону без мікроконтролера. Поставив ротор з платами в своє місце на вентиляторі і подав харчування на генератор ВЧ, вентилятор поки нерухомий. Загорілися світлодіоди підсвічування. Перевірив напругу на вході стабілізатора 78L05. воно просіло до 10 Вольт. це нормально. Залишилося встановити синхронізує оптопару, що складається з інфрачервоного фотодіода і інфрачервоного світлодіода. Інфрачервоний світлодіод приклеїв до основи вентилятора і живиться від основного живлення +12 В через резистор 470 Ом. На платі упаяв звичайний ІК-фотодіод.
Встановив оптопару так, щоб при обертанні фотодиод пролітав над світлодіодом якомога ближче.

Настав час пуску!

Перше включення і обрадувало і засмутило водночас. Схема працювала, світлодіоди видали година 12:00, як і повинні були, але зображення було змазаним по осі X. Почав «розбір польотів», в результаті я прийшов до висновку про необхідність заміни фотодіода. Розкид області спрацьовування від зовнішнього переривання МК виявився занадто великий.

Вирішив поставити фотодіод з більш вузькою діаграмою спрямованості, а так же обклеїв світлодіод чорної ізолентою.

Область спрацьовування зменшилася 2-3 рази, і подальше включення обрадувало: розмитість повністю зникла.

Зазначу ще раз, що малопотужні вентилятори не розганятимуть цю конструкцію до потрібної частоти обертання, і картинка буде миготіти в очах. Я переробляв проект рази три, і тільки варіант на вентиляторі з параметрами 0,4 А; 4,8 Вт; 3200 об / хв заробив відмінно.

Очевидний мінус конструкції - відсутність резервного елемента живлення контроллера. Так-так, час буде скидатися при кожному знятті основного живлення +12.

Вибір світлодіодів для стробоскопа

Для цієї конструкції не потрібно брати над'яскравих світлодіодів, слід обмежиться світлодіодами середньої яскравості. Колір світлодіодів індикації і підсвічування - справа смаку. Коли я запаяв половину синіх, а половину червоних світлодіодів і показав групі людей, то єдиної думки не було. Хтось бачив чіткіше сині, а хтось червоні.

Зазначу, що камера некоректно передає картинку, і цього миготіння і ефекту «біжать вогнів» в реальності немає.

Корпус поки не зробив і перебуваю в стадії обмірковування області застосування цього виробу. Домінуюча ідея - нічні години в корпусі з оргскла і зав'язані на датчик руху, відкаліброваного так, щоб годинник не запускалися від кожного руху ноги на ліжку.

Схема і плати проекту.
▼ shemaplata.zip | Файл 32,94 Kb завантажений 17 разів.

Потрібен архів до статті?
Вибирайте свій варіант отримання повного доступу до матеріалів «Журналу практичної електроніки Датагор».

Прошивки.
▼ proshivki.zip | Файл 3,04 Kb завантажений 15 разів.

Потрібен архів до статті?
Вибирайте свій варіант отримання повного доступу до матеріалів «Журналу практичної електроніки Датагор».

Дякую за увагу!