Как сделать часы пропеллер. Простая и удобная схема сборки часов пропеллер. Часы пропеллер на движке от жесткого диска

14.10.2023

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.

В этом видео показаны интересные часы, которые называются пропеллер. На их изготовление потрачено три вечера. Ранее не было хорошей схемы этих часов. Теперь, когда очень хорошая, простая и удобная в сборке схема найдена, появилась возможность для её повторения. К схеме идут файлы с печатными платами. Схема часов простая, доступна для начинающих радиолюбителей, которые могут делать печатные платы и прошивать контроллер.

Радиодетали дешево можно купить в этом китайском магазине .

Почему часы называются пропеллером? Эту конструкцию вращает вентилятор, то есть кулер от компьютера. Как видите, на роторе стоит управляющая плата со светодиодами. Они создают эффект часов. Светодиодами управляют микропроцессоры, которые в определенные моменты зажигают светодиоды и получается эффект изображение в пространстве циферблата.

На видео изображение немного мигает, но это только лишь эффект видеосъемки. На самом деле все светит очень ярко и четко, особенно в темноте.

На видео показано, что можно правильно настроить время, управлять мотором, который вращает светодиоды.

Получились очень красивые интересные часы с необычным механизмом и принципом действия. Про часы с автоматическим заводом .

Часы пропеллер на движке от жесткого диска

Необычные динамические светодиодные часы на моторчике от жёсткого диска.

Часы пропеллер

Схема устройства:

Принципиальная схема Фото: 1

Принципиальная схема Фото: 2

Принципиальная схема Фото: 3

Принципиальная схема Фото: 4

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.

Печатная плата вид снизу

Печатная плата вид сверху

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:)

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

В данном проекте часов-пропеллера используется так называемый POV (P ersistence O f V ision)-эффект или говоря по русски: эффект персистенции. Эффект основан на возможности нашего мозга и глаз соединять в одно изображение быстро меняющиеся (движущиеся или мерцающие) картинки. К примеру на этом основан эффект кинематографа.

На ютубе представлено множество различных видеороликов с POV-эффектом, однако среди них мало информации как сделать такие устройства своими руками. В нижеприведенном проекте я постараюсь описать процесс создания POV-устройства.

Цели и задачи проекта

Целью данного проекта является создание часов-пропеллера, использующих один цвет, с использованием POV-эффекта для создания оптической иллюзии. Устройство должно отображать изображение (точнее его часть в определенной точке) по всей окружности от 0° до 360° с точностью 1°. ИК-передатчик в паре с ИК-приемником, образуют нулевую точку для отслеживания местоположения пропеллера.

В нашем POV-девайсе используется два источника питания: один находится на плате пропеллера, второй управляет моторчиком, который вращает пропеллер. Принцип работы POV будет следующий: старт с нулевой точки, затем каждый 1° будут загораться в зависимости от местоположения пропеллера в круге 360°.

Используемые радиоэлементы

PIC18F252 - микроконтроллер. Основной элемент нашего устройства.

74LS373 (отечественный аналог 555ИР22) - регистр-защелка для управления светодиодами.

Компьютерный вентилятор (3800 об/мин) - я выбрал вентилятор с встроенным контроллером скорости и питания. Для POV-эффект требуется вентилятор с скоростью вращения не менее 3600 об/мин.

Инфракрасный светодиод и фототранзистор - пара этих элементов предназначена для отслеживания нулевой точки. Когда пропеллер пересекает нулевую точку, то в микроконтроллере срабатывает прерывание, по которому программа визуализации начинается с 0°.

Также, в проекте используются:
7805 +5В преобразователь
47мкФ конденсатор
40 МГц кварц
2x 330 резисторы
16x зеленые LED
ИК-диод
Фототранзистор
Макетная плата
Соединительные провода
9В держатель батарейки
PICkit2 программатор

Принципиальная схема POV

Схема устройства не сложная и содержит три основных компонента: преобразователь 7805 в источнике питания, микроконтроллер PIC18F252 и регистр 74LS373 для управления светодиодами и ИК-диод и фототранзистор для отслеживания нулевой точки.

Вкратце об основных модулях устройства:

Источник питания
Стандартные +5В для питания микроконтроллера получаем через преобразователь LM7805 (корпус Т220). Выходной конденсатор служит для фильтрации бросков напряжения.

Управление светодиодами
В PIC18F252 использована 8-бит шина данных с 2 линиями управления 74LS373, которые включают или выключают светодиоды, в зависимости от пришедших данных. При данном схемотехническом решении в один момент времени возможно управление только одной микросхемой 74LS373, поэтому светодиоды загораются не со 100% синхронностью.

Отслеживание нулевой точки
Синхронизации изображения осуществляется при помощи нулевой точки, для отслеживания которой используется ИК-диод и фототранзистор. Когда свет от диода попадает на транзистор, он открывается и +5В от коллектора идут к +0В эмиттера. Контроллер PIC обнаруживает спад сигнала и отрабатывает программу возврата к нулевой точке.

О микросхеме 74LS373

Микросхема 74LS373 (отечественный аналог 555ИР22) представляет собой регистр-защелку с тремя состояниями выходов, содержащая в себе 8 D-триггеров. Даташит PDF .

Данную микросхему я использовал в качестве LED-драйвера. Выхода м/с включают или выключают соответствующие светодиоды. Каждая м/с имеет два входа управления: LE (Latch Enable) и OE (Output Enable). Ниже, я кратко опишу как применять эти входы в нашем проекте.

Output Enable (OE) - подключает/отключает выхода микросхемы. Вход инверсный. Если на входе 1, то выхода имеет состояние высокого сопротивления, если на входе 0, то данные передаются от входа к выходу (см. таблицу истинности в даташите).

Latch Enable (LE) - вход, в зависимости от состоянии которого м/с будет сохранять текущее состояние выходов, либо устанавливать новое состояние выходов, в зависимости от данных на входе. Если вход LE активен (логическая 1 на входе), то данные свободно передаются от входа к выходу. Если на входе 0, то данные не передаются, а выходное состояние зависит от предыдущего значения входов.

Расчет таймингов POV

Для того, чтобы в определенном положении POV отображать соответствующие данные, мы должны очень точно рассчитать все тайминги и задержки. К счастью, контроллер PIC содержит встроенный таймер, который мы и будем использовать.

Частота вращения вентилятора = 3800 об/мин
Найдем частоту вращения в секунду 3800/60 = 63.3333 об/сек.
1 полный круг = 1/63.3333 = 0.015789 секунд
1° вращения = 0.015789/360 = 0.000043859 секунд
Частота выполнения инструкции 40 МГц/4 = 10 МГц
Инструкций на 1° вращения = 43.86 мкс/10000000 = 438.6
Получается 438 инструкций на каждый 1° вращения

Т.о. зная частоту вращения вентилятора, мы можем найти время для поворота на 1°. У нас получилось значение 43.86 мкс, это будет интервал вызова прерывания микроконтроллера, по которому будет обновляться состояние светодиодов. Для получения полной картинки, нам нужно будет выводить для каждого из 360 градусов свое состояние светодиодов.

Отслеживание нулевой позиции

Для того, чтобы наш POV-проект был более точен в отображении картинки, я использовал контроль нулевой точки при помощи ИК-светодиода и фототранзистора. После того, как точка 0° пройдена, изображение сбрасывается и начинается новый цикл.

На видео выше показан пример простой схемы с использованием ИК светодиода. Когда ИК светодиод включен, фототранзистор детектирует излучение и выключает красный светодиод. Такой же принцип и используется в нашем проекте для обнаружения нулевой позиции.

На картинке выше показано, как реализовано отслеживание нулевой точки в нашем POV-проекте. Всякий раз, когда пропеллер проходит над ИК-светодиодом, транзистор открывается соединяя +5В с коллектора к земле эмиттера. Микроконтроллер PIC обнаруживает данный переход состояния и т.о. определяет нулевую точку.

Изготовление платформы пропеллера

На картинке ниже я собрал все детали, которые будут нужны нам для изготовления POV. Не показан только источник питания для вентилятора и ИК-диод.

Сперва мы должны прикрепить вентилятор к основе, для этого используем 4 болта и гайки.

Для этого, в основе сверлим четыре отверстия и закрепляем вентилятор в центре основы.

Прикрепляем небольшой кусок фанеры, при помощи клея или эпоксидки, к вентилятору.

Обрезаем лопасти вентилятора и прикрепляем держатель 9В батарейки.

Сверлим четыре отверстия в плате и закрепляем ее на 4-х шпильках фанеры. Стараемся соблюсти баланс.

Откручиваем плату и делаем ее прямоугольной. Затем опять прикрепляем.

Компоновка радиодеталей

При компоновке деталей на плате необходимо соблюдать баланс, чтобы при вращении не было дисбаланса. Старайтесь размещать детали ближе к центру и равномерно, в дальнейшем можно для балансировки прикрепить грузики на плату (я так и сделал, закрепив две монетки).

На макетной плате я использовал монтаж накруткой, так называемый олд-скул метод. Для микросхем использовал сокеты.

Для начала я разместил все сокеты и компоненты стабилизатора.

Следующим этапом, необходимо разместить светодиоды в один ряд на противоположной стороне платы.

После того, как все установлено, скручиваем или припаиваем все выводы согласно принципиальной схеме POV

Сначала, я соединил микроконтроллер PIC и триггеры

Затем, соединил светодиоды к источнику питания и схеме управления.

Последним шагом, я закрепил инфракрасный светодиод к основе.

ИК-светодиод должен быть закреплен очень прочно

И должен быть размещен напротив фототранзистора на плате.

Наш проект POV почти готов!

Осталось залить прошивку и протестировать

Программное обеспечение

Основные функции в программе это:
-High Priority RB0 Interrupt
-Low Priority Timer0 Interrupt

High Priority RB0 Interrupt

Работа данной функции прерывания высокого приоритета заключается в том, чтобы сбросить timer0 и начать вывод на LED с самого начала. Когда POV-эффект формируется, его отображение происходит много раз за секунду. Переменная led_count используется как счетчик прерываний таймера, чтобы знать какой выходной набор выводить на LED для отображения. INT0 также сбрасывается.

Low Priority Timer0 Interrupt

Void InterruptHandlerHigh() { if(INTCONbits.INT0IF) //check if INT0 interrupt flag is set { led_count = 325; WriteTimer0(0xFFE0); INTCONbits.TMR0IF = 0; //Clear TMR0 Flag INTCONbits.INT0IF = 0; } INTCONbits.GIEH = 1; }

По прерыванию от Timer0 уменьшается переменная led_count. Условие if/else используется для вывода данных часов/текста и т.п.

Тестирование POV

Мы подошли к заключительному этапу нашего проекта POV. Осталось запустить все и наслаждаться POV-эффектом. В клипе ниже, вы можете видеть все этапы конструирования и тестирование пропеллера-часов.

Интервалы в 1° легко успевает отрабатывать 40 МГц МК. Т.о. можно выводить как графическую информацию, так и текст, флэш памяти микроконтроллера я думаю хватит для любых паттернов

В заключении хотелось бы сказать, что это очень простой POV проект, который вы можете взять за основу для каких-либо своих улучшенных POV. А улучшать тут есть что: это может быть использование RGB-светодиодов для получения цветного изображения, или использование одного источника питания для всей системы и т.д. Данный пропеллер от 9В батарейки работает всего несколько часов

Скачать исходники

Оригинал статьи на английском языке (перевод Колтыков А.В. для сайта сайт)

Список радиоэлементов

Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
Микроконтроллер	PIC18F252	1		В блокнот
Регистр-защелка	SN74LS373	2	555ИР22	В блокнот
Линейный регулятор	LM7805	1		В блокнот
Фототранзистор		1		В блокнот
Электролитический конденсатор	47 мкФ	1		В блокнот
Резистор	47 Ом	1		В блокнот
Резистор

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:

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.