Вторая жизнь вторичных электромеханических часов
В статье описан способ автономного использования вторичных электромеханических часов. Кто знает, что такое вторичные часы, тот меня поймет, а кто не знает — тот может дальше не читать — ему это не пригодится 🙂
На крупных предприятиях, существующих с незапамятных времен, имеются горы вторичных часов, которые в настоящее время мало кто использует. Однажды у меня возник вопрос: что из них можно сделать? И родилась идея сделать их автономными и повесить на стену как раритет!
Для этого необходимо устройство управления, вырабатывающее импульсы напряжения постоянного тока длительностью 1-2 сек., которые 1 раз в минуту подаются на обмотку привода часов с чередующейся полярностью. Немного поэкспериментировав, было выяснено, что показанные на фото часы «Стрела» сохраняют работоспособность при снижении управляющего напряжения до 10В, что позволило упростить схему устройства управления, запитав все элементы схемы стабилизированным напряжение 12В.
Описание схемы устройства
Схема устройства управления приводом вторичных часов показана на рисунке:
Генератор минутных импульсов собран на специализированной микросхеме DD1, в состав которой входит задающий генератор, тактируемый кварцевым резонатором ZQ1, и два счетчика-делителя. Подстроечный конденсатор С3 служит для точной настройки хода часов.
С выхода 10 DD1 импульсы частотой 1/60 Гц подаются на счетчик-делитель на 2, собранный на микросхеме D-триггера DD2. С помощью этого делителя, цепочек R6-C6, R7-C7 и логических элементов DD3.1, DD3.2 выполняется формирование импульсов логического «0» длиной 1-2 сек. поочередно на выходе DD3.1 или DD3.2 один раз в минуту. Длительность импульсов зависит от номиналов элементов R6, C6, R7, C7. Затем, через буферные инверторы на элементах DD3.3, DD3.4 и токоограничивающие резисторы R8, R9, импульсы управления подаются на базы транзисторов VT2-VT5, с помощью которых питающее напряжение соответствующей полярности подается на обмотку привода часового механизма.
Светодиод VD1 служит для индикации хода часов. С выхода 6 DD1 импульсы частотой 2 Гц через резистор R4 подаются на базу транзистора VT1, который коммутирует анод светодиода VD1.
Питание устройства осуществляется стабилизированным постоянным напряжением 12В. Схема стабилизатора состоит из интегрального стабилизатора DA1 и фильтрующих конденсаторов С4, С5.
Конструкция и детали
За исключением индикаторного светодиода VD1 все элементы устройства управления собраны на печатной плате из односторонне-фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рисунке:
Плата изображена со стороны установки компонентов. Плата рассчитана на установку выводных компонентов, особых требований к которым не предъявляется.
Блок питания на 15. 30 В можно использовать внешний, или встроить трансформатор с выпрямителем и фильтром внутрь часов, как это сделано у меня:
Некоторые экземпляры часов отказываются работать при величине питающих импульсов величиной 11В. В этом случае можно порекомендовать перемотать обмотку приводного двигателя. Это делается не сложно — он легко разбирается и в нем всего одна обмотка. Я делал просто: сматывал всю обмотку и снова ее наматывал этим же проводом, сложенным вдвое. На катушке написано количество витков, поэтому поделить ее пополам, имея намоточный станок со счетчиком, не представляет труда.
Сначала следует подобрать номинал резистора R3 который обеспечит плавность регулирования от нуля. Для наладки вместо резистора R3 впаивают перемычку, движок переменного резистора R2 переводят в верхнее по схеме положение и подают на схему питание. Вольтметром будем контролировать напряжение Vin(+) на выводе 5 DA1. Плавно переводя рычаг резистора R2 вниз, наблюдаем сначала плавное снижение напряжения на выводе 5 DA1, а затем его резкое увеличение. Выставив минимальное напряжение на выводе 5 DA1 выключаем питание, выпаиваем резистор R2 из схемы и измеряем сопротивление между движком и нижним по схеме выводом. Номинал резистора R3 выбираем равным или немного меньшим измеренному сопротивлению. Впаиваем R2 и R3 в схему и проверяем плавность регулирования выходного напряжения.
Выводы
Устройство отличает надежность, низкое энергопотребление (не более 30 мА в момент подачи импульса управления), отсутствие деталей требующих обслуживания, а также наглядная светодиодная индикация хода часов. К недостатку следует отнести зависимость от наличия питающего напряжения. У меня на работе такие часы идут уже более 10 лет!
Источник
Генератор минутных импульсов для вторичных часов
ГЕНЕРАТОРЫ СЕКУНДНЫХ И МИНУТНЫХ ИМПУЛЬСОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ЧАСОВ НА МИКРОСХЕМАХ
Для формирования импульсной последовательности с периодом повторения 1 с (секундных импульсов) в электронных часах обычно используют микросхемы, специально предназначенные для этой цели: К176ИЕ5, К176ИЕ12, К176ИЕ18. В структуре указанных микросхем предусмотрены ключевые элементы (инверторы), выполняющие роль усилителей-формирователей и в этом качестве составляющие основу ЗГ. На рис. 17 приведены структурная схема К.176ИЕ5 и варианты подключения к ней внешних радиодеталей для образования схемы ЗГ. Рассмотрим приведенные варианты, предварительно заметив, что они не исчерпывают возможность схемотехнических решений этого функционального узла, а представляют собой примеры схем, получивших широкое распространение на практике.
В первых двух вариантах (рис. 17,а,б) ЗГ построен по схеме несимметричного мультивибратора с одной времязадающей R С-цепью. Вместо конденсатора в цепь положительной обратной связи (ПОС) включается кварцевый резонатор Z . Для обеспечения режима устойчивых автоколебаний вводится цепь отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току, благодаря которой инверторы выводятся на линейный участок характеристики передачи, где они обладают усилительными свойствами.
Рис. 17. Генераторы импульсов на микросхеме К176ИЕ5:
а, б — на основе мультивибраторов, в — на основе задающего генератора с трехточечной схемой
Менее критичной к сопротивлению резистора в цепи ОС является схема второго варианта (рис. 17,6). При необходимости подстройки с целью стабилизации режима генератора в цепь ОС вводится переменный резистор R 2. При использовании низкочастотного кварцевого резонатора с частотой до 100 кГц рекомендуется включение конденсатора С небольшой емкости между входом первого инвертора и корпусом для устранения паразитного высокочастотного самовозбуждения генератора.
Третий вариант (рис. 17,в) ЗГ реализуется по трехточечной схеме, в кото- к ой кварцевый резонатор включается в диагональ резистивно-емкостного моста, подключаемого другой диагональю к инвертору. Инвертор должен работать в режиме усиления. Настройка генератора на частоту кварцевого резонатора производится подбором емкости С2 и с помощью переменного конденсатора СЗ.
Наиболее удобным для совместного применения с микросхемами серии К.176 являются стандартные кварцевые резонаторы на частоту 32 768 Гц. Это объясняется тем, что имеющиеся внутри указанных выше микросхем делители обеспечивают деление частоты ЗГ [ т в 2 15 раз, т. е. в 32 768 раз, что позволяет на выходе микросхем получить секундные импульсы. В микросхеме К176ИЕ5 для этого требуется дополнительное внешнее соединение (рис. 17), в других (К176ИЕ12, К176ИЕ18) необходимость в таком соединении отсутствует.
На рис. 18,а приведена принципиальная схема генератора секундных импульсов на микросхеме К176ИЕ5. Здесь и в других схемах на этом рисунке численные данные приведены для варианта применения стандартного кварцевого резонатора на частоту 32 768 Гц. Микросхемы допускают также использование кварцевого резонатора на частоту 16 384 Гц. Тогда секундные импульсы выделяются на выходе 2 14 (вывод 4). Назначение других выходов и получаемых на них сигналов рассмотрено в § 3.
На микросхемах К176ИЕ12, К176ИЕ18 могут быть реализованы также и генераторы минутных импульсов. Структура этих микросхем по сравнению с К176ИЕ5 дополнена делителем на 60, который в микросхеме К176ИЕ12 имеет отдельный вход Т2 (рис. 18,6).
Рис. 18. Генераторы импульсов на микросхемах серии К176:
а — К176ИЕ5, б — К176ИЕ12, в — К176ИЕ18
Для образования генератора минутных импульсов необходимо выход 2 15 (вывод 4) внешним соединением подключить ко входу Т2 (вывод 7). Минутные импульсы выделяются на выходе 60 (вывод 10).
В микросхеме К176ИЕ18 делитель на 60 внешнего входного вывода не имеет. Его вход внутренним соединением подключен к выходу генератора секундных импульсов. Таким образом, микросхема К176ИЕ18 при подключении к ее выводам 12, 13 резистивно-емкостной цепи с кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц (рис. 18,б) позволяет получить последовательность секундных (вывод 4), минутных импульсов (вывод 10), а также другие импульсные последовательности, назначение которых описано в § 3.
Рассмотренные схемы относятся к варианту применения специальных часовых кварцев. При их отсутствии можно воспользоваться кварцем на другую частоту, но при выполнении некоторых условий. Прежде всего следует учитывать, что наибольшая частота переключения микросхем серии К176 равна 1 МГц и поэтому собственная частота резонатора не должна превышать этого значения. При необходимости использовать кварцевый резонатор с более высокой собственной частотой рекомендуются микросхемы серий К561, К564 — дс 2 — 3 МГц, серии К155, К555 — до 10 — 15 МГц. Последние две серии относятся к классу микросхем транзисторно-транзисторной логики ( R 155) и ТТЛ с диодами Шотки (К555) [4].
Следует также принять во внимание, что герметизированный кварц можно использовать только на номинальной частоте. Если эта частота кратна 10, то для ее деления до 1 Гц целесообразно использовать делители на 10 — микросхемы К176ИЕ2, К176ИЕ4, К176ИЕ8. Например, если частота кварца равна . 1 МГц, то для реализации генератора секундных импульсов необходимы шесть микросхем делителей на 10.
Практический интерес представляет вопрос о реализации генератора секундных и минутных импульсов на основе кварцевого резонатора, который не герметизирован и допускает увеличение рабочей частоты уменьшением длины пластины.
При подгонке частоты кварцевого резонатора целесообразно исходить из того, что наиболее простым и удобным для реализации является схемотехнический вариант генератора секундных импульсов на основе двоичного счетчика с последовательным переносом (рис. 14). Такой счетчик в режиме делителя частоты позволяет получить коэффициент деления 2 n , где n — число разрядов (триггеров) делителя. Следовательно, в частоте кварцевого резонатора необходимо предъявить требование ее кратности числу 2 n . Например, микросхема К.176ИЕ5, имеющая в своей структуре 15-разрядный двигатель, предназначена для формирования секундных импульсов при использовании кварцевого резонатора с номинальной частотой 32768 Гц. Наличие у данной микросхемы выхода от 14-го разряда делителя позволяет получить секундные импульсы и при использовании кварцевого резонатора с частотой 16384 Гц.
В случае включения в схему ЗГ резонатора с частотой, отличающейся ог указанных значений, например, 131072 Гц (рис. 19), для формирования последовательности секундных импульсов к делителю микросхемы К176ИЕ5 необходимо добавить делитель на 4, выполненный на двух Д-триггерах микросхемы К176ТМ1.
Рис. 19. Генератор секундных импульсов на КП6ИЕ5, К176ТМ1
При изготовлении часов с индикацией только часов и минут целесообразно иметь в схеме ЗГ кварцевый резонатор с номинальной частотой, кратной 2 n /60, из следующего ряда значений (с округлением до 1 Гц):
Частота кварцевого Число разрядов n резонатора, Гц
Если имеется кварц с частотой от 70 до 130 кГц, то подстройка должна производиться до частоты 131 072 Гц (для секундной последовательности) или до 139810 Гц (для минутной последовательности). В этом случае делители должны иметь 17 или 23 разряда соответственно, что может быть реализовано на микросхемах К176ИЕ5 и К176ТМ1.
При практической реализации ЗГ следует помнить, что точное значение частоты генератора зависит не только-от геометрических размеров пластины кварца, но и от паразитных емкостей реальной схемы его выполнения. Поэтому точную подгонку кварца следует производить в той схеме, где он будет работать. Значение частоты измеряется электронным частотомером, подключенным через конденсатор емкостью 10 — 20 пФ к выводу 11 или 12 (для микросхемы К176ИЕ5) или к 14 (для К176ИЕ12).
Подгонка частоты генератора должна осуществляться с максимальной точностью, так как расхождение частоты в 1 Гц соответствует примерно неточности хода часов 1 с в сутки. Однако при недостаточном опыте в подточке кварцев и в точном измерении частоты генераторов подточку лучше закончить, не доходя до номинальной частоты 10 — 15 Гц. Точное значение частоты при работе кварца в реальной схеме устанавливается в этом случае с помощью под-строечного конденсатора, включаемого последовательно с кварцем. Емкость этого конденсатора в процессе эксплуатации часов можно также изменять при отклонении частоты ЗГ из-за изменения температуры окружающей среды или старения кварца. На частоте 139 кГц с помощью конденсатора, включаемого последовательно с кварцем, можно увеличить частоту на 100 Гц. Если при подгонке кварца частота завышена, то параллельным включением конденсатора Удается ее понизить только на 7 — 10 Гц, при этом ухудшается стабильность ЗГ.
Источник
Генератор минутных импульсов для вторичных часов
Автор: Алексей
Опубликовано 11.02.2010
Раздобыл я как-то на работе вот такие часы, оставшиеся со староглиняных времен, а когда-то работавших повсеместно. Это так называемые «вторичные часы», то есть сами по себе они ходить не умеют. Для того, чтобы они пошли, им нужно подавать импульсы амплитудой 24 вольт каждую минуту, причем каждый следующий импульс противоположной полярности относительно предыдущего. Импульс должен быть длиной около секунды. А устройство, которое эти импульсы дает, называется «первичные часы».
Так как я — большой любитель ретро-музыки, ретро-техники и вообще всего того, чему больше 10 лет, я решил эти часы оживить и повесить у себя на радость себе!
А часы, судя по штампу, оказались 1962 года выпуска!
Первичных часов у меня не было, схемы не сохранилось, поэтому родилась вот такая схема:
А почему не на микроконтроллере? — спросите вы.
А потому что у меня завалялись часовые микросхемы, тоже с глиняных, но не очень старых времен. А микроконтроллеры я пока научился только прошивать, а писать прошивки еще нет. Вот научусь — и сделаю такие часы на микроконтроллере (задумки уже есть).
Теперь о схеме. 176ие18 — собственно главная часовая микросхема, с задающим генератором 32768 Гц, выдающая для наших нужд минутные и секундные импульсы.
Минутные импульсы берем для формирования импульсов для вторичных часов, а секундные подаем на 176ие4, пара которых считает нам секунды, а также используем для подгона вторичных часов по необходимости. С помощью триггера 176тм2 делим минутный импульс пополам, то есть каждый следующий минутный импульс будет выходить с соседнего выхода триггера. Это необходимо для смены полярности импульсов. На 176ие7 собрано два одновибратора, которые выдают нам импульсы нужной длительности (около одной секунды). Далее импульсы поступают на ключи, коммутирующие 24 вольта для вторичных часов. Можно было, конечно, и на релюшках сделать, но хотелось, чтобы было тихо и красиво. Поэтому сначала сделал ключи на транзисторах VT3-VT6, а потом на полевых ключах IRF7343 (в даташите пишут, что они держат до ампера, поэтому к ним таких часов можно подключить
30-40 шт., у моих сопротивление катушки 1кОм.). IRF7343 ставятся вместо VT3-4 и VT5-6.
Я добавил два светодиода HL1 и HL2, которые показывают наличие минутных импульсов, один — положительного, второй — отрицательного.
Переключатель S1 служит для переключения вида работы часов (ход, стоп, подгон).
Ход — импульсы подаются раз в минуту, часы идут.
Стоп — импульсы не подаются (например, если часы перевели на час назад — удержать один час).
Подгон — вместо минутных импульсов подаются секундные (например, если часы перевели на час вперед — нагнать один час).
Если индикация секунд не нужна, то убираются DD4 и DD5. Кренку тогда можно заменить на 78L09 (c током до 100 мА).
Итог: получились у меня вот такие «первичные» часы, к которым, в случае необходимости, можно подключить еще несколько десятков «вторичных» часов.
Источник