Часы из HDD на основе стробоскопического эффекта

Автор: Ramzez, roma5g21 ПСЭ_МЫЛО_РУ
Опубликовано 29.08.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2014"

Доброго дня, коты!

От души поздравляю именинника с 9 летием и хочу поблагодарить его за возможность помогать друг другу, общаться да и просто заниматься любимым делом, которую он нам дал и облегчил! И пусть все у него будет хорошо, лапы в сметане, а усы в молоке!

Хочу рассказать вам о своем устройстве.

Это часы. Да. Но не простые и не банальные. Есть в них что то особенное, немного футуристичное, что привлекло меня и заставляло все эти долгие 5 лет иногда возвращаться  к ним и развивать дальше.

Когда то давно я прочитал статью пользователя MIKROSIN, там я увидел часы основанные на стробоскопическом эффекте:

    Я очень захотел повторить что то подобное, только по - своему. И у меня это вышло, даже больше.

    Предлагаю сразу посмотреть видео, а дальше я расскажу о версиях, о костылях и о том как их преодалеть, тем, кому будет интересно читать дальше.

Видео работы моих часов (12 минут с рассказом):

Это рабочий прототип, но, к сожалению, не итоговый вариант.

По началу я хотел сделать в чистовую прямо для конкурса, но мне довольно тяжело достать у себя все нужные детали для новой платы, а разбирать эту  - чревато что-то испортить.

По этому для наших котов я нарисовал чистовую печатную плату. Если кто то захочет повторить - он сможет сделать это без кучи перемычек-проводков. Проверял 3 раза, но не опробовал, предупреждаю. Впрочем, схема совсем простая.

Так же я нашел в сети печатную плату драйвера двигателя на этой микросхеме. Поскольку свою я рисовал от руки (еще в самой первой версии часов), то делиться особо не чем.

Плюс ко всему печатная плата блока светодиодов.

Далее я постараюсь рассказать о версиях, об их отличии друг от друга, о методе балансировки платы, немного о помехах. Советую читать заинтересованным разработке чего то подобного.

Вначале я крутил плату  на двигателе старого HDD, который при подаче питания сам раскручивает головку. Но понял, что 5-7т. оборотов мне никак не нужны, а отбалансировать все это будет очень трудно.

Так же понял, что двигатели старых HDD уже уставшие и шумные, а новых – хорошие, тихие, но сами они не крутятся при подаче питания, или останавливаются через интервал (т.к. более умны и видят что диска нет или чуют вибрации – не знаю)

Следующая версия была уже намного красивее, без макетной платы, но рисованная от руки. 

Драйвер двигателя я решил купить готовый, в смысле микросхему. Чтобы можно было использовать любой понравившийся двигатель от HDD. Оставалось добавить к ней обвязку, плату для нее я тоже рисовал от руки.

Пробовал разные микросхемы драйверов, но ничего не заработало, кроме LB11880, как и у большинства людей, кто поставил задачу запустить бесколлекторный асинхронный двигатель от HDD на коленке. LB11880 использовались внутри видиков, приводя в движение считывающую головку. Они были проверены временем, их можно было найти во всех магазинах.

Плата уже с балансировочными грузами, а так же с драйвером.

Использовались обычные светодиоды 3мм синие, сверхяркие. Это не очень хороший вариант, т.к. нам нужен как можно больший угол обзора от них. Пришлось сточить округлость до плоскости, что не очень то и помогло потом.

В программировании тогда я был совсем не силен, поэтому все, до чего я смог их прокачать - показывать одни и те же "столбцы" через определенную задержку. 

Всего было 8 светодиодов, это мало, разрешение получилось плохое, да и обычные светодиоды невозможно было расположить хоть как то близко друг к другу, чтобы убрать между ними темные полосы.

Для передачи энергии на крутящуюся плату был использован 3.5 аудио джек, вертикально приклеенный к "ротору". Об него терлись 2 тонких проводка, но, как выяснилось, на больших оборотах это все будет очень шуметь.

Видео работы старой версии со щеточным механизмом:

Версия 2.0

Через год после обновления компьютера и пропажи LPT я собрал USB программатор и все продолжилось. Создал версию на двухцветных светодиодах – но т.к. они оказались не слишком мощными, нужный эффект не был достигнут. Решил заменить блок светодиодов на одноцветный, но поставить их в 2 раза больше, 16 светодиодов, что заняло 2 порта IO, но дало большее разрешение по вертикали.

Сделать механику и электронику было не трудно, все-таки я в этом наупражнялся.

Но написать достойную прошивку, соответствующую собственным задумкам, повысить уровень программирования МК до уровня работы с большим количеством периферии было намного сложнее (и задействовало совсем другие отделы мозга).

Была изготовлена новая плата, еще сырая, не до конца доделанная, на ней было место под «макет» - поэтому я просто подпаивал нужные компоненты, тащил мгтф, писал код, балансировал и запускал все это.

Так, один за одним были добавлены:

1. Биззер от какой то материнки
2. Часы реального времени DS1307
3. Термометр цифровой DS18B20
4. Шим регулятор

Была написана прошивка для работы всего этого с мегой 32.

Принципиальная схема получившегося устройства:

На схеме отсутствует беспроводной приемник, фильтры по питанию, ионисторы.

Блок светодиодов соединен с основной платой 2мя шлейфами и 2 разъемами, которые имеют по 8 линий. Земля приходит к светодиодам в месте спайки платы светодиодов и основной платы.

Шлейфы и разъемы выпаиваются из любого DVD CD привода.

При изготовлении блока светодиодов нужно стараться сделать его как можно уже и тоньше, тогда шумы будут минимальными.

Принципиальная схема драйвера двигателя lb11880 стандартная, чуть ли не из даташита.

Хочу предупредить, среди жестких дисков существуют 2 версии двигателя – со средней точкой(4 вывода) и без (3 вывода). Драйвер может работать и с теми , и с другими, только чтобы работать с 3 выводными, нужно добавить 3 резистора, как во второй схеме.

Схемы взяты на просторах интернета.

Для передачи тока на вращающуюся плату и уменьшения шума я выбрал беспроводной метод. Решил не изготавливать передатчик и приемник с нуля(хотя и пробовал за несколько лет до этой версии, безуспешно), вращающиеся трансформаторы или мотать катушки, а купить готовый вариант на DealExtrime , благо стоит он не дорого(300 р)

Ссылка: https://www.dx.com/p/diy-wireless-charging-transmitter-receiver-solution-module-green-golden-dc-5-12v-194469#.U_XtVkOCLi8

Питание заявлено от 5 до 12 вольт, но лучше 5 т.к. при 12 дико греется и катушка, и ее драйвер.

Одно кольцо надевается на двигатель и лежит статично на корпусе. Второе вращается вместе с диском. Вращение делу не мешает. Главное подобрать двигатель нужной высоты (варьируется количество диском в HDD – и от этого зависит высота двигателя) чтобы двигатель вошел в катушку, поместилась вращающаяся плата и ничего не задевало друг за друга.

После установки и испытания приемника и передатчика стало понятно, что передатчик дает помехи по питанию на драйвер двигателя, который не мог устойчиво работать вместе с передатчиком. Пришлось добавить простейшие фильтры в количестве 2 штуки по линии 5V в виде двух дросселей из БП АТХ с конденсаторами между ними. После этого драйвер заработал как надо.

Одним из самых сложных моментов оказалась балансировка вращающегося диска.

Опишу свой разработанный и работоспособный метод.

Для балансировки требуется изготовить вращающийся диск с отверстием в середине, которое имеет диаметр такой же, как и в диск CDDVD.

Далее, разбираем DVD привод.  Вытаскиваем нужные шлейфы и разъемы для блока светодиодов.

Находим двигатель, откручиваем и разбираем. 

Ротор двигателя состоит их 2х частей - пластик, железо и вал между ними. Нам нужен пластик + вал. 

Их видно на фото слева. Пластиковая часть идеально ложиться в нашу плату, как в диск, а вал в ней отполирован.

Далее берем любой "блинчик" из жесткого диска и вырезаем из него 2 сектора по 30 градусов.

Изготавливаем конструкцию наподобии той, что на фото слева.

Не важно какой конец вала выше или ниже, это не влияет на процесс балансировки.

Итого мы имеем идеально полированный вал, идеально ровную внутреннюю окружность блинчика HDD. Наша плата в такой конструкции проворачивается тяжелым концом вниз. Нам лишь остается утяжелить противоположный ее конец, чтобы она останавливалась в произвольном положении.

Не пробуйте подшипники, иголки со стеклом - из этого врятли выйдет что то хорошее.

Подшипники я сам пробовал - слишком высокое трение все равно.

Если иголками - то чтобы потом вырезать дырку под диск HDD и не сместить центр - придется постараться.

Ах да, забыл. Весь смысл в том, что дырка у нас под CD, а двигатель то от HDD...

Двигатели имеют "выступ", на который садится шайба, которая прижимает блинчики вместе. Очень часто она имеет такой же диаметр как и дырка у CD диска, требуется подобрать.

Важный момент:

Балансировать надо в 2х плоскостях - вертикальной и горизонтальной. 

Это приспособление позволяет отбалансировать в горизонтальной плоскости, в которой у нас наиболее значимый дисбаланс. Уберуться наибольшие биения, но остануться другие, несмотря на то, что вроде бы плата отбалансирована.

Все дело в том, что у нас с одной стороны выпирает плата светодиодов , а с другой стороны ничего не выпирает. То есть центр масс немного вынесен за плату.

Метод такой - делаем что то наподобие платы светодиодов, клеим туда пару болтиков.

Потом балансируем на валу, пробуем.

Если все равно есть биение - добавляем или снимаем грузик с выступа, балансируем на валу, смотрим - больше дисбаланс или меньше. Соответственно добавляем или убираем еще болтик.

Этим методом я балансировал раз 10 точно, все получалось (добавление каждого массивного компонента на плату требует перебалансировки).

В будущем я планирую поставить вместо противовеса такую же плату светодиодов, второй оптический датчик. И включать второй блок светодиодов точно так же , как и первый, но с разницей в 180 градусов. Это даст при той же частоте обновления меньшее в 2 раза количество оборотов, что снизит шум до его полного отсутствия.

Так же есть идеи по внедрению Bluetooth приемника и ПО для ПК, чтобы передавать - прогноз, количество сообщений, влажность, что то еще.

Но не уверен что на это хватит энтузиазма.

В процессе понял, что не обязательно нужен корпус HDD. Единственное, что нам от него нужно - это бесшумный качественный двигатель. И все.

А подставку под него можно сделать гораздо приятнее - к примеру на 3х ножках, спрятав драйвер под диск.

При желании обесшумить конструкцию можно поставив сверху прозрачный колпак.. что спасет пальцы друзей и нос кота. Но эффект , конечно, будет уже не тот. (дно 3 литровой банки подошло бы идеально)

Есть еще очень обширная тема - прошивка. Но вышло > 2 000 строк кода на Си, что заняло почти 40% памяти меги 32. Описывать это все я не буду - не об этом конкурс. Любой желающий сможет посмотреть код.

Впринципе это все, что я хотел сказать. Буду рад ответить на любые вопросы в обсуждении далее.

Файлы:
печатные платы, схема, проект CodeVisionAvr

Все вопросы в Форум.