Первичные часы пчк 3 инструкция

Часы электрические первичные показывающие ПЧК3-2РИ-Р24-Р12 ПАСПОРТ И2.815.019 ПС И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОВЕРКЕ МИ 560-84

В связи с постоянной работой по совершенствованию часов

электрических первичных показывающих, повышающей условия

эксплуатации, в конструкцию могут быть внесены незначитель-

ные изменения, не отраженные в настоящем паспорте.

1. НАЗНАЧЕНИЕ

1.1. Часы электрические первичные показывающие

ПЧКЗ-2РИ-Р24-Р12 (в дальнейшем часы) предназначены для

работы в стационарных системах единого времени общего на-

значения с целью выработки информации о шкале времени на

циферблате до стрелочной индикацией и выработки сигналов

информации о размере единицы времени (секунда и минута) в

виде электрических импульсов чередующейся полярности для

управления вторичными часами по специальным двухпроводным

линиям.

1.2. Часы должны эксплуатироваться при температуре окру-

жающего воздуха от 10 до 35° С, относительной влажности от

45 до 80% и атмосферным давлением от 8,4-104 до 10,7-104 Па

(630 до 800 мм рт. ст.).

Принесли тут мне в ремонт такие часы. Произведены они были в 2004 году. Разбирался с ними больше ради интереса: компонентов много, схему и инструкцию ни в сети, ни у хозяев найти не удалось (документы, скорее всего, утеряны за 16 лет), раньше с ремонтом подобных устройств дела не имел. Сейчас, наверное, на такой элементной базе и с таким набором возможностей подобных устройств уже не делают. На данный момент ремонт почти завершён, осталось только решить проблему с регулировкой хода (подробности ниже под катом). В силу обстоятельств не уверен, что отремонтировал всё полностью, но в заданном варианте часы уже могут работать. По окончани решения часы сдам обратно. Оставлю кое-какие заметки тут, вдруг кому пригодится для ремонтов.

Вкратце — что, как, зачем

Начнём с понятий. Вторичные часы — это часы, не умеющие ходить самостоятельно. Им для перевода стрелок (т. е., хода) необходимо периодически давать электрическую энергию. Для этого вторичные часы в одном или нескольких экземплярах соединяются с едиными первичными часами, основной задачей которых и является давать эту энергию, причём в нужный момент и в централизованном порядке, чтобы обеспечить синхронный и точный ход всех часов сразу. Вторичные часы обычно применяются механические с электромагнитом, подключенным к первичным часам обычной двухпроводной линией; параллельно на линии могут присутствовать и другие вторичные часы (максимально допустимое их количество зависит от реализации первичных часов и длины линии и оговаривается в документации на них). Ломаются такие вторичные часы крайне редко, а подводить время можно из одной точки сразу на всех часах: достаточно только поменять время на первичных часах и при необходимости осуществить так называемый подгон (коррекцию отображаемого времени).

Применяется такая система обычно при большом количестве часов в здании или на улице, когда подводить каждые часы технически трудно и (или) накладно. В нашем случае система установлена в административном здании с несколькими вторичными часами на разных этажах.

Оговорюсь сразу: в целях этой публикации мы рассматриваем часы, которые «тикают» раз в минуту. Стандартно каждую минуту или в любой другой момент, когда нужно перевести стрелки, первичные часы выдают в линию с вторичными часами довольно мощный электрический импульс напряжением 24В и длительностью около двух секунд. Электромагниты во вторичных часах используют энергию этого импульса, чтобы провернуть стрелки часового механизма на одну минуту и остановиться в ожидании следующего импульса. Импульс по очереди меняет свою полярность: если в текущий момент он пришёл положительный, то следующий должен быть отрицательным, и наоборот. При нарушении порядка импульсов некоторые часы могут пропустить минуту. Вне переключений напряжение на линии должно отсутствовать, но не слишком большие наводки обычно проблем не создают.
Первые модели первичных часов были, конечно, механическими. С развитием электроники она постепенно начала встраиваться и в первичные часы тоже. Современные первичные часы, судя по рекламе от производителей, имеют много отсутствовавших ранее возможностей вроде коррекции времени через Интернет по протоколу NTP или даже через спутник, автоматического (при необходимости) перевода часов с летнего времени на зимнее и наоборот (да, я знаю, что у нас это отменили, но не факт, что в будущем не введут снова) и т. д., и т. п. Наша модель более проста и менее современна; для коррекции она использует сигналы городской радиотрансляционной сети (кто-то помнит, что это такое, для чего нужен трёхпрограммный приёмник, почему нельзя было совать маленькую вилку в розетку 220В и т. д.?), но собрана уже на микроконтроллере с применением некоторых аппаратных регулировок и защит, а также умеет какое-то время ходить и хранить текущее время вторичных часов на момент отключения электричества, когда их перевод невозможен, и автоматически подгонять время на вторичных часах до текущего после включения. Все возможности можно посмотреть здесь: http://www.watson.ru/chas/info/pchk3m.shtml . Это единственный документ, который мне на эти часы удалось найти в Интернете.

Результаты копания

Вся электроника первичных часов находится внутри единого пластмассового корпуса. Она смонтирована на двух печатных платах — основная плата и плата индикации и управления. На обеих платах написано ХРОНОТРОН и имеется логотип (по-видимому, правообладателя схемы). Во избежание конфликтов с правообладателем я, конечно, не буду срисовывать всю схему и, тем более, публиковать её (ну и далеко не факт, что у меня получилось разобрать всё правильно и на 100% достоверно определить назначение элементов и схему их подключения). Но в то же время попробую описать важную для ремонта, проверки и эксплуатации информацию, которую в ходе разбирательств удалось нарыть. В том числе некоторые не самые приятные сюрпризы, которые стоит иметь в виду ещё до того, как лезешь в эти часы.

Плата индикации и управления крепится над основной платой на длинных стойках. На ней установлены в один ряд два двухразрядных семисегментных светодиодных индикатора. Под ними (если смотреть на закрытый корпус) расположены четыре индикаторных светодиода. Их обозначения на плате слева направо: MIN (минутные импульсы на выходе вторичных часов — светодиод двухцветный, подключен прямо к импульсному выходу через резистор), OVFL (перегрузка или короткое замыкание по выходу вторичных часов), TAKT (короткие импульсы с частотой 2 Гц, по которым отсчитываются минутные импульсы и мигает точка на втором разряде левого семисегментного индикатора) и INPUT (предположительно импульсы с входа, сам не проверял).

Под светодиодами расположены четыре кнопки управления без фиксации с обозначениями (на корпусе): коррекция, установка часов, установка минут и ввод (порядок работы с ними опишу ниже). Эти кнопки при нажатии сажают на землю входы PIC-контроллера на выводах соответственно 25, 26, 27 и 28 (биты 4-7 порта B).

Остальная электроника на плате управления и индикации — резисторы (все выводные с цветовой маркировкой).

Для соединения с основной платой установлены два штырьковых 12-контактных DIP-разъёма без корпусов с шагом 2,54 мм (выглядит как GPIO-разъём на Raspberry Pi или Arduino, только контактов меньше). Не знаю, только ли мне попался сюрприз (то ли от производителя, то ли от предыдущих ремонтников): для соединения плат используются 14-проводные шлейфы с 14-контактными разъёмами; очень легко перепутать (что было причиной одной из проблем, с которой эти часы попали ко мне).

На основной плате в районе специального выреза задней стенки корпуса находятся быстрозажимные клеммы для внешних соединений. Все эти соединения двухпроводные. Их порядок таков (слева направо по парам, если смотреть снаружи на заднюю стенку): вход питания 220В, вход (синхронизация с другими первичными часами в общую сеть?), выход (аналогично), импульсный выход (сюда подключаются вторичные часы), коррекция (насколько я понял, подключение к городской радиотрансляционной сети, но проверить сам не могу). Слева от клемм находятся выключатель питания и держатель плавкого предохранителя (керамический 0,5А), справа расположен блок из шести DIP-переключателей (верхнее положение OFF, нижнее — ON). Опытным путём выяснилось, что второй справа переключатель в положении OFF включает счёт секунд (и далее минут и часов), необходимый для работы (не знаю — может, положение ON означает приём счётных импульсов с других первичных часов), а крайний справа переключатель в положении ON включает резервную аккумуляторную батарею (о ней далее, в абзаце о питании), а в положении OFF выключает. У меня часы работали, когда в положении ON был только крайний справа переключатель, а остальные были в OFF, но допускаю, что не работали какие-то функции, которые я не использовал; по остальным переключателям назначение выяснить для конкретного ремонта не потребовалось.

Мозги основной платы — прошитый производителем микроконтроллер PIC16F73 в 28-выводном DIP-корпусе (устанавливается в панельку на плату). Рядом находятся кварцевые резонаторы тактовый на 4 МГц и часовой (если не ошибаюсь, 32768 Гц), а также подстроечный конденсатор регулировки хода часов. Регулировку сильно осложняет то, что часовой кварц подключен напрямую к контроллеру; на контроллере мне не удалось найти отдельный выход для генератора, чтобы подцепить туда частотомер (звиняйте, осциллографа под рукой не было), а при попытке пристроиться к выводу кварца генерация, конечно же, срывается. Функционально часовой кварц использует блок Timer1 микроконтроллера (больше его там подключить некуда).

Основная плата, по-видимому, имеет промежуточный слой с дорожками; во всяком случае, некоторых соединений, которые должны были быть, лично я не увидел, хоть и смотрел по обеим сторонам платы, пока разбирался с причинами проблем. Поэтому не могу ручаться за стопроцентную точность определения назначения компонентов. Ну и, конечно, определял только в рамках ремонта (конечно, по ходу пришлось накопать явно лишнего, пока нужное искал).

Назначение удалось более или менее достоверно определить по следующим микросхемам:

• PIC16F73 – ну я уже писал. Питается от зарезервированного источника (батарея).
• TA8428K – драйвер формирования разнополярных импульсов на вторичные часы. Клеммы для подключения вторичных часов подключены к выходным выводам драйвера через напаянные на плату предохранительные (?) проволочные перемычки. На микросхему прикручен небольшой алюминиевый радиатор для охлаждения. Питание +27В идёт с плюсового выхода КР142ЕН8В (знаю, что много, подробности ниже, в абзаце про питание).
• К561ЛА7 (4 элемента 2И-НЕ) — на ней сделаны два элемента 2И. Функция — пропуск или непропуск (в зависимости от управляющего сигнала) минутных импульсов, поступающих с прямого и инверсного выхода одного из триггеров К561ТМ2, на входы драйвера. Питается от основного источника +5В.
• К561ТМ2 (2 D-триггера) — один триггер прямым и инверсным выходами формирует поочерёдные импульсы для входов драйвера на основании поступающих на вход C минутных импульсов, второй предположительно фиксирует перегрузку линии и блокирует с помощью К561ЛА7 поступление минутных импульсов с другого триггера на драйвер. Питается от зарезервированного источника (батарея).

Есть ещё несколько микросхем, с назначением которых в силу отсутствия необходимости я не разбирался. Их упоминать не буду.

На плате возле драйвера есть относительно большой и мощный резистор (0,5 Вт, если не больше) сопротивлением около 4 Ом — по-видимому, токоизмерительный. Он включен между минусовым проводом питания драйвера и минусом питания (общим проводом); предположительно при превышении допустимого тока на нём падает достаточно напряжения, чтобы сработала защита и индикация перегрузки. Но детально разобраться со схемой защиты у меня не получилось (потом уже понял, что проблема была не в ней).

Питаются часы от 220В 50Гц. Потребляемая мощность заявлена 22 Вт.

Блок питания встроенный трансформаторный. Трансформатор содержит первичную обмотку, подключенную к клеммам 220В через выключатель и плавкий предохранитель, и две вторичных обмотки на 15В. На этих вторичных обмотках сделаны два независимых источника постоянного напряжения с выпрямительными диодными мостами на диодах 1N4002 и фильтрующими электролитическими конденсаторами 2200 мкФ 25В (заменил на 35-вольтовые, т. к. по напряжению они работают практически на пределе). От первого диодного моста напряжение поступает на линейный стабилизатор 7812, с него 12В расходится на стабилизатор основного 5-вольтового питания 7805 и на последовательное включение с источником от второго диодного моста, выполненным аналогичным образом на отдельном стабилизаторе КР142ЕН8В (15В). Такое последовательное соединение источников питания даёт напряжение около 27В для питания драйвера вторичных часов. Также на плату впаяна резервная аккумуляторная батарея (три элемента NiMH, 3,6В, 80 мАч, но это была уже замена; такая была родная или нет, не знаю). Разумеется, для неё предусмотрены зарядные цепи, но в детали их устройства я за отсутствием необходимости не лез. Для контроля разных напряжений питания на плате имеется много удобных переходных отверстий. Общий провод можно взять даже с большого радиатора, к которому прикручены 7812 и 7805 (ниже абзац про приколы).

На основной плате присутствуют некоторые приколы то ли от производителя, то ли от предыдущих ремонтов: напрямую на выводы К561ТМ2 сверху напаян небольшой диод, на обратной стороне платы напаяны проводные перемычки и даже один керамический конденсатор, увидел перерезанную дорожку (может, есть и не одна — всего не высматривал).

Хинт: если на стороне компонентов перерезана дорожка, ведущая от минуса резервной батареи к соседнему электролитическому конденсатору, восстанавливать её не стоит: получится короткое замыкание по цепи +5В с нерабочими часами.

Ещё один неприятный прикол (по-видимому, от производителя), помимо разъёмов (об этом было выше). Стабилизаторы питания 7805 и 7812, выполненные в корпусах TO-220, привинчены к одному игольчатому радиатору из алюминия (или какого-то его сплава вроде силумина, точно не скажу) таким образом, что добраться до них можно только, отогнув стабилизаторы вместе с радиатором за выводы (при монтаже выводы загнуты под углом 90 градусов); при этом радиатор упирается в фильтрующие конденсаторы, их предварительно нужно выпаять. Выводы стабилизаторов такие перегибы долго держать, конечно, не будут. Так что, готовясь на профилактике менять термопасту, стоит сразу запастись новыми стабилизаторами. Радиатор, если что, чувствительно греется при работе (на ощупь градусов 45, конечно, при открытом корпусе).

Подстроечный конденсатор коррекции хода часов прокрутить мне пока не удалось: его залили невесть чем. Ёмкость, конечно, можно только предполагать в несколько десятков пикофарад. Неспешно ищу замену: часы подгонять всё равно придётся.

Инструкция по пуску первичных часов при одиночной работе (без связки с другими первичными часами)

1. Выставляем все подключенные вторичные часы на одинаковое время (предпочтительно за несколько минут до планового момента включения). Желательно иметь одни вторичные часы возле первичных для контроля. Подключаем через предназначенные клеммы шлейф вторичных часов и питание 220В и подаём напряжение. Если резервная батарея отключена, включаем её, переведя крайний DIP-переключатель в нижнее положение (ON).
2. Включаем выключатель питания. Если до этого время не выставлялось, часы где-то через секунду-две, когда зарядятся электролиты, покажут 00:00. Если всё нормально, часы будут идти (будут мигать точка на семисегментном индикаторе и светодиод тактовых импульсов), а раз в минуту будет загораться одним из двух цветов светодиод — индикатор выходных импульсов. Важно: при включении часов сначала может загореться индикация перегрузки линии несмотря на отсутствие перегрузки. В этих случаях рекомендуется подождать следующего минутного импульса: если всё нормально, проблемный светодиод погаснет сам.
3. Нажимаем КОРР, кнопками Час и Мин выставляем часы и минуты с вторичных часов, затем нажимаем ВВОД и снова КОРР. В память контроллера запишется текущее время вторичных часов.
4. Нажимаем КОРР, кнопками Час и Мин выставляем текущее время, затем ещё раз нажимаем КОРР (не нажимая сначала ВВОД!). Начнётся процедура подгона; на вторичные часы раз в секунду начнут поступать разнополярные импульсы, пока вторичные часы не начнут показывать правильное время.
Теперь, если батарея нормально заряжена, то в случае пропадания питания или выключения часов на относительно небольшое время (пока батарея держит) после обратной подачи питания автоматически произойдёт подгон вторичных часов.

При планируемом выключении часов на время дольше суток или глубоком копании внутри необходимо выключить резервную батарею, переведя крайний правый (ближний к краю корпуса) DIP-переключатель в верхнее положение (OFF). Если этого не делать, с работой часов могут возникнуть большие сложности. Перед последующим включением, конечно, стоит не забыть включить батарею.

Ретрочат: https://t.me/retrocomps

Наверно все помнят большие часы, которые висели на предприятиях, школах, вокзалах и т. д., и которые раз в минуту громко щелкали, переводя стрелку. Это вторичные часы. Они подключались параллельно по одной двухпроводной линии. А управлялись все от одних первичных часов.
Первичные часы выпускались нескольких моделей — от напольных механических с большим маятником до бесшумных электронных. Часы, которые вы видите на фотографии, — первичные кварцевые. В них уже нет маятника, но осталась механика в управлении стрелками и коммутацией реле.
Когда они ко мне приехали, и я вскрыл корпус, то первым делом расстроился. В них не хватало двух важных деталей: платы формирователя импульсов и программного кулачка.
Конечно, я поначалу не знал, как они называются. Было видно, что есть провода, которые никуда не идут, а в левой половине стояла пустая ось и группа контактов реле, а между ними ничего не было. Я сфотографировал внутренности часов и отправил их знакомому коллекционеру Алексею Калмыкову. Он собирает часы из систем часофикации, и впоследствии очень помог мне с информацией.
Я стал восстанавливать часы.

Вот изначальные фотографии. Видно, что нет платы, а на фото справа стоит пустая ось и группа контактов.

Алексей прислал в ответ свои фотографии, где была и плата, и программный кулачок. Заодно снял его размеры.

Очень повезло, что к часам прилагалась инструкция с принципиальной схемой. Кому интересно, я ее отсканировал.
http://www.leningrad.su/calc/docs/pchk3-2ri-r24-r12.rar

Схема платы формирователя импульсов оказалась довольно простой. В часы с той платы идут два набора разнополярных импульсов: 8 Гц и 0.5 Гц. Первые нужны для шагового двигателя, а вторые для пуска в другую линию секундных импульсов для вторичных часов с секундной стрелкой.

Я решил на скорую руку приспособить имеющийся микроконтроллер ATtiny45, чтобы он сформировал импульсы. У меня получилось. В микросхеме всего восемь ножек. Две — питание, две ноги решил использовать для обработки сигналов с переключателя «подгон» и «стоп». Оставшиеся две ноги формируют 8 Гц для шагового двигателя (или 16 Гц в режиме «подгон»). Для импульсов 0.5 Гц ног не хватило, и я решил на секундные импульсы забить, потому что у меня и часов таких с секундными стрелками нет, и микросхемы с большим количеством ног под рукой не было.
А часы запустить хотелось.

На пайку, отрезание платы по контуру ножницами по металлу и написание софта — на все ушло не больше часа. Включил. Не работает. Оказалось, что в схеме какие-то проблемы. Немного покопался, оказались пробитыми оба силовых транзистора типа КТ817.
К счастью, такие же транзисторы оказались под рукой, я их поменял, включил, и часы заработали!

Я подумал, что эти часы кто-то использовал как донора, когда сгорели транзисторы. Плату и кулачок переставили в другие часы, а остальное оставили.

Но без программного кулачка как-то скучно. Хотя часы из набора плат и шестеренок превратились в рабочие часы, но хотелось-то большего. Программный кулачок нужен для того, чтобы раз в минуту переключать полярность на двухпроводной линии, куда подключаются вторичные часы. В одну минуту надо на несколько секунд подать +24В, -24В, через минуту полярность поменять и подать -24В, +24В. Это заставит шаговые двигатели вторичных часов двигать стрелки на одну минуту.

Стал мастерить кулачок.

Программный кулачок — моя первая деталь, которую я заказал для изготовления в 3D-принтере. Да, я немного отстал в этом, но надо было с чего-то начинать. Вот и начал с него.
Хотел сделать как на фотографии Алексея, но потом подумал, что неизвестно, как поведет себя 3D деталь, какой там материал и прочее. И с учетом того, что предыдущий кулачок сняли и унесли, решил сделать стенки потолще. В итоге получилось ничего так. Мне понравилось.

На фотографии видна технология 3D печати — детальку запекают из тоненьких ниточек пластмассы.

Отрегулировал реле, и все заработало. Снял видео.

Очень доволен.

Разбираемся с работой часовых сетей в лабораторных условиях

Как вы помните, во время посещения блошиного рынка, мне встретились прекрасные вокзальные вторичные часы, которые я в результате не купил. И что-то вот у меня клокотало внутри, и решил, раз уж разбираться с системой первичных-вторичных часов, то по-крупному. В результате были закуплены заводские первичные часы, вторичные часы, а дома я построил настоящую часовую сеть, посмотрел как настраивать первичные часы, как настраивать вторичные, ощутил всю боль часовщиков, которые обслуживают такие сети и в результате сделал собственные первичные часы, вместо заводских. В статье буду разбирать, как работает система первичных и вторичных часов, а также попробуем сделать свои первичные часы.

С чего всё начиналось

На самом деле, идеи поковыряться со вторичными часами у меня появились ещё задолго до поездки в Санкт-Петербург. Ещё давным-давно у sfrolov я читал о первичных и вторичных часах. Плюс, ещё в школе меня завораживало как работают часы на всех этажах, с громким щёлканьем стрелки.

Также, по долгу службы много ездил по России, и на каждом предприятии встречал различные вторичные часы, и меня они всегда интриговали. Фотография ниже сделана мной в 2014 году на старейшей станции в России — ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона на главном щите управления.

Часы показывают точное время. Портрет основателя станции Р.Э. Классона.

И вот с тех времён, мне всё хотелось разобраться и подержать в руках живые, настоящие часы и научиться с ними работать. А также понять, как же на них переводили время во всей организации.

Закупаемся

После посещения “Уделки” я начал активно шерстить всевозможные доски объявлений в поисках первичных и вторичных часов. Первичные часы, с успехом нашлись ещё в Питере. Как оказалось, достаточно дефицитная штука, и не так часто бывают на досках объявлений, но мне дико повезло, и нашёл даже недалеко от того места, где мы жили.

Первичные часы ПЧК-3, сразу после покупки.

Вторичные часы я начал искать уже в Москве. В принципе я хотел красивые пузатые часы, с металлическим корпусом. Но то меня не устраивала цена, то надо было ехать на другой конец Москвы, а то и в область. В результате купил “новые” (неиспользованные) часы, в заводской упаковке, такие же как стояли у меня в школе, пускай и не такие красивые.

Вторичные часы в заводской упаковке.

Специально для вас заснял распаковку этих часов, чтобы передать хотя бы частичку того восторга, которого я испытал.

Часы стоят на 12, внутри паспорт и меня они ненамного моложе. Единственное, что прямо с завода было грязное стекло, не очень аккуратно нанесена краска цифр. В общем, вблизи было видно достаточно большое количество дефектов. Но, думаю, с такого расстояния их видели только изготовители и часовщики.

Сразу после распаковки.

Конечно же, после распаковки, когда у тебя есть первичные часы и вторичные часы, их хочется сразу поженить, и потом уже разбираться, как это всё работает.

Первый запуск

Пока оставим технические детали, просто проверим, работает ли оно всё в связке. Телефонной лапши, которая использовалась в часовых сетях, у меня нет, поэтому использую обычный сетевой провод. Гильзуем концы, и закрепляем всё в клеммах.

Подключённые провода к часам.

Сбрасываем первичные часы и замираем в ожидании

чуда

.

Самая длинная минута в жизни.

Не переживайте, для вас я тоже снял кинцо, как это было.

Вы тоже обратили внимание, что стрелка дёрнулась, но не щёлкнула? Это не бага, это фича! И дальше мы поговорим, почему это произошло.

Для того чтобы было удобно работать со всем этим добром, и это всё часовое хозяйство не занимало драгоценное место на рабочем столе, я изготовил импровизированный стенд, на котором всё и закрепил:

Часовой стенд, стильно, модно, молодёжно.

Пара слов о работе первичных часов

Для меня стало настоящим откровением, что время, которое показывают первичные часы, никак не связано с тем временем, которое показывают вторичные часы. И, видимо, оно нужно просто для удобства работы часовщика (да простят меня за этот термин, я правда не знаю как называется должность человека, который обслуживал такие вот часовые сети).
По сути, первичные часы просто генерируют управляющие импульсы раз в минуту, для перевода стрелки вторичных часов. Ещё есть возможность ускоренной подгонки минут, но это какая-то странная функциональность, я пробовал её в деле, но работает она криво: можно стартануть её только после импульса на перевод минуты и остановить, после второй минуты. Количество импульсов за минуту слабо прогнозируемо.

И в целом, если бы на этих часах, не было бы дисплея, ничего страшного бы не случилось, он нужен просто для справки. Сверху имеется крышка, которая позволяет добраться до управляющих кнопок и клемм.

Содержимое под крышкой.

Снял небольшое видео, чтобы вы смогли сами увидеть, как это выглядит.

Об устройстве вторичных часов

Вторичные часы сделаны очень просто: там стоит мотор и редуктор 1:12, то есть на один оборот мотора, делается один отсчёт минутной стрелки.

Моторчик и редуктор.

Эмпирическим путём я выяснил, что если менять полярность, то мотор делает один “щёлк”, думаю что это тип шагового двигателя. Вместо тысячи слов лучше посмотреть одно видео.

Точная подводка часов делается через вон тот пластиковый “пимтик” сверху. Проиллюстрирую очередным видео:

Главное, что все эти часы переводились вручную, что, как мне кажется, было дичайше неудобно. Наверняка это делалось в полночь, поэтому думаю, эти часы обслуживающий персонал не любил (переводить часы на пересменке, ага).
Что ещё полезного есть, я не поленился и отсканировал паспорт этих часов, если кому интересно, могут скачать его отсюда.
Для нас же самая полезная информация, как управлять этими часами, что они кушают:

То есть, у нас есть управляющий импульс длительностью от 1,6 до 2,4 с, с периодом 60 с, входной сигнал должен быть от 18 до 30 В и входное сопротивление часов у нас 1кОм. Последнее важно, чтобы подбирать блок питания (на 30 В, у нас будет всего 30 мА). Это важнейшие параметры, которые упростили дальнейшую разработку.

Глянем-ка осциллоскопом

Теперь, главное, для чего это всё затевалось. Давайте посмотрим, какие сигналы идут от первичных часов к вторичным.

Подключаем осциллограф.

Мне пришлось вывести осциллограф практически в режим самописца, чтобы записать такой длинный сигнал, и это был предел его возможностей. И что же мы видим в результате?

Сигнал от первичных часов.

“Замечательно” голосом доктора Ливси из “Острова Сокровищ”. Что же мы здесь видим? А очень просто, у нас идёт сигнал, каждые 60 секунд, и он меняет свою полярность. То есть, на двигатель идёт сигнал сначала одной полярности, потом другой. Посмотрим длительность и амплитуду сигнала.

Сигнал положительной полярности.

Сигнал отрицательной полярности.

Видно, что сигнал имеет амплитуду 27 В, и длительность ровно 1500 мс, или 1,5 секунды.

Теперь понятно, почему часы в первом включении побились в конвульсиях, но стрелку не сдвинули: пришёл импульс не той полярности.
После чего, я попробовал часы подключить к обычному блоку питания. Если просто касаться клемм БП, и потом переворачивать и касаться клемм другой полярности, то часы начинают идти. К слову сказать, можно делать очень короткий импульс, 1,5 секунды — это большой запас. Также эмпирическим путём я установил, что часы могут работать даже при напряжении 12 В. Это нежелательно, но можно использовать. На точность хода это никак не повлияет, так как перестановка минут явление дискретное.
В результате, имея все эти данные, можно сделать свои первичные часы.

Создаём свои первичные часы

Когда я думал, как делать эти часы, у меня в голове было два варианта: взять модуль блока питания на 5 вольт (AC-DC преобразователь), DC-DC повышающий преобразователь (например, XL6009) и им делать высокое напряжение в 27 В. Другой вариант, использовать готовый блок питания на 12 В (проверено, работает), и использовать понижающий DC-DC преобразователь на 5 В (например, mini560) для питания контроллера. В качестве коммутирующего устройства можно использовать реле, либо драйвер двигателя на основе Н-моста.
Было закуплено компонентов для повторения всех вариантов, но мне не захотелось разводить 220 В на плате, так как считаю это небезопасным в домашних проектах (настоятельно рекомендую ознакомиться с этим постом). Блок питания на 12 В у меня есть. Поэтому было принято остановится на нём.
Хотя конечно, решение с блоком питания прям на плате, было бы сильно элегантнее. Но безопасность дороже.

▍ Исходники проекта:

1. Arduino Nano. — 450 руб. (Тут подойдёт совершенно любая плата, которая есть у вас в наличии).
2. Драйвер двигателя L9110S — 90 руб.
3. Понижающий преобразователь DC-DC mini560 5В 5А — 120 руб.
4. Блок питания на 12 В — (был в наличии, но так 400 руб.);
5. Разъём для подключения блока питания — 30 руб.
6. Макетная плата 70×50 мм — 60 руб.

Итого: 750 руб. (без БП).

По поводу драйвера двигателя, в процессе экспериментов я спалил три штуки таких драйвера. Они очень чувствительны к уровню напряжений, сгорают если выйти за пределы (даже 20 вольт не переваривают), к полярности (ну тут я сам себе злобный буратина) и к нагрузке. В целом, если вы не уверены в себе, можно просто использовать спаренное реле, и поначалу я делал на нём, но уж больно оно громко щёлкает.

Реле для управления часами.

Либо другой вариант, использовать что-то более серьёзное, типа микросхемы ir4427 (она и дешевле будет готового модуля).
На хабре очень не любят проекты на Ардуино, но честно говоря, я могу сделать это на абсолютно любом контроллере, написать на ассемблере, сях, плюсах, питоне и т.п. Просто Ардуино доступно: пришёл и купил, и экономит кучу времени. Поэтому прошу понять мою профессиональную слабость.

▍ Собираем всё в кучу

Пару часов пайки и получаем вот такое симпатичное устройство:

Сигнальные провода идут от пинов контроллера D2 и D3 к пинам драйвера B-1A и B1-B. Последовательность подключения значения не имеет. На драйвер мы подаём 12 В, а контроллер питаем от пяти, после понижающего DC-DC преобразователя.

▍ Код

За полчаса набросал рабочий код, который очень простой. Но в отличие от подобных проектов, решил использовать таймер, который рассчитал вот тут. Там прям в примере генерируется готовый код, идеально подходящей к моей задаче. Код проекта обитает вот тут, я лишь заострю внимание на одном моменте. Приведённый ниже кусок кода — это обработчик прерывания таймера.

ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
	digitalWrite(ledPin, digitalRead(ledPin) ^ 1);
	static uint8_t seconds = 0;
	static uint8_t pos_neg = 0;
	static uint8_t sending = 0;
	if (sending) {
		sending--;
		if(0 == sending) {
			digitalWrite(POS_SIG, HIGH);
			digitalWrite(NEG_SIG, HIGH);
		}
	}
	seconds++;
	if (seconds == 60) {
		seconds = 0;
		sending=2;
		if (pos_neg) {
			digitalWrite(POS_SIG, LOW);
			pos_neg = 0;
		} else {
			digitalWrite(NEG_SIG, LOW);
			pos_neg = 1;
		}
	}
}

Думаю всё достаточно очевидно: когда идёт переполнение секунд, мы выставляем сигнал на ножке. На какой ножке — определяется переменной pos_neg. Длительность импульса задаётся переменной sending и в данном случае она равна двум. Когда импульс подходит к концу, мы восстанавливаем исходный сигнал.
Единственное, что меня волнует — это какая погрешность у такого таймера. Предметно не искал, но любопытно через сколько набежит лишняя минута (или наоборот уйдёт).

▍ Подключаем и пробуем!

Для примера я сделал тик не каждые 60 секунд, а каждые 3 секунды. Минимум можно сделать, каждые две, так как тик равен 1,5 секунды. Хотя с советскими допусками, если похимичить, можно и раз в секунду сделать.

Подключённые самодельные первичные часы.

Специально для вас снял видео работы:

Такая частота хода нужна, в первую очередь для отладки и демонстрации работы. Заменить переменную с 3 на 60 и залить заново код, дело нескольких секунд.

Резюмируя

Вот так, небольшой проект одного выходного дня вырос в достаточно прикольное устройство. Если посмотреть, за сколько продают подобные самодельные контроллеры вторичных часов на различных площадках, то понимаешь, что самодельное устройство — это приличная экономия, да и плюс достаточно неплохой опыт. Так что смело повторяйте, оно работает.
Хочу поблагодарить sfrolov за то, что увлёк меня вторичными часами. Очень надеюсь, что он нас порадует своими публикациями на этом ресурсе.

Полезные ссылки:

1. Код проекта на гитхабе.
2. Паспорт на часы “Стрела” типа ВЧС1-М2ПВ24Р-300-323К.
3. Публикации sfrolov раз и два.
4. Часовые сети прошлого. Аналогичный проект первичных часов на хабре. Очень хорошо и подробно рассказывается об устройстве таких сетей. Рекомендую к прочтению. astrei спасибо за пост!
5. Основы электробезопасности при проектировании электронных устройств.
6. AVR Timer Interrupts Calculator.

P.S.

Если кому интересны оригинальные первичные часы, или самодельные вторичные — пишите. Если будет много интересующихся, подумаю об изготовлении платы.

Сейчас Вы — Гость на форумах «Проектант». Гости не могут писать сообщения и создавать новые темы.
Преодолейте несложную формальность — зарегистрируйтесь! И у Вас появится много больше возможностей на форумах «Проектант».

Источник:

Ссылки по теме: