Egyszerű Hobby Wand Clock II. építése házilag.

 

                                               Ez csak egy óra, semmi mást nem tud az idő kijelzésén kívül…

 

Az óra elektronikai felépítése és kifejlesztése a Magic Wand Clock, (kézi működésű) órából származik.

Wand_Clock II.    Ez a verzió PIC16F84A-val  lett megépítve. Az órát mint asztali, mint  fali kivitelben készíthetjük el. 

       A program helyreigazítását „Bbatka” fórumtársam végezte, a fő kapcsolási rajzot „Proli007” készítette el.            

 

Az óra kifejlesztése a következő szempontok alapján készült:

 

 a.  A mechanikai váz alapja, felépítése, a laprugó rögzítése.

 b.  A tekercsek elkészítése, a vasmag.

 c.  A  kijelző, levezetések,  és a kar kialakítása. 

 d.  A mágnes beépítése, helyzete típusai,

 e./  A rugólemez és szerelvényei.

 f.  A résoptikai kapuk felszerelése, beállítása.

 g.  Az résoptikai vezérlőegység felépítése, működése

 h.  A teljes elektromos kapcsolás megvalósítása (Wand Clock II.)

 i.  Néhány tanács a sikeres megépítéshez (hozzászólásaim ollózása)

 

            a./

A mechanikai váz, egy könnyen megmunkálható 15mm vastag rétegelt falemezből készült, a lehetséges rezgésből adódó zajok elnyelése céljából. Így elkerülhetők majd a későbbi ilyen irányú problémák javítása. Az alaplemez mérete 180*140*15mm, az előlap méretei 150 széles, 150mm magas, 15mm vastag.  Az alaplemezre az előlap kb. egy 30mm-es vonalon, függőlegesen össze van csavarozva. Célszerű az ajánlott méretek betartása, de lehet 20mm széles bútorlapból, legalább 10mm-es plexi lapból, vagy hasonló anyagból is az egész mechanikai váz elkészítése. Az előlap hátoldalára vannak felcsavarozva a következő szerelvények. A tekercs- pár, amely légrése legalább 20-25mm széles. A felerősítése 3mm-es csavarokkal történik,  6-10mm széles közdarabbal az előlaphoz, majd a laprugó alsó rögzítési mechanizmusa. is erre a felületre van szerelve mintegy 60-70mm-re a tekercs-pár alsó síkjától...Ezzel a távolsággal lehet majd beállítani a mindenkori rezgési frekvenciát is. Célszerű már most több furatot előre elkészíteni a közelebb szereléséhez. Itt arra kell még figyelni, hogy a merőlegesen szerelt laprugó rögzítési vonala, a tekercsek vízszintes síkjának közepén haladjon át.  A rugólemez rögzítő 2mm vastag, 16mm széles, és kb. 75mm hosszú vaslemezből készült, amelyből 30mm derékszögben el van hajlítva az előlaphoz, rögzítéséhez. Erre is készítsünk átlósan kettő 3.5mm-es furatot a felerősítéshez. A maradék kb. 43mm-es felületen 2x M3mm-es, menet van, a szélektől 5/5 mm-re. Ide egy szintén 43mm*16mm*2mm-es vaslemez szorítja a megfelelő méretű furatokon át 3mm-es csavarokkal a rugólemezt.. Ez a rögzítési mód, nagyon fontos része a mechanikának. Itt az előlap hátoldalára még, a résoptikai kapukat kell majd felszerelni, amelyeket a kar és laprugó összekötési pontja, valamint a takarólemezek helyzete fog meghatározni.

 

b./

Itt sem „ússzuk” meg a tekercselést!

A tekercsek elkészítése kétféle módon is megoldható. Az egyik egy trafólemezekből összerakott vasmaggal, a másik lágyvasmag alkalmazásával lehetséges. Utóbb kiderült, nem nagy a különbség, egyik vagy másik verzió között.  A trafólemezes megoldás: egy tekercs 4 db „I” trafólemezre van hajtva. 660 menet 0.3-0.35mm átmérőjű CuZ huzalból, amely  kb,  4 sorban fér el, soronként szigetelve. A lemezek hossza nem kritikus, amit itt felhasználtam az 105mm hosszú volt, de 85mm-95mm hosszal is szintén megfelelő. A lágyvasmagos tekercset ugyanígy készítjük el, de a méretek itt már adottak. 90mm*16mm*2mm. A lágyvasmag anyaga ugyanaz, mint a rugólemez-rögzítő szerkezeté.  A szélektől 5/5 mm-re 3mm-es furatokat készítsünk a felerősítésekhez. A két tekercset kb. 25mm széles alu, réz, vagy műa távtartókkal összekötjük egymással. Bekötésük soros lesz, ezért az egyik kezdetet összekötjük a másik tekercs végével, a maradék két kivezetés megy a meghajtó áramkörre.(?) A soros kötésen lehet, hogy változtatni  kell,.ezért egy darab nyáklemezen négy vezetősávot alakítunk ki, majd erre forrasztjuk a tekercsvégeket és felcsavarozzuk az előlap hátoldalán .Így könnyű lesz majd a végeket felcserélni, bekötözni, továbbvezetni. Lehet „vad” tekercseléssel is, ha nem akarunk sok időt vesztegetni. Itt az egyik óra ilyen tekercsekkel működik., míg a másik „rendes” tekercseléssel szépen, esztétikusan van meghajtva. Ami még fontos lehet, hogy 0.2-mm átmérőjű huzaltól, 0.4-mm átmérőig használhatunk fel CuZ vezetéket.

 

c./

A kijelző és szerelvényei. Nem sok LED kell ehhez a kijelzőhöz. Van a 7 db  LED-ből álló oszlop, és legyen alul is felül is egy csíkot húzó LED, amit tudunk be/ki kapcsolni. Ha valaki feleslegesnek tartja a „keret” két LED-jét beépíteni, természetesen kihagyhatja, így már csak 8 szál vezetékkel lesz megoldva a kijelzője, és néhány alkatrésszel kevesebb kell a panelen. (1 db BC182, 1db 10K Ohm, 1 db.100 Ohm. 2 db. SMD LED a keretből).

A legutóbbi kijelzők már SMD LED-ekkel vannak szerelve, mert egy raszterre tudtam rakni őket egymástól. Így kb. 15-16mm széles lett a kijelző, és 2 raszterre tőlük alul és felül van a keret SMD LED-je. A kijelző kék, a keret piros LED, de természetesen ez egyéni megválasztású lehet. A levezető kábelek elkészítése roppant egyszerű, mert (0.15-0.2mm) átmérőjű CuZ huzallal vannak megoldva a hozzávezetések.

Összesen kilenc szál huzal van összetekerve a 350-400mm hosszú vezetékekből. Az összesodrását úgy végezzük, hogy az egyik végét a 9 szálnak betekerjük szigetelőanyaggal, majd befogjuk egy kis satuba. Szépen elrendezzük a szálakat egymás mellett, és egy csavarhúzógép forgórészéhez erősítjük a másik végét kicsit feszítve, stabilan. Addig forgatjuk egyenletesen a köteget, amíg az kb. 30 fok menetemelkedésű nem lesz. (A kábelköteg vonalára a szálak kb. 30-35 fokot zárnak be!). Ne tekerjük túl, 45 fok már sok!  Ezután a vezetékköteget rugalmas szigetelőanyaggal, (itt cellux), betekerjük, és egyenként kimérve lettek beforrasztva a LED-ekhez, majd a panel tüskesor csatlakozójára. (Igen hosszadalmas, időigényes munka!). A kijelző 1mm vastag és 6.5mm széles, összesen 155mm hosszú kétoldalas nyáklemezen van kimaratva, majd „lekarcsúsítva”. A mágnes és rugólemez pontjától a kar 12mm szélesen van meghagyva :kb.:35 mm hosszban  Így könnyen szerelhető rá a mágnes és a laprugó kötése is. A kijelző hozzávezetései a hátoldalon lelakkozva, hogy ne sérüljenek fizikai igénybevételnél. A levezetés „kábelkötege” egészen a laprugó felső végénél van a karhoz még egyszer rögzítve, hogy a lehető legkisebb legyen a saját rezgés mértéke. Ha elég nagy amplitúdóval rezegne a kar, akkor elbír a rugólemez „derekán”, vagy akár lejjebb egy kötési pontot, így már jóval kisebb rezgése lesz a vezetékkötegnek.  Innen a következő rögzítési pont, már az előlapon van, kellő íves ráhagyással a lengéshez.

 

d./

A mágnes típusa, beépítése, a rugólemez. Igen sokat lehetett kísérletezni ezzel a dologgal, mire kialakult a megfelelő megoldás. A legjobb kétségkívül egy winchesterből kitermelt mágnes lett, ami a kivételénél kettétört. Ez a fél-mágnes hozta meg a továbblépéshez szükséges lehetőségeket. Itt ugyanis a tekercsre kapcsolt áram, láthatóan kimozdította a kart nyugalmi helyzetéből. Na nem annyira, csak 1-2mm-re, (a korábbiak úgy 0.1-0.2mm-re!), de már ez is éppen elég lett egy új kísérlet fejezetének elkezdéséhez. Többféle mágnessel is folytak a kísérletek, de egyik sem volt ennyire biztató, mint a winchester (fél) mágnes. Nem is próbálkoztam ezután más típussal, mert volt bőven kitermelhető alapanyag. Ha valakinek volna ennél is jobban használható mágnes a tulajdonában, próbálja ki azzal is, hogyan viselkedik a rezgés.  Mindenesetre, a legjobb, csak kétpólusú mágnes lehet, mert igencsak nehéz eltalálni egy többpólusúnál, hogyan lenne a legjobb helyzetben.  Még a winchester törött mágnesei is okoznak felszerelési gondokat, azokkal is el kell játszadozni, mire kialakul a végső pozíciójuk. Nem mindegy milyen helyzetben kerül szerelésre, ezért először nem célszerű felragasztani, csak szigetelőanyaggal rögzíteni, és megvizsgálni hogyan rezeg a kar. Azt is meg kell figyelni, rezgés közben a tekercsekkel párhuzamosan mozog-e a kar, vagy „oldalirányban” is elhajlik, elrezeg. Ezt azonnal korrigáljuk a mágnes síkjának forgatásával!  Ezután már lehet véglegesíteni! A karon úgy van elhelyezve, hogy nyugalmi helyzetben a tekercsekből felül, kilátszik kb. 1/4 része a mágnesnek. (Egy régi WD winchesterben, 340 MB, találtam 4 db azonnal felhasználható mágnest!).

 

e./

A rugólemez szerelvényei és beépítése: Ez a laprugó olyan kemény acéllemez, amely jól tűri a 16-24 Hz-es rezgési frekvenciát, anélkül hogy eltörne. A lemez nyújtott trapéz alakja is védi a gyors elhasználódástól, Főbb méretei: 63mm hossz, 26mm széles alul, és 18mm széles felül. Az acéllemezt egy komolyabb lemezollóval vágjuk a kívánt méretre.  A lemez vastagság 0.27mm-0.45mm-ig jó. A lényeg, nagyon rugalmas legyen és alaktartó! A karhoz rögzítése úgy lehetséges, mivel semmiféle furatot nem terveztünk rá, hogy a karban egy 10-12mm-re alul befűrészelt rés van, (itt még a nyáklemezen a fóliát is meghagytam minkét oldalon!), ide beillesztjük,. A laprugó ide illesztett végén, egy kis 3 élű reszelővel a szélein kis fogazást alakítunk ki 10-12mm hosszban. Ezután kb. 0.4-0.5mm átmérőjű ónozott rézvezetékkel, amit le is forrasztunk a rés elején, elkezdjük betekerni a rugólemez felé menet/menet mellé, vigyázva arra, hogy a derékszögű illesztés, és a laprugó mindig a betekerés közepében legyen. A végén mindenhol leforrasztjuk a kötést, megerősítve ezzel is a stabil kapcsolódást.  Ezek után már csak a két íves takarólemezt kel ugyanide, vagyis minkét oldalára forrasztani, amit vékony rézlemezből, ónozott lemezből, vagy esetleg, zsebtelep hosszabb kivezetésének felhasználásával tudunk kialakítani. Itt is kétféle módban tudjuk felszerelni a takarólemezeket, mégpedig úgy, hogy lehetnek vízszintes síkban is az így hajlított lemezek, (ekkor a résoptikák is hozzá igazítva), vagy ahogyan a képeken látjuk felszerelve, vagyis „síkban” vannak az alaplappal állítva az így kivágott íves takarólemezek.

- A legújabb rugó rögzítés mód egy 20mm*6mm*42mm-es alu rúdból kivágott elem lett, ez van kialakítva a kar – mágnes - rugó és takarólemezek szereléséhez.  (A képekben megtaláljuk ezt a rögzítő elemet).

 Itt arra kell figyelni, hogy a rugó „szabad” hossza a 30mm-ert ne haladja meg, különben alacsony lesz a rezgési frekvencia.

 

f./

A résoptikai kapuk: Legalább 3mm-es rés-szélesség szükséges. Ezek az eszközök már csak akkor kerülnek beépítésre, ha már a rugólemez – kar- kijelző el van készítve, és a helyére került. Először a rezgésért felelős résoptikát szereljük fel, (Elölnézetben, ez lesz a BAL oldalon!), ügyelve arra, hogy a takarólemez a teljes lengéshosszban „súrlódásmentesen” közlekedjen! Itt arra kell ügyelni, hogy a kar nyugalmi helyzetében legyen egy olyan állapot, amikor csak „félig” van takarva az optó! Ez a lengés automatikus elindulása miatt fontos!

- Ha megvan az áramkörünk, amely kezeli, sem a program, sem a bazis PIC nem kell, hogy benne legyen, elindítható és kipróbálható a rezgés, csak tápfesz kell! Itt egy 9-12V/500mA-es dugasztápról megy mindegyik órám. Addig állítgatjuk finoman a kaput, amíg a rezgés minden esetben elindul, ha rákapcsoljuk a tápfeszt. A kijelzés optikai kapuját, (elölnézetből a JOBB oldalon!) helyezzük el úgy, hogy a takarólemez eleje a résben legyen, teljesen lezárva azt! Itt is ügyeljünk a teljes lengéshosszban, ne legyen fizikai kapcsolat!

 

g./

 Résoptikai vezérlés: Ez a rezgési mód úgy jön létre, hogy áramot kapcsolunk a tekercsekre, amely elmozdítja a kart, így a résoptikai kapu lezár. Ekkor megszűnik az áram a tekercsekben és visszalendül a kar, aminek hatására újra áram folyik a tekercsekben, még jobban elmozdul a kar. A rezgés elindul.

- Ha a rezgés mégsem indulna el: kézzel is próbáljuk meg indítani, majd cseréljük fel a tekercsvégeket a meghajtó áramkör kimenetén, ha még így sem indulna, akkor a soros kötés végeit is cseréljük fel. (Előbb-utóbb csak el fog indulni!)

- A tekercsel párhuzamos diódát, ne felejtsük ki a meghajtó áramkörből, mert komoly zavarokat okozhat, és jóval gyengébb lehet a rezgési amplitúdónk is!

 

h./

Teljes elektromos felépítés: A kapcsolási rajzok sokáig nem készültek el, de végül Proli007 fórumtársam megrajzolta a fő elektromos kapcsolási rajzot skiccekből,.így mindjárt lett alapja az után építésnek...Elkészült a NYÁK terve is SP Layout 50 verzióban, 50mm*83mm-es méretben.  Itt kétféle megoldást raktam fel, 7805, ill. 78L05 felhasználásához.. Az alap áramköröket pontrácsos nyákra készítettem el, így a módosításokat még idejében el tudtam végezni a végleges áramkör kialakításához. A NYÁK tervekhez az alkatrészoldali JPG képeket is felraktam, hogy az elrendezés, beültetés és az átkötések is megtalálhatók legyenek.

 

 Elektromos alkatrészjegyzék listája::

 

                         

 

 

i./

 

 Nem fontos a telepes megoldást alkalmazni, így sem felejt legalább 25-40 másodpercig az óra. Ha szükségét látjuk, akkor 3db ceruza elemet sorba kötve a panelen kialakított csatlakozóra köthetjük. A telepről az áramfelvétel hálózati üzemnél nincs, anélkül 2.5-3 mA körüli.   

 

 (Hozzászólásaimból ollózva…)

    Amire érdemes odafigyelni, ha épül a Wand_Clock

- A vasmag: 4 db "I" trafólemez egy tekercshez, legalább 85-95mm, de lehet 105mm,  vagy 115mm hosszú is.

- A tekercs: 850 menet (0-2-0.35)mm-es átmérőjű CuZ huzalból. (Kb.: 4 sorban fér el!).

- A légrés a tekercsek között, vagy a műa távtartó hossza: 23-25mm.

- Optikai kapuk típusa: CNY36, 534N,vagy TCST1103, (3mm rés), vagy bármilyen, amelyik 4 kivezetéses, és a rés 3mm legalább.

 

- Mágnes, erről már sok minden elhangzott, de csak erős mágnes jöhet számításba, amelynek, csakis két pólusa van.

  Sokat írtunk a winchester (fél) mágnesről, egyelőre ez tűnik a legjobbnak. Szemben, a jobboldali optikai rés a kijelzésért, (itt legalább  úgy helyezzük el a résoptót, hogy a lezárástól  messzebb legyen, a bal oldali a rezgésért felelős. Ez utóbbit úgy kell beállítani, hogy a kar elmozdulásán belül legyen bekapcsoláskor, különben kézzel "lökdöshetjük" a berezgéshez. Némi időt vesz igényben a berezgés, de hát (0)-áról indul. Sok sikert az építéshez, ez az újabb instrukció sokat segíthet ebben.

 

 Asztali: a mechanika talpa alá, semmi puha anyagot egyelőre ne rakjunk, mert azonnal csillapodik a rezgés. Majd kitaláljuk, milyen anyag kerülhet oda. Inkább "csak úgy", legyen az asztalon. Tapasztalni fogjuk, mennyire más ez a rezgés, az előző elektromos kapcsolások megoldásához képest. (H-hidas).  A kart és szerelvényeit, a kijelzőt, minél kisebb tömegben kell elkészíteni, mert erősen befolyásolja majd a rezgési frekvenciát.

A frekvenciát ne erőltessük 25-26 Hz-fölé, mert elkezd „hangos” lenni az óra.

 

 A legújabb fejlesztés kétségtelen, a résoptikai vezérlésű önrezgő áramkör lett, így már könnyen meg tudjuk valósítani a kar mozgatását, (winchester fél-mágnes, vagy bármilyen, de csak kétpólusú mágnes felhasználásával). Egyszerűsége folytán, nem okoz gondot a megépítése, vagy az egész mechanika összeállítása sem.

 

Néhány, úgymond "finom fogás", a Wand Clock mechanikai építésével, különös tekintettel a kar felépítésével kapcsolatban. Tulajdonképpen ezek döntik el, mennyire stabil, jó órát készítettünk.

- A kar lengése 2D kell hogy legyen a tekercs pár között, különben a rugólemez gyorsan elhasználódik, elreped. Ez többnyire a "ferde" rezgés miatt következik be, mert lengéskor elcsavarodik a helytelen mágnes beállítás miatt, vagy nem párhuzamos már eleve a mozgása a mágneses térben. Ezt különösen nagy gonddal kell beállítani, akkor hosszú ideig nem lesz vele gond. (Sok-sok kísérlet a törések miatt !).

- A kar kialakítását 1mm vastag kétoldalas NYÁK - lemezből célszerű elkészíteni, ahol a kijelzőt SMD LED-hez alakítjuk, (1 raszter!), a többi részen karcsúsítunk amennyire csak lehet, hogy nagyon-nagyon könnyű legyen. A mágnes és rugólemez csatlakozási pontján meghagyjuk a fóliát mindkét oldalon, itt már célszerűen szélesebb is legyen a kar, hogy könnyen összeépíthető forma alakuljon ki.

- A levezetéseket 0.15-0.2mm átmérőjű CuZ huzallal oldjuk meg sodrat formájában, ahol a köteget vékony szigetelő anyaggal, hibátlanul betekerjük. A rugólemez és kar összekötési pontjánál is rögzítjük a köteget, majd jókora ívet hagyva rá, az alaplaphoz is lefogatjuk. Így ez, szintén tartós megoldásnak bizonyult. Jól tűri a rezgést.

- A mágnes amit jól lehet használni, egy régi, (WD 340 MB!) winchesterből lett kinyerve, ahol négy darab azonnal felhasználhatót találtam. Eddig ez vált be a legjobban.

 

    Összeállítás a Wand Clock építéséről. (PIC16F84A-val) II. verzió!

 Egy falióra készítése volt a cél, de mindegyik típusú Wand Clock építéséhez jók lettek a változtatások.

 *  Kihagytam a kapcsolási rajzból az LM317-es IC-t, itt nincs szükség rá, ugyanis  a teljes lengetési intervallumra szükségünk van. *

 A tekercsek 2db 90mm*15mm*2mm méretű lágyvas lemezre készültek, 2* 850menet(0.2-0.25)mm átmérőjű CuZ huzalból tekercselve. A vasmagra cellux szigetelés került, majd a végén a tekercseket is celluxal betekertem. A tekercsek közötti távtartók mérete 23-25mm-es. A mágnes, régi winchesterből lett kitermelve.  A kijelző és kar felépítése már komplex feladat lett. Most minden "egyben" szerelve a célszerűbb. Ezen vannak az optikai kapukhoz a takarólemezek is vékony rézlemezből a kar alsó felületéhez forrasztva. A levezetések (0.15- 0.2)mm-es CuZ huzalból készültek. 9 szál van összesodorva, majd celluxal betekerve. A végén egy anya 16 pines tüskesor, (40-es ból levágva!), csatlakozóra forrasztva. Ezzel kapcsolódunk a nyákon kialakított tüskesorra.

- Változtattam a tekercsmeghajtó áramkör néhány elemén  is. Az R23 22K  Ohm, az  R24 8.2 K Ohm lett.  Így a meghajtó áramkör működése melegedés  nélkül tudja a lengetést végezni, csak kevésbé, vagy nem is kell hűteni!  Visszaraktam az eredeti  BD139-es tranyót is a BD241 helyett.

- A NYÁK-ot  átterveztem a módosításokhoz, csatolva a .lay és az  alkatrészoldali JPG is.  A rajzon a PIC 7. lábától kezdődik a Fali_Wand kijelző bekötése. Ő a legfelső SMD LED-hez, (függő LED-sor), a 13. lábról már a legalsó LED-hez a sorrend.  Asztalinál, (álló LED-sor), értelemszerűen fordítva kell a LED sorrendjét bekötni. Egyelőre más változás nincs a kapcsolástechnikában.

-  A résoptikák is nagyon érzékenyek külső fényhatásokra, ezért ügyeljünk,  a  beállításoknál, ne legyenek kitéve erős szórt fénynek.

 

Az ASM és HEX állományokat is archiváltam, amelyek most nálam működnek!

.

Az összes képi információ és program,  a  _Wand_Clock_II.   rar  archívumban található!

 

    Sok sikert az utánépítéshez.   (Javítva: 2009-04-06).

2009-04-07   /janocsi.