Идеи для тех, кто хочет собрать свои часы
Картинка twizz.ru
Каждый самодельщик рано или поздно приходит к тому, что ему вот прямо сейчас необходимо создать свои часы. Зачем, почему — никто не знает. Если вы пришли к такому же пониманию, «их есть у меня». А именно — собственный хит-парад самодельных часов, которые позволят как комплексно прокачать скиллы в сборке, программировании и т. д., так и украсят любой дом своим присутствием.
В этой статье умышленно будут обойдены вниманием известные проекты часов, изготовленные из радиоламп или вращающейся линейки светодиодов, установленной на диске вышедшего из строя старого HDD, так как мы постараемся остановиться на более неизвестных и эффектных экземплярах, и если известные проекты и будут затронуты, то совсем чуть-чуть :-)
▍ Часы буквенные
На первом месте находится проект, который отличается как своей эстетической привлекательностью, так и относительной простотой создания.
Картинка www.questodesign.com
В основе проекта лежит использование адресной светодиодной ленты, которая подсвечивает определённые буквы. Если кто-то не в курсе, поясним — такая лента позволяет включать любой светодиод, обращаясь к нему по адресу. В качестве «мозга» проекта используется любой микроконтроллер.
Например, вот здесь автор статьи тоже предложил свою реализацию подобных часов и выложил исходники проекта, среди которых как векторные панели для лазерной резки, так и исходный код для микроконтроллера esp32, который был взят в качестве «мозга». Почему именно этот микроконтроллер: для удобства дальнейшего беспроводного подключения к нему по Wi-Fi и конфигурирования (установка времени и т. д. и т. п.).
Как выяснилось, подобного типа часы многим не дают покоя, и другие хабражители тоже поделились своими проектами. Основной проблемой такого типа часов является грамотно составить матрицу слов.
Примеры подобных удачных матриц можно посмотреть в той же теме, ссылка на которую приведена выше:
Техническая реализация подобного проекта достаточно проста, в то же время, выглядит он весьма эффектно.
Если же кого-то интересует англоязычная реализация, то подробное описание её есть здесь.
▍ Часы с «висящими» в воздухе стрелками
Достаточно интересный проект, который позволяет создать часы, визуально выглядящие так, как будто их стрелки парят в воздухе. Проект новый, выложенный всего лишь 2 февраля 2023 года и уже набравший почти 900 000 просмотров: Все компоненты этих часов распечатаны с использованием 3D-принтера. В качестве привода использован шаговый двигатель и сочетание зубчатой и червячной передачи. Приводятся часы в действие с помощью управления на основе команд микроконтроллера Arduino Nano. Минутная стрелка, как можно заметить на видео, является опорой, а часовая стрелка подвешена с использованием неодимовых магнитов:
Картинка www. instructables.com
Картинка Youtube-канал The Wrench
Картинка www. instructables.com
Страница проекта с полным описанием, моделями для распечатывания и исходниками кода для Arduino находится здесь.
Несмотря на некоторую спорность применённых решений, а именно вопросов к долговечности всего механизма в целом, данный проект имеет право на жизнь и выглядит вполне интересно. По мнению же автора статьи, лучше всего будет взять саму идею подобного проекта за основу и переработать её с целью увеличить долговечность. Как вариант, использовать полностью магнитные подвесы всех элементов, а также заменить круговую шестерню, расположенную по диаметру часов, на что-то подобное магнитному редуктору:
То есть, возможно, установить даже не редуктор как таковой, а принцип перемещения с помощью «магнитных зубцов», если их так можно назвать.
Кроме долговечности, это позволит избавиться от скрежета шестерёнчатых передач.
▍ Качающиеся часы
Этот проект начинался как личное увлечение разработчика и перерос в нечто большее, когда разработчик превратил своё изобретение в коммерческий продукт и стал выпускать гибкие приводы на основе него: Итак, как же это всё работает? На гибкой основе расположена токопроводящая катушка, на которую подаётся питающее напряжение изменяющейся полярности. Под катушкой находится неодимовый магнит. В зависимости от полярности поданного напряжения катушка или притягивается к магниту, или отталкивается от него. На этом и основан принцип действия подобного привода. В дальнейшем разработчик разместил на нём ещё и линейку светодиодов, что позволило сделать своеобразный гибкий, качающийся в воздухе дисплей.
Несмотря на то, что подобная катушка генерирует магнитное поле силой всего лишь 2.7 мкТл, его вполне хватает для успешного функционирования. Наработка на отказ гибких элементов зависит от частоты и может быть выражена, согласно даташиту, в виде следующей таблицы:
Часы на самодельном аналоге подобного устройства могли бы быть реализованы, например, для повышения долговечности, в виде работающих с краткой периодичностью, включаясь только по нажатию кнопки, чтобы показать время.
Однако ознакомление с приводом подобного типа натолкнуло на мысль, что такой «шатающийся» дисплей мог бы быть изготовлен в виде своеобразного «поршня», подпружиненного с двух сторон, на котором установлен комплекс из микроконтроллера, массива светодиодов, отклоняющей катушки и приёмной катушки для беспроводного питания всей системы.
Беспроводная система питания могла бы быть реализована на основе воздушного трансформатора, примерно подобного тому, как показан ниже:
Для гашения вибраций, возникающих во время движения неуравновешенной системы, которой будет являться подобная сборка, она должна быть установлена на тяжёлом основании.
Готовых проектов часов подобного типа видеть не приходилось, однако это могло бы быть весьма любопытно:
▍ Часы из массива стрелочных часов
Весьма трудоёмкий проект, однако и довольно впечатляющий (как и громкий в работе, надо полагать, так как в нём использовано аж 48 шаговых двигателей! О_о).
Если вкратце, проект базируется на 25 Arduino Nano, одна из которых является главной (Master) и 24 подчинённых (Slave). Общение между ними осуществляется с помощью протокола SPI через разъём ICSP. Кроме того, автор проекта пошёл ещё дальше и для каждых часов-юнита спроектировал свою печатную плату. Огромный объём работы…
Тем не менее, все требующиеся исходники заинтересовавшиеся могут найти на странице проекта.
▍ Часы, рисующие на песке
Следующий проект пока не претворён в жизнь и ждёт своих реализаторов. Тем не менее, в случае успешной реализации он обещает быть восхитительным и умиротворяющим одновременно. То есть это больше идея для проекта, на которую автора статьи натолкнуло японское искусство рисования на песке — бонсэки: Нечто подобное проекту нашлось только в виде дизайнерского стола, где движущийся шар рисует узоры на песке: Принцип действия подобного стола основан на том, что под ним установлена механическая система, перемещающая магнит, который, в свою очередь, тянет металлический шар, катящийся по песку и рисующий узоры.
Однако, на взгляд автора статьи, устройство механической части могло бы быть существенно упрощено, если использовать любой из известных ЧПУ-приводов, например, тот же самый H-Bot:
Один из вариантов его реализации и исходный код разработки автора был выложен в одной из предыдущих статей.
Кроме того, как можно видеть, у такого движущегося шара имеется одна существенная проблема: он постоянно касается песка и, соответственно, будет оставлять непрерывную линию (что может быть проблемой, если мы попытаемся писать на песке отдельные цифры на манер тех, которые показывают электронные индикаторы.
Что можно было бы сделать в этом случае? А можно поступить очень интересным образом — усовершенствовать перемещающуюся головку:
- укрепить на ней небольшую платформу, которая может перемещаться на небольшое значение вверх/вниз;
- установить на эту платформу магнитный подвес, который частенько используют для создания декоративных «летающих в воздухе» предметов, например, горшков с цветами:
Для реализации подобного подвеса обычно используется массив из размещённых по кругу магнитов, а также ряд электромагнитных катушек, расположенных внутри этого круга.В днище самого «летающего» предмета также расположен мощный редкоземельный магнит. Кроме того, среди массива магнитов и катушек расположены ещё и аналоговые датчики Холла, которые могут измерять малейшее отклонение магнитного поля.
Работает это следующим образом: так как стабильная левитация предметов в магнитном поле невозможна, висящий над магнитами предмет постоянно стремится завалиться вбок, в ту или иную сторону. Соответственно, изменяются показания аналоговых датчиков Холла, расположенных по кругу на основании (достаточно даже 3 штук). Микроконтроллер, отслеживающий эти изменения, даёт ШИМ-импульсы на катушку, которая отталкивает падающий подвешенный предмет. Так как этот процесс протекает с большой частотой, наблюдателю кажется, что предмет свободно левитирует (хотя на самом деле он постоянно стремится завалиться, и только электронный контроль удерживает его от этого).
Полное техническое описание и исходный код Arduino Pro Mini для создания подобного магнитного подвеса можно найти вот здесь. Те из читателей, кто захочет подробнее поискать информацию по теме, могут погуглить по ключевым словам «repulsive magnetic levitation».
А вот вариант ещё проще — с одной катушкой и даже без ардуин:
Кстати, небольшое дополнение: единственный вариант, когда подобная левитация в магнитном поле без электронного контроля возможна, представляет собой случай, где предмет должен быть сильно раскручен — тогда он является маховиком, где силы, воздействующие на него, не дают опрокинуться вбок:
То есть теоретически можно было бы избежать сложной системы из катушек и магнитов, всего лишь сильно раскрутив волчок с помощью бегущего по кругу магнитного поля, источником которого является массив катушек в основании (принцип наподобие обычного электрического двигателя).
Однако вернёмся обратно к нашим часам. В результате всех этих манипуляций можно было бы получить поразительную систему, где по поверхности песка шар рисует отдельные цифры текущего времени, причём эти цифры не связаны друг с другом непрерывной линией и для рисования отдельных цифр шар «взлетает» над поверхностью и перелетает в новое место на песке (картинка кликабельна):
Уверен, что у любого наблюдающего за этим процессом челюсть отвисла бы весьма основательно! ;-)
Правда, необходимо будет придумать ещё систему стирания нарисованного…
Желающие получить результат быстро и без особых усилий могут попробовать адаптировать следующий проект под рисование на песке, так как он практически полностью соответствует требованиям:
Страницу проекта с исходниками можно найти здесь.
▍ Часы-выдвижные столбики
Ещё один проект кинетических часов, где время отображается с помощью физического изменения формы. Готовых проектов подобного рода и их исходников найти не удалось, что открывает определённые возможности для самодельщиков.
Подобные часы могли бы отражать время с помощью выдвижных столбиков, изображающих цифры:
Для обеспечения бесшумной скоростной и точной работы можно было бы использовать альтернативный привод — самодельный цилиндрический линейный двигатель, который мы рассматривали в одной из предыдущих статей. Вкратце: подобного типа двигатели используются на высокоточных промышленных роботах, в том числе для smd-монтажа электронных компонентов. Работают быстро, бесшумно, мощно, точно (так что всякие сервы и шаговые двигатели можно выкинуть в топку).
Однако те, кто не хотели бы идти полностью своим путём, могут использовать наработки другого проекта, который позволяет собрать примерный аналог описанного:
Страница с полным описанием проекта находится здесь.
Желающие могут собрать и альтернативный вариант, где происходит отклонение с помощью сервоприводов соответствующих сегментов дисплея, имитирующего электронный:
Страница с полным описанием проекта находится здесь.
▍ Часы из часов
Те, кто хотят действительно «зубодробительного» проекта, могут попробовать собрать, так сказать, часы из часов, которые собираются из семисегментных индикаторов и позволяют выводить как текущее время, так и другие надписи и изображения, потому что подобный экран ведёт себя как обычный графический дисплей: Страница проекта со всеми инструкциями и исходниками находится здесь.
▍ Часы-слайдер
Четыре шаговых двигателя, Arduino и motorshield — вот и всё, по большому счёту, что нужно для создания следующих часов: Трудно сказать про них ещё что-то подробнее… Минимум трудов — максимум зрелищности. Страницу проекта смотрим здесь.
▍ Часы из шариков для настольного тенниса
Согласно закону Парето, если его несколько интерпретировать, не всегда необходимо прикладывать безумные усилия для достижения эффектного результата. Именно это и предлагают следующие часы, собранные всего лишь из 128 шариков для настольного тенниса, адресной светодиодной ленты и Arduino.
Просто, эффективно, эффектно:
Страница проекта находится здесь.
Подытоживая, хочется сказать, что этот обзор не является полным и наверняка вам захочется добавить в него свои варианты. Однако автор постарался добавить в него те из них, которые привлекли его внимание и были им отложены для себя, чтобы заняться, когда появится свободное время. Возможно, они будут для вас полезны и интересны.
