Propeller Clock
From Eric
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Objectif
Réaliser un de ces fameuses "propeller clock" qui fourmillent sur l'internet.
Le montage
Principe de fonctionnement
Une "propeller clock" est une horloge (ou plus exactement un dispositif d'affichage) basé sur la persistance rétinienne. En pratique, il s'agit d'une ligne de leds que l'on fait tourner et que l'on allume / éteint de façon appropriée. On trouve ce genre d'horloge dans le commerce sous la forme simplifiée d'un balancier.
Dans le principe, la mise en oeuvre est très simple et un simple timer (voire une simple boucle) suffit pour déterminer les LEDs à allumer pour faire apparaitre une figure fixe malgré la rotation de "l'aiguille" de l'horloge.
La difficulté réside dans l'alimentation électrique de l'aiguille (puisque celle-ci tourne).
La transmission d'énergie
La solution la plus simple (dans le principe) est d'utiliser un frotteur. Mais c'est peu stable, ça s'use et c'est tout simplement laid. La deuxième solution consiste à alimenter l'aiguille sur les bobines d'un moteur à balais. C'est simple, mais il faut aimer les moteurs à balais. La troisième solution (la mienne), consiste à utiliser un transformateur dont le primaire est statique et le secondaire tourne avec l'horloge.
Par bohneur, il existe un dispositif assez facile d'accès qui met en oeuvre ce principe : la tête de lecture / écriture d'un magnétoscope.
En effet, un magnétoscope doit pouvoir transmettre les informations lues sur la bande au reste de l'électronique. Pour ce faire, la tête de lecture dispose de plusieurs bobines concentriques fixées d'une part sur le stator et d'autre part sur le rotor. Chaque bobine du stator est placée face à une bobine du rotor.
Par chance, les magnétoscope commencent à encombrer les poubelles et il est facile de s'en procurer. Par ailleurs, les têtes disposent d'un moteur brushless intégré (encore faut-il trouver la notice du composant...). Enfin, la qualité de fabrication est parfaite : les bobines sont très proches les unes des autres et le tout est monté sur des roulements à billes.
Voici à quoi ressemble une tête de magnétoscope :
Comme pour tout transformateur, l'objectif consiste à faire varier le courant au primaire pour récupérer du courant au secondaire. Pour ce faire, il suffit de réaliser un signal rectangulaire (avec un bon vieux 555) dont le rôle va consister à commander le courant au primaire via un transistor de puissance (un MOSFET IRF540 dans mon cas). Le rapport cyclique est de l'ordre de 10% afin de ne pas trop échauffer le transistor et la bobine tout en transmettant suffisamment d'énergie au secondaire.
Voici une photo de l'oscillateur :
La tension récupérée au secondaire est faible. Pour pouvoir alimenter un PIC, il est nécessaire d'obtenir un niveau de tension au moins égal à 3.3V. Dans mon cas, j'ai besoin de 5V pour pouvoir alimenter le capteur à effet Hall (voir plus loin). L'augmentation du niveau de tension est obtenue via une "pompe à charges" à condensateurs. Voici à quoi ressemble cet "amplificateur" de tension sur la platine d'essai :
et sur l'hélice :
La référence de position
La vitesse de rotation du moteur est réglable, mais même si ce n'était pas le cas, elle varierait sensiblement avec la température. Sur le magnétoscope, un signal de retour de la tête (capteur Hall) est fourni à l'électronique de commande de la vitesse de rotation (feedback).
Dans mon cas, je ne cherche pas à ajuter la vitesse de rotation du moteur à une horloge pixel fixe ; je fais l'inverse : la vitesse de rotation peut varier librement et l'horloge pixelss'ajuste en fonction. Ceci nécessite que le PIC (qui contrôle l'horloge pixels) ait accès à la vitesse de rotation.
La vitesse est mesurée au moyen d'un capteur à effet Hall qui génère une interruption à chaque tour, lorsqu'il passe devant un (gros) aimant au néodyme extrait d'un disque dur.
Voic une photo où on voit l'aimant :
Lemécanisme d'ajustement à la vitesse est simple :
- l'horloge pixel est initialisée à une fréquence "raisonnable".
- A chaque tic de cette horloge, une nouvelle colonne de pixels est affichée. Chaque colonne correspond à une case mémoire (il y en a 40*3=120).
- Lors de l'occurrence de l'interruption du capteur Hall, on compare le nombre de tics de l'horloge pixel à la valeur que l'on devrait obtenir, à savoir : 120 (toutes les colonnes sont affichée une fois par tour).
- Si la valeur mesurée est trop petite, on augmente la fréquence de l'horloge pixels ; si la valeur est trop grande, on l'accroît.
L'horloge pixel est implémentée par le timer 1 du PIC16F628A (mode comparateur). Pour augmenter la fréquence, on décroit la valeur de référence du comparateur (et inversement pour réduire la fréquence).
La mécanique
La mécanique se résume à peu de chose : une plaque de plexiglas et deux profilés d'aluminium :
L'hélice est fixé à grand renforts de colle chaude. C'est très laid mais ça tient et c'est souple, ce qui est important dans la mesure où l'équilibrage est imparfait :
Le résultat
On trouvera ici, là et encore là de courtes vidéos qui montrent la chose.
Et en voici quelques photos :
Conclusions
Comment faire ce que d'autres ont fait mille fois avant...
Le montage n'est pas particulièrement intéressant, mais l'effet est assez saisissant et la solution adoptée est (enfin, je le croyais...) originale. D'autres montages pourront peut-être bénéficier de l'expérience acquise cette fois-ci, si j'ai besoin d'alimenter un dispositif tournant (par ex. balayage laser...).
