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) basée 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 inversé.
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 apparaître une figure fixe malgré la rotation de l'hélice de l'horloge.
La difficulté réside dans l'alimentation électrique de l'hélice (puisque celle-ci tourne).
La transmission d'énergie
Dans le principe, la solution la plus simple consiste à d'utiliser un frotteur. Mais c'est peu stable, ça s'use et c'est tout simplement laid.
Une deuxième solution consiste à alimenter l'hélice sur les bobines d'un moteur à balais. C'est simple, mais il faut aimer les moteurs à balais.
Une troisième solution (la mienne), consiste à utiliser un transformateur dont le primaire est statique et le secondaire tourne avec l'horloge.
Par bonheur, 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 et d'avoir accès au circuit imprimé... j'ai eu de la chance). 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 sans aucun jeu.
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) qui va commander le courant de la bobine 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 un multiplicateur de tension à condensateurs et diodes (voir la page pompe à charges). Voici à quoi ressemble cet "amplificateur" de tension sur la platine d'essai :
et sur l'hélice :
J'utilise de gros condensateurs électrochimiques (avec une grande résistance série...), ce qui est certainement une grossière erreur. J'avoue ne pas avoir beaucoup réfléchi à la question et avoir pris grand soin de ne pas me renseigner avant...
Voici la tension en entrée du multiplicateur
La référence de position
La vitesse de rotation du moteur est réglable, mais même si elle était "fixe", elle varierait probablement très sensiblement avec la température, l'usure, etc. Aussi, sur le magnétoscope, un petit aimant est placé sur la tête et son passage devant un capteur à effet Hall est utiliser pour réguler la vitesse en boucle fermée.
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 pixels s'ajuste en fonction. Ceci nécessite que le PIC (qui contrôle l'horloge pixels) ait accès à la vitesse de rotation.
A cet effet, un (gros) aimant au néodyme extrait d'un disque dur est placé en périphérie de l'hélice et un capteur à effet Hall est installé sur cette dernière. Une interruption est générée à chaque passage du capteur devant l'aimant.
Voic une photo où on voit l'aimant :
Le mécanisme d'ajustement à la vitesse est simple :
- l'horloge pixels 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 (et inversement).
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...).
Je pourrais passer un peu de temps à améliorer l'affichage et mettre en oeuvre divers effets (scrolling, aiguille "virtuelle", etc.). Bon, rien de bien passionnant. Je crois que j'ai fait plus ou moins le tour de la question. Il est temps de passer à autre chose...
