Zegar wtórny i jego sterowanie

Moje małe „muzeum kolei” wzbogaciło się jakiś czas temu o prosty zegar dworcowy. Jest to tzw. zegar wtórny, który aby wskazywał poprawną godzinę musi dostawać stosowny impuls, co minutę, z zegara pierwotnego, tzw. „zegara matki”.

Jak jest „dziecko” to i „matkę” trzeba było zorganizować. W tym celu posłużyłem się drobnymi doświadczeniami z Arduino i skonstruowałem prosty zegar pierwotny, do którego obecnie mam podłączone dwa zegary wtórne.

Więcej o technicznej stronie mojego pierwszego projektu można poczytać na majsterkowo.pl

A tu przykłady realizacji:

Testy sterownika

Jednym z większych wyzwań był duży peronowy zegar dwustronny. W zasadzie mechanizm jest w nim identyczny jak w mniejszych zegarach z bydgoskiej fabryki i można powiedzieć, że są to po prostu dwa zegary w jednej obudowie. Problem jednak był w tym, że pomimo wyczyszczenia mechanizmów jeden uparcie się zacinał.

Po zmontowaniu nowej, bardziej wyrafinowanej wersji zegara matki mogłem rozpocząć testowanie jednego z mechanizmów, który nie sprawiał problemów. Drugi niestety spędzał nadal sen z powiek. Wielokrotnie rozbierałem go i ponownie składałem. Niestety bezskutecznie. Na szczęście w końcu udało mi się, jako zegarmistrzowi-samoukowi znaleźć przyczynę zacięć i od tego czasu przywrócenie zegara do życia nabrała tempa. Drugi mechanizm dołączył do testowania.

W międzyczasie obudowa zyskała nową wersję oświetlenia. Oryginalne oprawy zasilane napięciem 24V zastąpiłem klasycznymi na 230V, co pozwoliło podłączyć oświetlenie zegara do domowej sieci elektrycznej.

Rozmontowane tarcze zegara w trakcie testów obu już sprawnych mechanizmów

Po pewnym czasie i dokładnym przetestowaniu całości zegar wrócił do swojego właściciela i zawisł w docelowym miejscu. Dzięki jego uprzejmości mogę pokazać efekt w dzień i w nocy.

Poza dwoma mechanizmami tego zewnętrznego zegara, moja „matka” steruje równolegle jeszcze trzecim zegarem wtórnym zawieszonym wewnątrz hali.

Poniżej kilka kolejnych realizacji, do których wykorzystano zegary pierwotne mojej konstrukcji.

Naprawa i sterowanie klapkowego Pragotronu

Dorobiona krzywka

Początek 2019 roku przyniósł mi możliwość zapoznania się z mechanizmem zegara klapkowego – Pragotron IPJ061/1. Trafił do mnie z pewnymi brakami ale generalnie sprawny. W tym przypadku do pełni szczęścia brakowało 2 klapek (godzinowej i minutowej) oraz krzywki łączącej mechanizm bębna minutowego z godzinowym. Cewki i mechanizm napędowy działał, więc po podłączeniu sterownika przeskakiwały minuty, a brak krzywki unieruchomił część godzinową. Udało mi się dorobić wszystkie brakujące części odpowiedzialne za prawidłowe wskazania czasu i kolejny zegar wrócił do życia. W związku z tym, że obudowa jest dość obszerna, a tylko ten mechanizm miał być sterowany, to zdecydowałem się wmontować elektronikę do wnętrza.

Pierwsza poważna modernizacja sterownika

Czas mija, a ja staram się ciągle udoskonalać swój projekt. Nowa odsłona sterownika cały czas bazuje na bardzo dokładnym module zegarowym (DS3231) ale tym razem projekt zakłada możliwość wykorzystania zasilacza o znacznie niższym napięciu (np. 7V, 9V lub 12V). Aby mógł poprawnie współpracować z tradycyjnymi mechanizmami płytka została wzbogacona o układ przetwornicy podnoszącej napięcie do porządanych około 24V. Dodatkowo sterownik otrzymał nową, bardziej kompaktową obudowę i profesjonalnie wykonaną płytkę PCB. Aby mieć pewność, że nowa wersja spełni zwoje zadanie jest teraz poddawana intensywnym testom z moimi dwoma Metronami.

Kliknij, a zobaczysz jak wygląda kompletny sterownik

Schemat sterownika z opisem

2022 – sterownik w wersji 2.0

Z nowym rokiem zadebiutowała kolejna wersja sterownika. Od poprzedniej, zielonej różni się kilkoma usprawnieniami. Czarna płytka nowego sterownia ma trochę przeprojektowane obwody i dodane dwa, widoczne dla użytkownika elementy: duży kondensator zabezpieczający układ mostka H oraz diodę LED, która pokazuje aktywność zegara migając w rytmie upływających sekund nawet gdy nie ma podłączonych żadnych zegarów wtórnych. Nowe płytki, podobnie jak poprzednia wersja, pozwalają na wykorzystanie wbudowanego układu przetwornicy step-up. Dostarcza ona zasilania dla impulsów sterujących zegarami wtórnymi. Alternatywnie można wykorzystać gotowe moduły przetwornicy z regulowanym, za pomocą potencjometru, napięciem wyjściowym. Pierwszy sterownik w nowym wydaniu działa już od dłuższego czasu i sprawdza się bardzo dobrze.

Sterownik zegarów wtórnych v2.0

2023 – UPS i nowa obudowa

Wydrukowana obudowa sterownika z układem UPS

Problemy z dostępnością i cenami niektórych, kluczowych części elektronicznych nie zachęca do modyfikacji układu. Coś się jednak zmieniło, przynajmniej jeśli chodzi o mój egzemplarz. Jak to się mawia, „szewc bez butów chodzi”, długo nie miałem na stałe podłączonego, własnego sterownika. Zwykle moje dwa Metrony działały w ramach testów kolejnego, zmontowanego egzemplarza i znikał on dość szybko. Postanowiłem w końcu to zmienić. Nowe doświadczenia z drukarką 3D zachęciły mnie w końcu do wykonania specjalnej obudowy, która pomieści nie tylko samą płytkę sterownika ale również mały UPS. Pojawiające się ostatnio przerwy w dostawie energii elektrycznej i chęć używania na stałe układu zegarowego skłoniły mnie do eksperymentów z zasilaniem awaryjnym. Pierwsze próby pokazały, że dwa akumulatory 18650 są niewystarczające. Stosunkowo niskie napięcie wejścia powodowało, że układ pracował tylko kilka godzin bez zewnętrznego zasilania. Ostatecznie zdecydowałem się na pakiet trzech akumulatorów z modułem BMS i zasilaczem 12V zamiast dotychczasowego 9V. Taki UPS powinien pozwolić na kilkudniową pracę. Nie testowałem jeszcze jego pełnej wydajności i po niecałych dwóch dobach musiałem go wyłączyć na czas montażu w nowej obudowie. Prawdopodobnie wkrótce zrobię ponowny test. Eksperymenty z nową konfiguracją sterownika oraz zabawy w projektowanie i drukowanie obiektów 3D były fajnym doświadczeniem.

W końcu przeprowadziłem pełny test działania na akumulatorach i okazało się, że dwa moje zegary wtórne Metron pracowały na wbudowanych w sterownik trzech ogniwach 18650 (każde o pojemności 2100 mAh) przez 51 godzin i 13 minut.