Circuits utilisant des afficheurs : compteurs et pendules


Dans cet article, vous trouverez des schémas, des infos, des photos, concernant des circuits de comptage ou d'affichage de différentes technologies.
Il y a un peu de tout : des Nixie, des Numitron, des Dekatron, des matrices de DEL, des disques stroboscopiques ... Tous ces circuits ont été construits bien souvent juste pour le fun, pour voir ce que ça donnait : des compteurs, des pendules par exemple.
Bonne lecture !

Compteur à Nixie
Compteur à Numitron
Compteur à VFD 16 segments
Compteur à Dekatron
Compteur à VFD 7 segments monotube
Pendule utilisant des néons russes IN-13
Pendule utilisant des Dekatron russes OG-4
Pendule à mots
Pendule vibrante
Pendule à disque dur, à caractères fixes
Pendule à disque de Nipkow
Pendule à mots à disque de Nipkow
Pendule à CD ou DVD
Pendule radio-pilotée à Nixie et châssis Philips 830A
Pendule à ruban de papier
Pendule géante



1. Compteur à Nixie

Les Nixie sont des modèles russes ...


Ce compteur est un 4 digits :








Voici la première version du circuit (l'alim HT était faite avec un transfo élévateur) :



Le circuit afficheurs est amovible :


ce qui permet d'utiliser plusieurs sortes de Nixie :


voici la dernière version, utilisant une alim à découpage pour la haute tension :



Vous pouvez télécharger le schéma ici

et voir une vidéo de deux compteurs

Ce circuit compteur est universel. Selon le logiciel et la carte d'interface ajoutée, on peut le transformer par exemple en fréquencemètre :





2. Compteur à Numitron

Les Numitron sont en fait des afficheurs 7 segments formés de filaments dans une ampoule. C'est comme si on avait 7 lampes à incandescence dans le même tube.
La commande est identique à des afficheurs à LED, sauf que la tension est de 5V, et qu'on peut la diminuer afin de régler la luminosité.
De plus, la lumière produite est quasi blanche, il suffit alors d'un filtre devant pour faire la couleur de son choix.


Pour ce compteur, j'ai fait des petits modules, par digit :


La carte mère a été faire sur circuit pastillé; remarquez la simplicité !



Vous pouvez télécharger le schéma ici

et voir une vidéo



3. Compteur à VFD 16 sements

Ces afficheurs sont des afficheurs fluorescents qui comportent 16 segments et deux points décimaux, permettant d'afficher en plus des chiffres, toutes les lettres.
Ce compteur comporte 8 digits; les VFD sont installés sur une carte fille :




Un circuit imprimé a été fait pour le circuit de commande; ce compteur est sauvegardé : en cas de coupure secteur, le compte est mémorisé dans la mémoire flash du PIC :


Les caractères ont une allure sympa :


Vu le nombres d'électrodes des afficheurs, tout est multiplexé pour gagner des fils; voici le principe :


Vous pouvez télécharger le schéma ici

et voir une vidéo



4. Compteur à Dekatron

Les Dekatron sont des tubes rempli de néon, comportant trente électrodes reliées 10 par 10 à 3 électrodes principales, sauf une, totalement isolée.
Une seule électrode s'illumine à la fois, mais en envoyant des impulsions sur les commandes, on peut faire sauter cette illumination d'électrode en électrode.
Un pas fait avancer le spot de 3 électrodes. Il faut donc 10 pas pour faire un tour. L'électrode isolée est le "0", permettant :
- de savoir si le Dekatron est à 0 ou pas
- d'envoyer une impulsion-retenue au Dekatron suivant.

J'ai fait deux compteurs :
- un géré par PIC, les Dekatron n'étant que des afficheurs
- un auto géré, les Dekatron étant alors compteurs par 10.

Voici le premier compteur à 4 digits :



Vous pouvez télécharger le schéma ici et voir une vidéo

Le second compteur est à lampes, comme les antiques compteurs à Dekatron. Un digit est formé d'un module-décade dont voici le schéma et les signaux :


L'entrée est C, sa sensibilité est de 4V. La sortie-retenue est Z, d'amplitude 4V. Autrement dit, les décades sont cascadables.

Ce compteur comporte 5 décades et est synchronisé par le secteur; le premier Dekatron fait un tour en 1/10 seconde, le second en 1 seconde; voici ces deux modules :


Si on veut raccourcir le compte, par exemple pour compter de 0 à 5 si on veut faire une horloge en minutes, secondes, il faut un module diviseur, formé d'un monostable qui autorise, lors d'une commande à mulitplier cette commande, afin de positionner le spot après le zéro; voici ce module :


Ce module est associé à la décade qu'on veut raccourcir :
- L'entrée Z provient de la sortie retenue de la décade
- la sortie S est reliée à l'entrée directe de la décade, afin d'ajouter des impulsions
- l'entrée B recueille une horloge à 100Hz, base de temps des impulsions supplémentaires.

Voici une vidéo de ce compteur (sans décade raccourcie)



5. Compteur VFD 7 segments monotube

Ce tube comporte 8 digits 7 segments ! C'est dire que le câblage est simplifié. Voici le principe du mulitplexage :


Ce VFD triode fonctionne sur ce principe :


Le compteur fabriqué est réduit à sa plus simple expression :


le câblage a été fait en volant sur du pastillé :


Un micro-switch permet de passer de l'affichage d'un compteur de secondes à une horloge. Voici l'affichage compteur :


et l'affichage horloge :


(les points clignotent à la seconde et séparent les jours, heures, minutes, secondes); voici le détail des connexions du tube :


Voici une vidéo du compteur de secondes,
et une vidéo de l'horloge.

L'affichage bleu a été filtré par un filtre rouge, produisant cette couleur violette.



6. Pendule utilisant des néons russes IN-13

Ces néons présentent un trait lumineux proprotionnel au courant qui les traverse, ce qui fait qu'on peut les utiliser pour faire un indicateur d'accord comme pour le poste SABA type 521WL, mais on peut aussi les utiliser pour réaliser cette pendule :


Elle comporte 2 tubes pour les heures, 2 autres pour les minutes et un néon central clignote au rythme des secondes.
Le cadran a été étudié pour utiliser toute la longueur des tubes, y compris celui des dizaines d'heures et celui des dizaines de minutes :


J'ai câblé le circuit en volant :


Notez qu'un PIC 16F84 suffit amplement !
Voici le schéma :


Le principe de commande des tubes est simple : le PIC génère 4 signaux numériques en MLI, dont le rapport cyclique est proportionnel au digit. Ces signaux intégrés sont convertis en courant qui traverse chaque tube néon. Le trait lumineux est alors quasiment proportionnel au digit.
Notez qu'il faut décaler l'alimentation du PIC afin de compenser le VBE des transistors, sans cette précaution, le "1" des minutes ne ferait pas décoller le trait lumineux et serait confondu avec le "0".
Les résistances ajustables permettent de régler la longueur maximale de chacun des trait lumineux. Pour cela, il suffit de mettre à l'heure qui va bien : d'abord 09:59 ou 19:59 pour régler les 3 néons de droite, puis n'importe quelle heure supérieure ou égale à 20:00 pour régler le néon de gauche.
Deux boutons-poussoirs permettent de mettre à l'heure la pendule
En cas de panne secteur, l'heure est perdue; au redémarrage, l'heure est initialisée à "12:00"

Les personnes intéressées par la construction de cette pendule peuvent me contacter pour obtenir le fichier HEXA de programmation.



7. Pendule utilisant des Dekatron russes OG-4

Voici une pendule à Dekatron, sur le même principe que le compteur déjà réalisé :



Les 2 Dekatron du haut affichent les heures : celui de gauche a un cycle de 4 positions, celui de droite 6 positions, faisant donc bien un cycle de 24 heures en tout.
Les 2 Dekatron du milieu affichent les minutes : celui de gauche a un cycle de 6 positions, celui de droite a son cycle normal de 10, faisant bien 60 minutes en tout.
Enfin, le Dekatron du bas affiche les secondes par pas de 3 secondes. On arrive à afficher 20 positions en commandant les guides par demi-pas (un peu comme les moteurs pas à pas)

Voici le schéma de cette pendule :


Chacun des Dekatron est commandé par 2 transistors HT :


Le PIC est un 16F876 car on a besoin de 15 E/S en plus des BP de mise à l'heure et de la synchro :


Enfin, l'alimentation est directe sur le secteur :


Un doubleur de tension est nécessaire pour obtenir le 330V des anodes des Dekatron (avec un redressement normal, en charge, on obtient moins de 300V et parfois les Dekatron "patinent" !). Vu les faibles consommations, on peut abaisser les tensions de guides à 90V et la tension du PIC à 5V avec des résistances de puissance tout à fait raisonnable.

Encore une fois, j'ai câblé tout ça en volant, le circuit du PIC est même installé sur une feuille de carton :


L'ensemble est formé de 4 plaquettes entretoisées. Le cadran a été imprimé et plastifié à partir de ce plan :


Le fichier HEXA de programmation du PIC est disponible sur demande.



8. Pendule "à mots"

Aout 2012 :
Version initiale

C'est Fred qui m'a présenté cette idée qui m'a plu tout de suite ! Lui-même est en train d'en construire une belle, propre, alors que la mienne est juste une maquette ...
Voici l'idée : une série de mots est inscrite sur un panneau lumineux. Suivant l'heure, plusieurs mots sont rétro-éclairés, donc visibles et une phrase se forme :"IL EST TROIS HEURES MOINS CINQ" par exemple.
Voici ce que ça donne :


Techniquement parlant, ce n'est pas très compliqué si on utilise un micro-contrôleur. Voici le schéma :


On voit un PIC 16F84 qui commande un registre à décalage 24 bits, un bit pour un mot. Suivant la longueur du mot, il y a un nombre différent de LEDs afin de conserver une densité lumineuse constante.
Les LEDs sont des rouges haute luminosité (2300 mcd). Deux boutons permettent la mise à l'heure, et la pendule est synchrone du secteur assurant une bonne stabilité.
Vous pouvez télécharger le schéma en PDF : ICI

Voici quelques détails de fabrication de cette maquette. J'insiste sur l'aspect "maquette" ! Une version plus industrielle serait certainement plus belle ...

le panneau est une boite en médium de 10, percée de 98 trous au bons endroits



Des cloisons en carton fort ménagent les 24 compartiments



Les 98 LEDs soudées et collées, avec leur résistance de réglage du courant de chaque branche à 15 mA



Le raccordement à la carte supportant les 3 registres 74LS164 et les 3 réseaux de transistors ULN2804




Notez la présence d'un connecteur ce qui facilite la mise au point



La carte micro : toute petite ...



Raccordements du panneau, de la carte micro et de l'alimentation



La feuille d'adhésif imprimable avec tous les mots
version PDF de cette feuille


Un verre dépoli de 29 x 15 cm diffuse la lumière émise par les LED. Il est interposé entre la feuille imprimé et le boitier



A une heure, le "S" des heures est éteint !





L'affichage ne change que toutes les 5 minutes ...



maj Avril 2016 :
modification de cette pendule pour ajouter 4 LED qui indiquent le nombre de minutes (de 0 à 4 donc)


Une seule led d'allumée, donc "il est 6:01"

Du côté soft, il suffit de prévoir les 4 commandes en plus, ce qui porte à 28 les sorties nécessaires au registre à décalage.
La mise à l'heure des minutes agit maintenant sur les led aussi, on peut donc régler la pendule à la minute près (et ne pas être obligé d'atteindre un multiple de 5 minutes comme sur la version de base)
Côté hard, j'ai du ajouter une petite carte fille comportant un registre 164 et un ULN :


Les leds sont coudées 2 fois pour être visibles de l'avant de la pendule

Voici le schéma modifié (cliquez pour l'agrandir) :


Et vous pouvez télécharger le PDF ICI



9. Pendule vibrante

Cette pendule joue sur la persistance rétinienne, on n'est pas loin de la télévision !
Le principe est simple : un balancier porte des LED et oscille. Les LED sont allumées aux bons moments par rapport à une position de référence, ce qui forme une image de points :


L'oscillation est entretenue par un électro-aimant agissant sur un aimant solidaire du balancier. La fréquence est de l'ordre de 5Hz. L'effet est tout de même clignotant, la fréquence étant trop faible pour que le cerveau intègre les informations lumineuses, mais l'heure est bien visible.

Voici le schéma :


Le micro-contrôleur est un PIC 12F509. Ce PIC est tout petit : il est en boitier DIL8 et ne comporte que 5 E/S, ce qui est suffisant pour cette application, à condition de n'avoir qu'un seul bouton-poussoir pour le réglage de l'heure.
Les LEDs sont des rouges haute luminosité (2300 mcd) si on veut que la pendule se voit de loin, mais on peut utiliser des normales et même des 3mm si on veut des caractères moins hauts.
Vous pouvez télécharger le schéma en PDF : ICI

Et voici quelques détails de fabrication ...

le bâti est formé de 2 planches de medium de 18 assemblées en équerre; un contre-poids de 4kg évite que l'ensemble entre en vibration


La planche verticale supporte un mini-étau qui serre une lame de scie à métaux, c'est le balancier. La position de la bobine d'entretien est importante. Notez les dimensions réduites de la carte de commande


La carte de commande. Le PIC est le composant le plus petit !


L'alimentation est minimale. Elle est située à l'arrière, au-dessus du contre-poids

Et voici quelques photos de l'affichage :





10. Pendule à partir d'un disque dur, comportant des caractères définis

On trouve facilement maintenant des disques durs de quelques Go complètement obsolètes ... que peut-on en faire ?
Oui je sais, on peut les jeter. Mais on peut aussi s'amuser à les transformer en pendule !
Voici ce que ça donne :

Pal mal, non ?

Comment ça marche ?
Le principe est (encore) basé sur la persistance rétinienne de nos yeux. Un disque comportant des évidements en forme de chiffres tourne à vitesse constante.
Un détecteur permet de connaitre la position angulaire du disque par rapport à une position de référence (qui est tout en bas). Cette référence permet d'allumer les 5 points d'éclairement au travers des chiffres du disques, aux bons moments pour ne faire apparaitre que les chiffres désirés.
Par exemple, si on veut faire apparaitre le "1" aux chiffres des unités, on calcule le temps que le disque met pour passer de la position de référence, à la position "1" en face de l'éclairage des unités.

Le processus se répète environ 21 fois par seconde (le disque fait un tour en 48 ms), autrement dit, même si l'éclairage est pulsé, il parait fixe pour nos yeux.

Voici le schéma de l'appareil :

le micro est un PIC 16F84. 5 sorties commandes 5 groupes de 4 LED haute luminosité; un opto détecteur à fourche détecte le point "zéro" du disque, situé entre les chiffres 4 et 5



3 autres sorties commandent un registre à décalage qui permet de générer les 6 commandes de synthèse du triphasé


Les circuits de puissance de commande des 3 phases moteur


détail d'une phase. Les commandes sont isolées par des opto-coupleurs


L'alimentation est basique, elle consomme environ 20W sur le secteur, il faut donc prévoir un transfo en conséquence. Les 2 régu sont sur radiateur

Vous pouvez télécharger le schéma complet en PDF ICI et celui de l'alim ICI

Quelques explications techniques :
Le moteur d'entrainement du disque est un brushless, autrement dit un moteur synchrone triphasé. Pour le commander, il faut donc générer 3 tensions déphasées de 120°, et normalement sinusoïdales.
Bon, on peut se contenter d'un pseudo-sinusoïdal en signaux rectangulaires suivant les chronogrammes suivants :


On voit que chaque phase a un rapport cyclique de 1/2 ce qui limite la puissance en préservant le fonctionnement.

Le disque comporte une échancrure qui est détectée par le détecteur optique à fourche :


Les chiffres ont été découpés dans une feuille de papier ordinaire, imprimée en fond noir, puis collés sur l'envers du disque

L'opto-détecteur envoie un signal au PIC (entrée RA2) qui remet à zéro un compteur de millisecondes (qui ne va pas plus loin que 47 donc puisque le tour dure 48 ms). En fonction du compte de la pendule (heures, minutes), les commandes C1 à C5 des LED sont commandées avec un retard adéquat suivant le tableau suivant :


On voit que la commande de C3 a toujours le même retard puisque c'est toujours le même caractère (:) qui est allumé par C3. Par contre, pour les autres commandes, tout dépend de l'heure. Par exemple, lorsqu'il est 15h00, C2 va s'allumer avec un retard de 29 ms, juste au moment où l'alvéole comportant le chiffre "5" va se trouver en face des LED L2.

La pendule est synchronisée par la fréquence du secteur, ce qui assure une stabilité à long terme (presque) parfaite.
Il faut ajouter aussi que le moteur n'est pas alimenté dès le démarrage à pleine vitesse, mais qu'il est, au contraire, accéléré progressivement de 136 ms / tour à 48 ms/tr. Sans cette précaution, il ne s'accroche pas correctement. La phase d'accélération dure environ 20 secondes.

Voici maintenant quelques photos de la maquette :

Le disque dur. Notez les 5 groupes de 4 LED et le détecteur à fourche tout en bas



Pour diffuser la lumière, une petite couronne de papier claque est disposée au-dessus des LED



Le disque dur est fixé comme à l'origine.



Vue du côté gauche. L'alim est entourée en jaune, la carte PIC en bleu et la carte moteur en violet



Vue de l'arrière. En bas l'alim et son connecteur vert, en haut la carte PIC



Vue du côté droit



Vue plongeante

La pendule en fonctionnement


Phase de démarrage : les chiffres s'allument de façon incohérente



Après 20 secondes, l'affichage est stable. La pendule est mise à 12h au démarrage, il faut donc la régler



Les 2 boutons poussoirs de mise à l'heure (en violet, les heures, en bleu les minutes)



la pendule est maintenant à l'heure !

Lors de la construction de la pendule suivante, j'ai acheté des LED vertes haute luminosité et pour changer, j'ai équipé cette pendule, voici ce que ça donne :


pas mal non plus en vert ...



11. Pendule à partir d'un disque dur,percé en disque de Nipkow

Pour recycler nos disques durs HS (ou obsolètes), on peut aussi réaliser un affichage comme une télévision mécanique, c'est-à-dire utiliser un disque de Nipkow :


L'affichage est donc "ligné", les caractères sont alors définis par une matrice de points.
J'ai choisi une définition de 8 lignes de 30 ppoints, ce qui permet d'afficher une pendule, c'est-à-dire 2 chiffres pour les heures, 2 chiffres pour les minutes, séparés par 2 points.

Voici la compostion d'une ligne :


La matrice d'un caractère comporte donc 5 colonnes de 8 points, chaque caractère étant séparé des voisins par au moins une colonne éteinte.
La synchro se fait comme pour la pendule précédente par une fourche optique, située en bas du disque, et le top de synchro tombe à peu près au milieu de la première ligne (signal rouge)

Voici comment le générateur de caractères construit les lignes les unes après les autres pour former une trame comportant donc 300 intervalles :


construction des lignes 1 et 2 lorsque l'affichage est "14:29"


Les durées caractéristiques sont les suivantes :


et voici la trame complète, qui dure 48 ms et qui correspond à un tour du disque :


Le générateur de caractères en comporte 11 utiles (mais aussi le caractère "absent" qui remplace le "0" des dizaines d'heures) :


Du côté de l'électronique de commande, j'ai repris le principe de la pendule précédente. Une différence : le moteur est commandé en triangle.
J'ai également fait en sorte de créer du pseudo-sinus :

En haut, du sinus triphasé, en bas du pseudo-sinus.

On voit qu'il faut alimenter chaque bobine en +E,-E, mais aussi +E/2 et -E/2
On réalise cela de la manière suivante :

En haut, les signaux de commande, en bas, les connexions successives des bobines.

- 1° temps : 2 bobines sont reliées au +12V, la 3° à la masse (les tensions sur chacune des bobines se partagent en 1/3 - 2/3)
- 2° temps : 1 bobine sur le +12V, 2 à la masse
- 3° temps : de nouveau 2 bobines au +12V et la 3° à la masse, mais le rôle des bobines à changé
- etc etc ...

Les commandes du contrôleur PIC sont alors les suivantes, pour un cycle (1 tour moteur = 4 cycles) :

En haut, les signaux de commande, en bas, les commandes logiques

On voit donc que chacun des signaux logiques a un rapport cyclique de 1/2, et les 3 sont décalés de 1/6 du cycle.

Voici le schéma de la partie puissance moteur :

Les transistors forment un PP pour chaque bobine, la commande étant commune au deux transistors et générée par le transistor d'un ULN

Si un "1" logique est généré par le PIC, le transistor de l'ULN est saturé, et le niveau sur les grilles des mosfet est "0", bloquant le canal N (T2,T4,T6) et saturant le canal P (T1,T3,T5), alimentant donc la bobine en +12V.
Au contraire si un "0" logique est généré, l'état des mosfet est inversé, et la bobine se retrouve connectée à la masse.

le circuit autour du controleur PIC est plus simple car le registre à décalage a disparu, car il n'y a plus que 3 commandes de phases :


Un connecteur sur la carte puissance permet le démontage facile :


La source lumineuse est commandée par 3 signaux car peut-être un jour ferai-je de la couleur ... en attendant, les 3 signaux sont rigoureusement identiques !


Avec ces 15 LED rouges haute luminosité, voilà ce que ça donne :


Quelques photos de la construction :

La carte controleur en bas (le pic entouré en vert, la fourche optique entourée en bleu) et la carte source en haut (les LED enrourées en rose). Les alims sont 5V et 12V



Un cache est interposé entre les LED et le disque. Il comporte une découpe correspondant au lignage et un claque diffusant

L'utilisation d'un cache a été rendu nécesaire par l'utilisation de LED haute luminosité grand angle !


Le disque de Nipkow avec ses 8 trous en spirale



La carte de puissance avec ses 6 transistors et ses 6 photocoupleurs



Pour augmenter le contraste, le disque est peint en noir satiné



Vue latérale : entouré en jaune, le cache; en vert la source; en rose la fourche optique de synchro



Vue latérale rapprochée montrant les espaces entre la source, le cache et le disque

Pour alimenter cette pendule, il faut (comme la précédente) du 5V, du 12V et un signal 50Hz de synchro. Le 5V débite 30mA environ, mais le 12V doit pouvoir débiter près de 1A, j'ai donc utilisé une alim à découpage de 12V sur laquelle j'ai installé une alim stabilisée par zener de 5V et un photocoupleur sur le secteur pour générer le signal de synchro :

La pendule se connecte sur l'alim par un connecteur sub-D 9 points (entouré en vert)



Le photocoupleur de synchro (entouré en rose)

Le schéma de l'alim :


Pour lancer le moteur, j'ai ménagé encore une phase d'accélération pendant laquelle l'affichage est incohérent :


puis après quelques secondes, on commence à deviner qu'il est midi :


enfin, l'affichage stabilisé, on peut mettre à l'heure grâce à 2 boutons poussoirs :

(photo prise avant que le disque soit peint en noir

J'ai essayé également d'autres LED que j'ai installées sur des cartes amovibles munies d'un connecteur. Voici la source "verte" :



avec ce que ça donne :


Au flash, l'affichage se réduit à un peu plus de 3 lignes correspondant au temps d'ouverture de l'APN :


Voici la source "blanche" :



et ce que ça donne :


Sympa comme ça, je garde !

Vous pouvez télécharger le schéma de la pendule en PDF ICI

A noter une modif de dernière minute, l'ajout d'un microswitch qui permet d'arrêter le moteur afin de présenter le disque de Nipkow. Bien entendu, lors du basculement de ce switch en mode normal (moteur tournant) la phase d'accélération est activée.
Voici cette modif :


Vivent les disques durs !!!



12. Seconde pendule à disque de Nipkow, à affichage littéral

Pourquoi s'arrêter en si bon chemin ?
La base électronique de la pendule précédente, ainsi que le principe de lignage à base de disque Nipkow, permet un affichage matricé, alors pourquoi ne pas afficher carrément l'heure sous forme littérale, comme la pendule à mots décrite ci-dessus ?

Il suffit de redéfinir la matrice d'affichage, par exemple 6 lignes de 40 pixels, soit toujours 240 pixels par tour, ce qui ne change presque rien.

Début du générateur, concernant 4 messages

Voici, sous forme de fichier PDF, tous les messages possibles, ainsi que leurs codes hexadécimal ICI
Le soft est nettement plus complexe, car il s'agit de gérer des pointeurs de tableaux assez gros, alors avec le PIC 16F84, il faut ruser quelque peu ...
Le disque doit être remplacé par un modèle à 6 trous seulement, et le cache doit être refait.
A part çà, il n'y a rien d'autre à faire que d'échanger le PIC et de brancher, le matériel étant absolument compatible avec les deux versions de pendules ! Je peux donc, pour l'instant, utiliser la pendule précédente pour tester celle-ci.

Quelques photos des modifications "hard" :


Le nouveau cache


Le nouveau disque percé de 6 trous


Le nouveau disque installé sur la pendule

Voici une dizaine de petites vidéos enregistrées à différentes heures
(attention, il y a effet stroboscopique entre l'enregistrement à 30 images/s et le disque qui tourne à près de 22 tours/s, et les fichiers font chacun 14 Mo !!)

"(il est 2:05)" "(il est 6:10)" "(il est 11:15)" "(il est 0:25)"
"(il est 1:30)" "(il est 3:35)" "(il est 6:45)" "(il est 8:50)"
"(il est 11:55)" "(il est 12:00)"


Le fonctionnement de l'affichage est le suivant :
- Toutes les 5 secondes, l'heure actuelle (heures-minutes) est traduite en mots, en commençant par "il est ..."
- Ces mots sont enregistrés dans une table suivant un numéro d'appel
- Toutes les demi-secondes, un mot est appelé et transformé en pixels sur 6 lignes
- Ces pixels sont traduits en intensité lumineuse, suivant une trame correspondant à un tour.
- Il y a donc 10 mots possibles dans une phrase (5 secondes, 1/2 s par mot), mais au maximum, il n'y en a que 6 (par exemple : " / il est / une / heure / moins / vingt / cinq /" ). Le reste de la phrase est remplie par le code du mot "tout éteint".
- à noter qu'un test permet d'accorder le mot "heure" au nombre précédent(une heure_ sans s, deux heures avec un s )

La mise à l'heure se fait de la manière suivante :
- un bouton (celui de gauche) incrémente les heures, sur un cycle de 24 car midi et minuit sont différenciées
- un second bouton (celui de droite) agit sur les minutes, sur un cycle de 12, sans report sur les heures.
- le fait d'agir sur le bouton des minutes, remet automatiquement les secondes à 0, ainsi que le reste des minutes par la division par 5.
- il faut donc attendre un multiple de 5 minutes pour mettre rigoureusement à l'heure cette pendule (du moins si on veut réellement que l'heure change au bon moment)


Le principe étant validé, je me suis attelé à la construction d'un nouveau support ainsi que d'une nouvelle électronique, pratiquement identique à la première.
Je dis "pratiquement" car du fait que la longueur utile des messages est plus grande (l'angle est de 60° au lieu de 45°), j'ai ajouté une LED de chaque côté des 6 déjà installées sur la carte source "verte" :

Entourées, les 2 nouvelles LED

Le schéma de la source a été mis à jour :


Je n'ai mis en face avant que le détecteur optique (bien obligé) et les 2 boutons-poussoirs :

la fourche entourée en vert, les BP entourés en rose

A l'arrière, la carte électronique comporte le PIC et l'ULN mais aussi les mosfet de commande moteur :

J'ai prévu aussi un switch pour arrêter le moteur (entouré)

Voilà ce que donne cette pendule avec des LED vertes :


Sur cette vue de côté en fonctionnement, on voit bien l'ensemble des organes :


Je n'avais plus d'alim à découpage, alors j'ai câblé vite fait bien fait une alim classique :


Et pour finir, voici une vidéo sur laquelle on peut voir les 3 pendules à disque dur (attention 33 Mo !!) :
"(passage à 18:35 / 7 heures moins vingt-cinq)"



13. Une pendule stroboscopique à CD ou DVD

Les pendules précédentes utilisent un disque dur ce qui nécessitent de le percer soit de quelques petits trous pour faire un disque de Nipkow, soit de gros trous dans lesquelles des formes découpées laissent passer la lumière.
Leur principe est donc basé sur la transmission de la lumière.

Cette nouvelle pendule, au contraire, est basée sur la réflexion de la lumière. Ce procédé présente au moins ces deux avantages :
- le disque n'a pas besoin d'être percé
- il est facile de changer les caractères si besoin

Ainsi, un simple CD ou DVD devenu inutilisable sera notre support des caractères :


Il suffit d'y coller un disque sur lequel on aura imprimé les caractères :


Les caractères seront éclairés aux bons moments par des leds haute luminosité blanches situées dans des compartiments munis de fentes :


Les fentes permettent de limiter le faisceau de façon à n'éclairer qu'un seul caractère à la fois par une led :


Les compartiments des sources lumineuses sont fermés par un couvercle :


Pour synchroniser l'éclairage stroboscopique, un simple adhésif noir est collé sous le CD :

en violet, c'est le bord droit qui compte pour la synchro, on ajuste au cutter l'instant exact de synchronisation en vérifiant le centrage des caractères affichés

et un détecteur optique par réflexion est installé sur la platine support :

ce photo détecteur agit par réflexion sur la surface inférieure du disque, les 2 composants - LED IR et photo-transistor - sont donc inclinés du bon angle

L'entrainement se fait en utilisant un moteur récupéré sur un lecteur de CD (ou de DVD) :


Voici quelques photos de la platine de cette pendule :



Cette platine est assemblée avec le socle qui soutient l'alim secteur afin d'incliner le disque :


avec cette inclinaison, il est plus pratique de lire l'heure, mais ça oblige à faire un système pour retenir le disque sur le moyeu du moteur

et maintenant, voici ce que ça donne comme affichage :





Pour finir, voici le schéma de cette pendule , et son alim
Dans l'alim, vous remarquerez un relais qui commute une résistance parmi deux dans le circuit du régulateur LM317K. Lors de la phase d'accélération du moteur, celui-ci est alimenté en 5V pour le "booster" afin qu'il ne décroche pas lors des changements de vitesse. A la fin de la phase d'accélération, lorsque le moteur a atteint la vitesse nominale, son alimentation est descendu à 4,4V, valeur suffisante pour maintenir son régime.

Pour information, le disque tourne à la vitesse de 1666,67 tr/mn (1 tour en 36 ms), et les leds sont allumées pendant seulement 100µs, avec des retards après la synchro (qui se produit lorsque le "0" est tout en bas) conformément au tableau suivant :

Comme indiqué, ces valeurs sont à diviser par 2 et sont en millisecondes.
Vous remarquerez aussi que le "0" des dizaines d'heures n'est pas affiché, par conséquent la case "0" pour L1 ne contient pas de valeur, c'est la case " " pour L1 qui est utile.
De même, la colonne L4 ne contient pas de valeur pour "6" à "9" : valeurs jamais prises par les dizaines de minutes !

Conclusion : ne jetez pas non plus les vieux lecteurs de CD/DVD !



14. Une pendule radio-pilotée à Nixie

Tout le monde connait les réveils ou horloges radio-pilotés ! Ce sont des appareils modernes, à affichage LCD, sur piles, qui se mettent tous seuls à l'heure, à condition que la réception radio soit de bonne qualité, bien sûr.
L'idée de départ, c'est non pas d'utiliser un récepteur tout fait comme celui-ci :


ce serait tricher ! Non; l'idée est d'utiliser un récepteur radio à lampes, et j'ai choisi un châssis de Philips 830A :


Comment adapter ce châssis radio à la fonction envisagée ?
Comme la gamme GO ne descend pas en dessous de 150kHz et que l'émission désirée est à 77,5kHz, et comme je n'ai pas envie de charcuter le châssis, je dois faire un convertisseur de fréquence.
Ensuite, il va falloir faire une interface qui va utiliser le signal BF détecté (présent sur la prise PU) afin d'en extraire la trame émise. A partir de cette trame, un microcontrôleur va se charger de gérer l'affichage de l'heure sur des Nixies.

Comme on le voit, rien de bien complexe, le côté intéressant étant le mélange des genres :
- tubes anciens
- nixies
- microcontrôleur

Tout d'abord, quelques informations concernant l'émetteur allemand "DCF77" qui envoie dans l'éther une onde modulée en amplitude, qui contient comme information des bursts correspondants à une trame de bits qui contient tout (ou presque) : heures, minutes, secondes, jours, mois, années, changement été/hiver !

La trame DCF77



La couverture de l'émetteur

Les bits sont codés en durée :
- un "0" dure 100ms
- un "1" dure 200ms
La synchro trame arrive toutes les minutes, et on la détecte par l'absence de burst à la seconde 59 (la première étant la seconde 00). En fonction de la qualité de la réception, on risque de perdre des bursts, on d'avoir des mauvaises durées, inversant alors les bits. Pour cela, des bits de parité sont envoyés, mais on n'est pas obligé d'en tenir compte, car lorsque la qualité est mauvaise, on "perd" des bits, alors il suffit de les compter pour lever le doute.
Bref, passons à la construction de l'engin ...

Tout d'abord le convertisseur 77,5kHz --> 172,5 kHz. Voici son schéma :

Préampli HF

Une lampe pentode procure un gain important. Notez que le chauffage est en 4V, afin d'utiliser le circuit du châssis radio. La réception se fait sur une spire S1 de 35 cm de diamètre environ. Elle est adaptée par le transfo S2/S3 dont le secondaire est accordé sur 77,5kHz. Ce transfo ainsi que toutes les bobines du convertisseur est fait sur pot ferrite RM8 avec noyau réglable.
La charge d'anode de la lampe est un bouchon accordé lui aussi à 77,5 kHz. Au niveau de C5, on a donc le signal reçu bien amplifié et filtré. Signal qu'on envoie à l'étage mélangeur :

Mélangeur

La lampe est une octode qui oscille à 250kHz entre ses 2 premières grilles. Le signal reçu est appliqué sur sa grille 4, les grilles 3 et 5 étant les écrans. On a 2 signaux de battements sur l'anode : un à 250+77,5 = 322,5 kHz et un second à 250-77,5 = 172,5kHz qui est celui qu'on conserve. On le filtre donc grâce au bouchon S7/C10 accordé sur cette fréquence.
Cette fréquence se situe juste entre France Inter et Europe 1. Il suffira donc de régler le châssis radio entre ces 2 radios pour capter DCF77 transposé !

L'alim de ce convertisseur, pour simplifier les choses est prélevée sur le châssis radio. Le 4V de chauffage d'abord, mais aussi le +HT. Il suffit d'ajouter sur le châssis une prise à 4 points :

Alimentation

Le signal transposé est simplement injecté dans la prise d'antenne du châssis.

Voici quelques photos de la réalisation du convertisseur :


Châssis avec les supports transcontinentaux des 2 lampes





Détails des bobinages des pots ferrite utilisés




Prises bananes qui recevront la spire antenne



Transfo S2/S3 d'adaptation de la spire





Il faut bien blinder les connexions de grille des lampes !





Vérification du fonctionnement du préamp HF




Vérification du fonctionnement de l'OL



L'octode





Le convertisseur terminé



La prise d'alim sur le châssis




Les branchements du convertisseur sur le châssis

Passons maintenant à la carte d'interface. Voici le schéma du filtrage :

Le décodeur

La masse est prise sur une douille de la prise HP, le signal détecté sur la prise PU. Ce signal est filtré par R20/C20 et R21/C21. Puis il est amplifié par T1. Le signal BR est donc de polarité inversée (voir chronogramme). Le microcontrôleur n'a donc qu'à mesurer la durée des états "0" reçus ... enfin entre autres !
Deux LED, de couleur différente, indique la réception d'un "0" (rouge) ou d'un "1" (verte).

L'affichage

Quatre Nixies permettent d'afficher les heures et les minutes. Ils sont séparés par 2 néons qui clignotent au rythme de la seconde. Celui du bas clignote constamment, mais celui du haut ne clignote que si la trame a été reçue. On a donc par ce néon, une indication de la qualité de réception.
La LED jaune s'allume lorsque l'absence de la seconde 59 est détectée. Ce qui permet aussi de savoir si la réception est bonne. Enfin, les Nixies sont commandés en "dur", donc pas multiplexés. Pour cela, vu le peu de pattes du PIC, la liaison est série (D et H) et on a 4 registres à décalage, formant conversion série/parallèle 32 bits. Seuls 30 bits sont utiles.

Voici quelques photos :

La carte PIC (sans la LED jaune)



Réception d'un "0" : durée = 100 ms



Réception d'un "1" : durée = 200 ms

Afin de bien discriminer ces 2 durées, le logiciel fait un test de durée, il faut donc régler le seuil, en injectant un signal rectangulaire de durée variable à l'état bas (à l'aide d'un générateur BF à rapport cyclique variable) :


Simulation d'un "0" : durée = 141 ms, la LED rouge s'allume !




Simulation d'un "1" : durée = 167 ms, la LED verte s'allume !



La LED jaune de présence synchro (absence 59° seconde détectée)






Les Nixies et les registres sont montés sur un module



Au démarrage, tant qu'on n'a pas reçu de bonne trame, la pendule part de 0:00 et fonctionne en libre



Dès la première bonne trame, la pendule se met à l'heure !

J'ai installé tout ça dans un boitier de vieille alim de PC.


Une cornière est rivetée pour maintenir le module affichage




Les cartes sont muniés de borniers à visser, ce qui facilite le câblage !




La carte PIC est fixée au fond du boitier; un bout de mousse l'isole




Essais d'allumage. Il suffira d'un plastique rouge pour améliorer le contraste ..

J'ai fait une alimentation dédiée pour cette partie. En effet, même si j'aurais pu utiliser le +HT du châssis pour les Nixies, il me faut du 5V pour les circuits logiques. Or, je n'ai pas cette tension sur le châssis (et le 4V de chauffage est à prise milieu à la masse, je n'aurais donc pas pu obtenir 5V redressés). Donc autant générer le +200V des Nixies avec une alim dédiée !
Voici son schéma :


Rien de bien compliqué : un transfo fournit du 2x250V (c'est plus qu'il n'en faut !) et du 7V. Les tensions obtenues, +220V et +5V en charge sont ok.
Voici les photos du boitier :


La carte alim et le transfo



Vue d'ensemble du boitier



Avec un rhodoïd rouge



un simple carton collé obture le trou du ventilo



Ce boitier comporte des aérations, mais aussi un inter M/A, ce qui n'est pas plus mal !



Le châssis 830A transformé en pendule !!!




Les branchements du décodeur-afficheur

Pour finir, voici la doc en PDF :
Le convertisseur HF
Le décodeur-afficheur
L'alimentation du décodeur-afficheur
L'ordinogramme du décodeur de trame



15. Une pendule à ruban de papier

Cette pendule est constituée d'un ruban sans fin sur lequel les heures sont inscrites.
Une fenêtre permet de ne faire voir que l'heure actuelle. Les heures successives sont donc inscrites, dans l'ordre, de 5 minutes en 5 minutes.
Deux graduations latérales de minute en minute permettent de connaitre l'heure exacte.
Pour limiter la longueur du ruban, donc la hauteur totale de la pendule, le cycle est de 12 heures.

Voici des photos de détail de la construction :


Le mécanisme est constitué d'un tambour à picots entrainé par un moteur pas à pas, tambour qui entraine le ruban



La face avant de la pendule : la fenêtre de lecture et les 2 boutons de mise à l'heure




Vue de dessous : la carte PIC et les transistors de puissance de commande du moteur



La plaque arrière avec les 2 crochets de suspension et les tampons de feutre de positionnement vertical



Le ruban en papier. Il y a ... 288 perforations



Le poids qui permet de bien tendre le ruban



La pendule en fonctionnement



La pendule accrochée au mur (hauteur totale = 1,40 m)

Maintenant, quelques données techniques :
Le moteur pas à pas comporte 200 pas par tour (1,8°/pas). C'est un modèle unipolaire de tension nominale 4V (1,1A)


Le tambour comporte 2 fois 6 picots et représente 30 minutes.
Cela veut dire que le moteur avance d'un pas toutes les 9 secondes
Le tambour et le moteur sont accouplés par un flector :


Les boutons de mise à l'heure permettent d'avancer ou de reculer l'heure :


Lors de l'appui sur un bouton, le moteur tourne à vitesse lente (1,5 minute par seconde) pendant 2,5 secondes, puis à vitesse rapide (12 minutes par seconde)
L'alimentation de cette pendule nécessite une source de tension de 5V/2,5A (maximum), car on commande 2 bobines du moteur en même temps.

voici le schéma électronique de la carte de commande du moteur:



Le PIC est un 12F509 à 6 E/S, ce qui est juste suffisant pour cette appli (4 sorties, 2 entrées). Son oscillateur interne manque un peu de précision, ce qui veut dire que cette pendule devra sûrement être remise à l'heure assez souvent ...
Impossible de synchroniser le PIC avec le secteur comme avec d'autres pendules : il faudrait une 7° broche d'E/S !
A noter que les MosFET utilisés sont des 2SK703, transistors japonais directement compatibles TTL : commande directe par une sortie de porte logique ou d'un microcontrôleur que j'avais récupérés dans une imprimante.
Le moteur est commandé toutes les 9 secondes, pendant 1/2 seconde. Le reste du temps, il reste dans sa position et n'est pas alimenté. Ceci est possible car grâce au poids, les deux brins du ruban sont bien tendus et le poids est réparti également sur les 2. Le moteur n'a donc que très peu de couple à avoir, y compris à l'arrêt. Un peu comme un ascenseur, donc.
Les résistances de tirage des bp ne sont pas nécessaires : on peut utiliser celles qui sont intégrés au PIC
A noter toutefois la présence de la diode et du condo de réserve qui isolent l'alim du PIC lors des appels de courant du moteur : c'est nécessaire pour éviter de faire des reset intempestifs du PIC !



16. Une pendule géante, visible de loin

J'ai installé cette pendule au fond de ma classe, ainsi, je peux voir l'heure facilement ...
elle est constituée de 2 tambours de près de 30 cm de diamètre, un pour les heures (de 1 à 12) et l'autre pour les minutes (de 00 à 55, de 5 en 5 donc)

Voici comment je l'ai construite :

Squelette de chacun des 2 tambours (cliquez pour agrandir)

Chaque tambour est formé de 2 roues entretoisées. Chaque roue est formée de 12 rayons assemblés par un moyeu, la jante étant formée de 12 cordes. Les cordes et les rayons sont réunies par des noix en PLA, en deux parties collées :



Toutes les traverses sont faites en rondins de hêtre de 6 mm. Un gabarit permet de les couper toutes à la même dimension




Les 2 parties des noix sont imprimées en PLA.



Les 2 parties des moyeux.



Le plateau-gabarit d'assemblage comporte 12 plots régulièrement répartis sur un cercle et 2 trous d'orientation au centre

Voici comment on assemble une seule roue d'un tambour :

Toutes les pièces préparées



Les 12 demi-noix sont embrochées sur les plots, 2 vis longues sont introduites dans les trous centraux et un demi-moyeu est installé


Orientation des demi-noix



Les rayons et les cordes sont alors insérés dans les pièces en PLA, avec un point de colle (cliquez pour agrandir)



Le second demi-moyeu est collé et immobilisé par serrage d'écrous sur les vis



Détail d'une jonction



Enfin, les 12 autres demi-noix sont collées aux jonctions

Et on recommence pour une seconde roue ...
Lorsque la colle est bien prise, on assemble les 2 roues avec les entretoises, simplement enfilées dans les noix, sans les coller (l'ensemble tient déjà tout seul) :




Des boulons sont installés dans les moyeux, d'un côté pour l'entrainement, de l'autre pour faire un pivot

Et on refait tout cela pour le second tambour ...

Maintenant, le bâti :


C'est un simple cadre, avec un montant central pour les pivots (cliquez pour agrandir)




Des équerres imprimées servent d'assemblage des traverses en médium

Les moteurs sont des 400 pas. J'ai imprimé également des flectors de rattrapage d'axe :


Voici quelques photos du montage des 2 tambours sur le bâti :


(cliquez pour agrandir)




Pour "fermer" les tambours, j'ai découpé 24 rectangle en carton de 2 mm que j'ai collés sur les entretoises :


(cliquez pour agrandir)

Il n'y a plus qu'à coller des chiffres, imprimés simplement sur papier ...

La partie commande est simple, voici son schéma :



Il y a 2 parties semblables, une pour la commande du moteur de rotation du tambour des minutes :


Le PIC est synchronisé par le secteur, le tambour avance de 2 demi-pas toutes les 9 secondes

Et une pour la commande du moteur des heures


Le PIC est synchronisé par un détecteur magnétique positionné à 57 minutes. Le tambour avance de 2 demi-pas toutes les 5 secondes

L'alimentation est une du commerce, à découpage :


je lui ai ajouté un opto-coupleur pour créer un signal de 50Hz de synchronisation

Voici l'alimentation :

(cliquez pour agrandir)

Voici quelques photos de détails de construction :



Pour des raisons de maintenance, les moteurs ont un connecteur

Ce connecteur s'installe sur la carte PIC :



et un câblage spécial permet d'inverser le sens de rotation simplement en retournant le connecteur



Le détecteur magnétique est un ILS fixé sur la traverse inférieure et c'est un aimant qui le commande




La position de l'aimant est entre 10 et 15 minutes



Un écrou fait contre-poids à la position diamétralement opposée (entre 40 et 45 minutes)

Un carton comportant 2 fenêtres est fixé à l'avant :


(cliquez pour agrandir)



Les fils de L'ILS et du 12V passent sur la traverse, ils sont retenus par un cavalier pour éviter qu'ils ne soient emmenés par les tambours

L'alimentation est fixée sous la traverse inférieure :

(cliquez pour agrandir)



C'est le module des minutes qui est directement alimenté (à droite), celui des heures est alimenté à partir de celui des minutes

Deux tasseaux tourillonnés et collés servent de pied à cette pendule :




Voici comment s'effectue le passage des heures :

Le tambour des heures ne bouge pas avant que 57 minutes ne soit affichées




Le tambour des heures avance plus vite que celui des minutes : il doit tourner de 30° en 3 minutes alors que celui des minutes met 5 minutes