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 ...

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 !!!

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)"

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 !