Утверждение о постоянстве передаваемой в механизм энергии неверно. Количество передаваемой энергии зависит от фазы, то есть от положения баланса и его скорости в момент включения импульсов тока. Например, если магниты в момент включения будут далеко от катушек, импульс тока слабо повлияет на баланс. Наблюдения и измерения показывают, что и фаза, и амплитуда колебаний изменяются хаотическим образом. Важно то, что целом эти изменения остаются ограниченными, и колебания оказываются устойчивыми.
Если смотреть на энергетический баланс баланса (простите за каламбур), то у нас есть:
- поступающая энергия от электрической схемы (зависит от фазы и в некоторых пределах от скорости её изменения, то есть от амплитуды),
- потери на трение в оси баланса и на вязкость воздуха (зависят от амплитуды),
- работа по преодолению сил трения в механизме и перемещению стрелок (может меняться в каких-то пределах из-за изгиба осей и износа механизма).
Если меняется, скажем, увеличивается, то уменьшается энергия колебаний баланса, то есть амплитуда. С амплитудой уменьшаются потери , изменяется частота собственных колебаний, меняется фазовый сдвиг между колебаниями баланса и импульсом, меняется передаваемая энергия . Образуется новый энергетический баланс с другими средними значениями амплитуды и фазового сдвига.
Одно колебание баланса всегда преобразуется в одинаковый угол поворота стрелок за счет механизма, если не считать люфт, который, однако, не может накапливаться и приводить к отставанию или опережению часов.
Всё-таки с фазой немного сложнее. Я вот нарисовал предполагаемые импульсы поверх графика с ЭДС индукции. На каждой из картинок второй импульс сдвинут относительно первого одинаково (можно посмотреть по пикселям). Первые импульсы попадают в положительную область на синем графике и будут передавать энергию балансу. Второй широкий импульс немного залезает в отрицательную область, но за счет доминирования в положительной области всё еще передает энергию. А вот второй узкий импульс доминирует уже в отрицательной области, он будет тормозить баланс. Широкие импульсы допускают больше отклонение фазы, с ними больше область устойчивой работы часов.
Про емкостной преобразователь я тоже сомневался, но эксперимент показывает, что он всё еще неплох. Я об этом писал в тексте. С его помощью мне удалось снизить потребление тока в одном из промежуточных вариантов с 230 мкА до 130 мкА. При этом правда слегка подросло напряжение и немного сократилась длительность импульса. Применение линейного регулятора (или просто резистора) вместо емкостного регулятора по грубым подсчетам давало бы потребление 205 мкА, а не 130 мкА. Видимо, за счет частоты 160 кГц он выходит на рабочий режим существенно быстрее минимальной длительности импульса в 4 мс.
Из общих соображений кажется, что это действительно так. Но есть два контраргумента. Во-первых, мне не хотелось подавать на катушку ток в несколько раз выше, чем в оригинальной схеме. Если бы она сгорела, я бы не смог её восстановить. Во-вторых, при сокращении длительности импульса допустимы меньшие фазовые сдвиги колебаний баланса относительно импульсов, а это может ухудшить устойчивость работы системы. В общем, не всё так просто.
Я сейчас уже не помню, как часто покупал батарейки, но кажется, что точно реже чем раз в год. Если взять типовую емкость из википедии даже на уровне 4000 мА*ч, при измеренном мной токе потребления 130 мкА формальное время работы составляет 3,5 года. Так что всё сходится.
Вы объяснили неравномерность хода в оригинальной конструкции, теперь причины стали понятны. Но предыдущий комментатор прав в том, что в переделанном варианте частота колебаний строго задается частотой вынуждающей силы, то есть импульсами от генератора. Пока колебания баланса не остановились, он не может совершить большее или меньшее количество колебаний, чем определяется генератором. Неравномерность нагрузки будет приводить только к изменениям амплитуды и фазовым сдвигам колебаний, как я писал в дополнении про теорию колебаний.
О какой именно точности генератора вы говорите? Добавление транзисторов в схему не прибавляет стабильности частоты. Всё равно в электромеханических часах эталоном времени служит баланс. Возможно, схемы на нескольких транзисторах как-то стабилизируют амплитуду колебаний баланса через дополнительную обратную связь, чтобы частота не сильно уплывала. В моих часах электронной стабилизации амплитуды нет, есть медная пластина, которая должна замедлять баланс при слишком большой амплитуде.
Да, регулировочный винт есть, но я описал в статье, что нормально ход им не настраивался.
Не понимаю зачем мониторить, алгоритм должен быть простым как оцинкованное ведро
С алгоритмом как раз всё в порядке, его придумать не сложно. Мониторить нужно само получение точного времени через ntp. Вдруг DNS перестанет резолвиться, сертификаты протухнут или банально пароль от вай-фая поменяется.
А что вы имеете в виду под погрешностью механической части? Баланс совершает вынужденные колебания в резонансе. Он не может в какой-то момент совершить больше или меньше колебаний, чем на него поступило импульсов. Колебания баланса переводятся механизмом и шестеренками в движение стрелок, никаких "перескоков" в нем не происходит. Передаточное число определяется количеством зубьев на шестеренках, это вполне фиксированное рациональное число. Или вы предполагаете, что оно с завода не обеспечивает 18 000 ударов в час? Тогда бы настройка по Watch Accuracy Meter была бы в принципе невозможна, а практика показывает, что это не так.
Похоже, такой прием действительно может сработать, судя по наблюдению за поведением баланса в моих экспериментах. Но в начале работы ничего подобного я предложить не мог.
Звучит интересно. Но у меня были сложности с генерацией самого ШИМ-сигнала. Так как микроконтроллер в режиме сна, генерировать ШИМ можно аппаратно только на том же таймере 2, от которого и так просыпается микроконтроллер. Предделитель установлен в 32, так что таймер тактируется с частотой 1024 герца. Минимальный период ШИМ будет около 2 мс, а у меня итоговая длительность импульса — 4 мс. Хотя может я просто не разобрался со всеми возможностями таймеров в микроконтроллере.
Кажется, вы не учитываете, что емкость 3000 мА*ч - это емкость, отданная при полном разряде. А два элемента на 1,5 вольта, соединенные последовательно, могут питать микроконтроллер, пока напряжение на них не просядет до 2,7 В, то есть до 1,35 В на элемент. Дальше микроконтроллер перестанет работать. Это далеко не полный разряд. Из графиков в этой статье видно, что при разряде до 1,35 В будет отдана только 1/6 часть заряда: https://habr.com/ru/companies/lamptest/articles/513838/
Интересная идея, не знал о такой станции. Я может даже закажу модуль приемника. Непонятно только, насколько устойчивым будет прием? Не будут ли 77 кГц забиты помехами от всевозможных импульсных источников питания и прочих ШИМ?
Я читал, что можно использовать RDS-данные, сопровождающие FM-вещание: https://habr.com/ru/articles/687898/ Но там еще большой вопрос, будет ли какое-то время в RDS.
Интересная идея с двумя кварцами, но кажется, что в текущую схему проще добавить терморезистор и запрограммировать корректировочные таблицы.
В часах кто-то до меня перепаивал детали, я заменил электролитический конденсатор. Так что новая схема и дополнительный провод к ней был для меня приемлемым компромиссом между желанием сохранить состояние и сделать часы точнее. А вот вставить китайский механизм с пластиковыми шестеренками, как некоторые делают, уже неприемлемо.
Да, я как раз писал об этом в предпоследнем абзаце. Не использовал rtc, потому что сначала не думал об этом. Сейчас я бы скорее добавил терморезистор и составил бы корректировочные таблицы. Хотя может вы знаете, какую микросхему rtc можно использовать с потреблением в районе десятка микроампер? В даташите на DS3231 пишут, что потребляет она 110 мкА.
Спасибо за отзыв! Когда я доработал часы, то понял, что из полученных по пути знаний можно собрать хорошую статью. И заодно на будущее получилась хорошая документация доработки.
А какие есть спорные моменты? Интересно, что я упустил. Если по компонентам, то выбирал из того, что было под руками и то, с чем имел дело раньше.
Я было подумал, что ты AdminYard на днях опробовал :)
Не знаю как другие плагины, но Codeium еще весной был достаточно туповат и неповоротлив, так что сложно было понять, перевешивает ли польза его недостатки. Потом он стал работать быстрее и вроде как немного поумнел. В последних версиях по ощущениям он "запоминал" и использовал в своих подсказках контекст из соседних файлов.
Могу попробовать предложить временно копировать в новую сущность существующий код, чтобы нейросеть смогла подхватить паттерны из него. Подобным образом можно конвертировать, скажем, XML-конфиг в JSON. Прямо в начале xml-файла можно начать переписывать его содержимое в синтаксисе json, а автодополнение распознает и доделает эту задачу.
Утверждение о постоянстве передаваемой в механизм энергии неверно. Количество передаваемой энергии зависит от фазы, то есть от положения баланса и его скорости в момент включения импульсов тока. Например, если магниты в момент включения будут далеко от катушек, импульс тока слабо повлияет на баланс. Наблюдения и измерения показывают, что и фаза, и амплитуда колебаний изменяются хаотическим образом. Важно то, что целом эти изменения остаются ограниченными, и колебания оказываются устойчивыми.
Если смотреть на энергетический баланс баланса (простите за каламбур), то у нас есть:
Если
меняется, скажем, увеличивается, то уменьшается энергия колебаний баланса, то есть амплитуда. С амплитудой уменьшаются потери 
, изменяется частота собственных колебаний, меняется фазовый сдвиг между колебаниями баланса и импульсом, меняется передаваемая энергия 
. Образуется новый энергетический баланс с другими средними значениями амплитуды и фазового сдвига.
Одно колебание баланса всегда преобразуется в одинаковый угол поворота стрелок за счет механизма, если не считать люфт, который, однако, не может накапливаться и приводить к отставанию или опережению часов.
Всё-таки с фазой немного сложнее. Я вот нарисовал предполагаемые импульсы поверх графика с ЭДС индукции. На каждой из картинок второй импульс сдвинут относительно первого одинаково (можно посмотреть по пикселям). Первые импульсы попадают в положительную область на синем графике и будут передавать энергию балансу. Второй широкий импульс немного залезает в отрицательную область, но за счет доминирования в положительной области всё еще передает энергию. А вот второй узкий импульс доминирует уже в отрицательной области, он будет тормозить баланс. Широкие импульсы допускают больше отклонение фазы, с ними больше область устойчивой работы часов.
Про емкостной преобразователь я тоже сомневался, но эксперимент показывает, что он всё еще неплох. Я об этом писал в тексте. С его помощью мне удалось снизить потребление тока в одном из промежуточных вариантов с 230 мкА до 130 мкА. При этом правда слегка подросло напряжение и немного сократилась длительность импульса. Применение линейного регулятора (или просто резистора) вместо емкостного регулятора по грубым подсчетам давало бы потребление 205 мкА, а не 130 мкА. Видимо, за счет частоты 160 кГц он выходит на рабочий режим существенно быстрее минимальной длительности импульса в 4 мс.
Из общих соображений кажется, что это действительно так. Но есть два контраргумента. Во-первых, мне не хотелось подавать на катушку ток в несколько раз выше, чем в оригинальной схеме. Если бы она сгорела, я бы не смог её восстановить. Во-вторых, при сокращении длительности импульса допустимы меньшие фазовые сдвиги колебаний баланса относительно импульсов, а это может ухудшить устойчивость работы системы. В общем, не всё так просто.
Я сейчас уже не помню, как часто покупал батарейки, но кажется, что точно реже чем раз в год. Если взять типовую емкость из википедии даже на уровне 4000 мА*ч, при измеренном мной токе потребления 130 мкА формальное время работы составляет 3,5 года. Так что всё сходится.
Вы объяснили неравномерность хода в оригинальной конструкции, теперь причины стали понятны. Но предыдущий комментатор прав в том, что в переделанном варианте частота колебаний строго задается частотой вынуждающей силы, то есть импульсами от генератора. Пока колебания баланса не остановились, он не может совершить большее или меньшее количество колебаний, чем определяется генератором. Неравномерность нагрузки будет приводить только к изменениям амплитуды и фазовым сдвигам колебаний, как я писал в дополнении про теорию колебаний.
Есть такая традиция: https://habr.com/ru/articles/48094/
Да, я что-то об этом даже не задумывался. Видимо, потому что и в оригинальной схеме не было никакой защиты от всплеска ЭДС самоиндукции.
О какой именно точности генератора вы говорите? Добавление транзисторов в схему не прибавляет стабильности частоты. Всё равно в электромеханических часах эталоном времени служит баланс. Возможно, схемы на нескольких транзисторах как-то стабилизируют амплитуду колебаний баланса через дополнительную обратную связь, чтобы частота не сильно уплывала. В моих часах электронной стабилизации амплитуды нет, есть медная пластина, которая должна замедлять баланс при слишком большой амплитуде.
Да, регулировочный винт есть, но я описал в статье, что нормально ход им не настраивался.
С алгоритмом как раз всё в порядке, его придумать не сложно. Мониторить нужно само получение точного времени через ntp. Вдруг DNS перестанет резолвиться, сертификаты протухнут или банально пароль от вай-фая поменяется.
А что вы имеете в виду под погрешностью механической части? Баланс совершает вынужденные колебания в резонансе. Он не может в какой-то момент совершить больше или меньше колебаний, чем на него поступило импульсов. Колебания баланса переводятся механизмом и шестеренками в движение стрелок, никаких "перескоков" в нем не происходит. Передаточное число определяется количеством зубьев на шестеренках, это вполне фиксированное рациональное число. Или вы предполагаете, что оно с завода не обеспечивает 18 000 ударов в час? Тогда бы настройка по Watch Accuracy Meter была бы в принципе невозможна, а практика показывает, что это не так.
Похоже, такой прием действительно может сработать, судя по наблюдению за поведением баланса в моих экспериментах. Но в начале работы ничего подобного я предложить не мог.
Как я понял, вы предлагаете оставить старую схему работающей, только дополнительно подавать в неё импульсы частотой 2 Гц. А в какую именно точку?
Плюс нужно подбирать кварц, у которого частота будет ровно 32 768, или думать над подключением конденсаторов для подгонки частоты.
Не запустил на частоте 32768 Гц по следующим причинам:
Микроконтроллер и так спит бОльшую часть времени.
Есть риск не успеть вычислить параметры импульсов на пониженной частоте
Если я когда-либо решу добавить в схему и прошивку какие-нибудь фичи вроде термокомпенсации, пониженная частота опять же может помешать.
Звучит интересно. Но у меня были сложности с генерацией самого ШИМ-сигнала. Так как микроконтроллер в режиме сна, генерировать ШИМ можно аппаратно только на том же таймере 2, от которого и так просыпается микроконтроллер. Предделитель установлен в 32, так что таймер тактируется с частотой 1024 герца. Минимальный период ШИМ будет около 2 мс, а у меня итоговая длительность импульса — 4 мс. Хотя может я просто не разобрался со всеми возможностями таймеров в микроконтроллере.
Кажется, вы не учитываете, что емкость 3000 мА*ч - это емкость, отданная при полном разряде. А два элемента на 1,5 вольта, соединенные последовательно, могут питать микроконтроллер, пока напряжение на них не просядет до 2,7 В, то есть до 1,35 В на элемент. Дальше микроконтроллер перестанет работать. Это далеко не полный разряд. Из графиков в этой статье видно, что при разряде до 1,35 В будет отдана только 1/6 часть заряда: https://habr.com/ru/companies/lamptest/articles/513838/
Интересная идея, не знал о такой станции. Я может даже закажу модуль приемника. Непонятно только, насколько устойчивым будет прием? Не будут ли 77 кГц забиты помехами от всевозможных импульсных источников питания и прочих ШИМ?
Я читал, что можно использовать RDS-данные, сопровождающие FM-вещание: https://habr.com/ru/articles/687898/ Но там еще большой вопрос, будет ли какое-то время в RDS.
Интересная идея с двумя кварцами, но кажется, что в текущую схему проще добавить терморезистор и запрограммировать корректировочные таблицы.
В часах кто-то до меня перепаивал детали, я заменил электролитический конденсатор. Так что новая схема и дополнительный провод к ней был для меня приемлемым компромиссом между желанием сохранить состояние и сделать часы точнее. А вот вставить китайский механизм с пластиковыми шестеренками, как некоторые делают, уже неприемлемо.
Да, я как раз писал об этом в предпоследнем абзаце. Не использовал rtc, потому что сначала не думал об этом. Сейчас я бы скорее добавил терморезистор и составил бы корректировочные таблицы. Хотя может вы знаете, какую микросхему rtc можно использовать с потреблением в районе десятка микроампер? В даташите на DS3231 пишут, что потребляет она 110 мкА.
Спасибо за отзыв! Когда я доработал часы, то понял, что из полученных по пути знаний можно собрать хорошую статью. И заодно на будущее получилась хорошая документация доработки.
А какие есть спорные моменты? Интересно, что я упустил. Если по компонентам, то выбирал из того, что было под руками и то, с чем имел дело раньше.
Я было подумал, что ты AdminYard на днях опробовал :)
Не знаю как другие плагины, но Codeium еще весной был достаточно туповат и неповоротлив, так что сложно было понять, перевешивает ли польза его недостатки. Потом он стал работать быстрее и вроде как немного поумнел. В последних версиях по ощущениям он "запоминал" и использовал в своих подсказках контекст из соседних файлов.
Могу попробовать предложить временно копировать в новую сущность существующий код, чтобы нейросеть смогла подхватить паттерны из него. Подобным образом можно конвертировать, скажем, XML-конфиг в JSON. Прямо в начале xml-файла можно начать переписывать его содержимое в синтаксисе json, а автодополнение распознает и доделает эту задачу.