Делаем лучший в мире стробоскоп для вентилятора

Немного предыстории и критики

Поводом для создания этой конструкции явилось полное отсутствие на рынке готовых приличных стробоскопов для компьютера, которые могли бы обеспечить стабильный динамичный визуальный эффект с вентиляторами.

Аналогичная ситуация и среди любительских проектов - используются простейшие схемы генераторов импульсов на логических элементах или микросхемах таймеров, и, как вершина достижений, схема из статьи Dave Williams "Fan Strobe project" с http://www.bit-tech.net (перевод этой статьи можно найти на русскоязычных сайтах моддерской тематики, например на http://modding.ru).

Главные недостатки этих схем:

• сложно добиться стабильного во времени эффекта, поскольку частота генератора импульсов изменяется во времени от температуры, нестабильности параметров элементов (в основном переменных резисторов), нестабильна и частота вращения крыльчатки вентилятора;
• статичность эффекта - если добились кажущегося вращения против истинного направления, то так оно и будет, пока не покрутим регуляторы.

Использовать эти схемы с вентиляторами, частота вращения крыльчаток которых зависит от температуры или регулируется другим образом (например, реобасом), вообще не имеет смысла - умаешься постоянно крутить регуляторы. И хорошо еще, если они выведены на переднюю панель.

Поэтому фраза из обзора "Строб вентилятор от Sharkoon - обманываем зрение" на modding.ru:

"... Обнаружил только один минус - отсутствие липучки для крепления строб-блочка. Видать, производитель решил, что смысла лепить его нет, так как уж если моддер вцепился в этот блочек, то он его не отпустит."

выглядит легким издевательством - вам придется постоянно крутить регуляторы чтобы поддерживать нужный эффект.

Побродив по сайтам производителей вентиляторов с подсветкой и прочих товаров для моддинга, обнаружил, что серийные производители в основном не утруждают себя выпуском стробоскопов или вентиляторов со стробоскопами. Исключение, пожалуй, только Sharkoon, да и то, ее вентиляторы снабжены простейшим стробоскопом с уже описанными недостатками. Недоверчивые могут самостоятельно посетить сайты фирм Antec, Gembird, Glacial Tech, Logisys, Revoltec, Sharkoon, Spire, Sunbeam, Termaltake.

Вывод: придется делать "идеальный" стробоскоп самостоятельно.

Сочиняем задание на проектирование

Каким должен быть "идеальный" стробоскоп для вентилятора?

1. Он должен обеспечивать стабильность визуального эффекта. В идеале получаемый эффект не должен зависеть от текушей частоты вращения крыльчатки вентилятора.
2. Управление должно быть максимально простым и давать возможность легко добиться нужного эффекта.
3. Должен иметь минимальные габариты.
4. Недорогим.

Пункт 1 кажется самым сложным. Вот и Dave Williams в упомянутой выше статье пишет о своем стробблоке: "Схема работает независимо от вентилятора и ее работа не синхронизируется с его скоростью (если бы мы попытались это сделать, наша схема вышла бы далеко за пределы простоты и дешевизны)."

Действительно, если использовать простейшие цифровые микросхемы из позавчерашнего дня электроники, схема будет не самой простой, а устройство не самым компактным. Но! Уже давно существуют микроконтроллеры, и почему бы их не использовать в этом устройстве? Убьем сразу нескольких зайцев - схема будет простой, конструкция компактной и недорогой, управление простым (кнопками), все сложности из области схемотехники уйдут в область программирования. Словом, одни достоинства.

Несколько исходных посылок для разработки схемы:

• для синхронизации вспышек с частотой вращения крыльчатки вентилятора используем сигнал таходатчика вентилятора (см. предыдущие статьи);
• необходимые для питания микроконтроллера +5 В возьмем из блока питания компьютера;
• управление стробоскопом сделаем цифровым - для управления настройками используем кнопки, для индикации режима настройки используем светодиоды;
• регулировки напряжения питания вентилятора (оборотов) пока не предусмотрено.

Разрабатываем схему стробоскопа

Берем 14-ти выводный микроконтроллер - его хватит для наших нужд:

• 2 вывода питания,
• 2 вывода для подключения кварцевого резонатора,
• 1 вывод для подключения таходатчика,
• 3 вывода для подключения кнопок управления,
• 3 вывода для подключения индикаторных светодиодов,
• 1 вывод для управления транзистором, включающим светодиоды подсветки.

Итого задействовано 12 выводов.

Чертим схему:

Схема электрическая принципиальная стробоскопа (© ATLab 2005 г.)

Пояснения к схеме:

• конденсатор С1 фильтрует возможные импульсные помехи в тахосигнале вентилятора;
• тахосигнал с вентилятора поступает на вход микроконтроллера, далее происходит замер времени оборота крыльчатки, полученные данные используется для вычисления периода генерации импульсов подсветки лопастей;
• управление светодиодами подсветки производится каскадом на транзисторе VT1;
• перемычкой XP4 определяется режим работы каскада на VT1 - режим генератора тока (при снятой перемычке) или режим ключа (при установленной перемычке);
• кнопки S1-S3 предназначены для переключения режимов и настройки работы стробоскопа;
• светодиоды показывают настраиваемый режим.
  

Перечень элементов:

• BQ1 - кварцевый резонатор, частота 8-12 МГц
• C1 - конденсатор керамический 22 нф
• C2, C5 - конденсатор 0,1 мкФ
• C3 - конденсатор электролитический 47 мкФ 25 В
• C4 - конденсатор электролитический 10 мкФ 16 В
• C6, C7 - конденсатор керамический 24 пФ
• C8, C9, C10 - конденсатор керамический 22 нФ
• DD1 - PIC16F630
• HL1-HL3 - любые светодиоды, у меня были желтые, я поставил их
• R1 - резистор 43 Ом - 82 Ом (соответственно, ток 100 - 50 мА)
• R2 - резистор 430 Ом
• R3, R7-R9 - резисторы 20 кОм - 30 кОм
• R4-R6 - резисторы 270 Ом- 430 Ом
• S1-S3 - кнопка тактовая
• VT1 - транзистор BC337-25
• XP1 - разъем WF3
• XP2 - разъем WF2
• XP3 - разъем 3,5" POWER - я использовал от флоппи-дисковода, можно использовать WF4-R
• XP4 - перемычка, я использовал штыревой разъем PLS-2 с джампером MJ-O-6
  

Ппечатная плата стробоскопа имеет размер 80x25 мм (в размер 80 мм вентилятора) и должна крепиться к вентилятору:

Печатная плата. Вид со стороны установки элементов (© ATLab 2005 г.)

Печатная плата. Вид со стороны проводников (© ATLab 2005 г.)

Возможности стробоскопа

1. регулируемое количество вспышек на один оборот крыльчатки - 1, 7, 9, 11 - т.е. его можно использовать практически с любым вентилятором;
2. регулируемая длительность вспышки;
3. три варианта генерируемых эффектов (все виды эффектов можно посмотреть на видеороликах, см. в конце статьи):
   1. "постоянное вращение" - постоянная частота кажущегося вращения - регулируемая по частоте и направлению вращения,
   2. "качание" - частота кажущегося вращения плавно уменьшается от установленного максимального значения в направлении действительного вращения до нуля, затем увеличиваеnся от нуля до максимального значения против направления действительного вращения, затем все повторяется в обратном порядке,
   3. "случайное вращение" - случайная скорость и направление кажущегося вращения,
4. скорость изменения частоты кажущегося вращения в эффектах 2 и 3 регулируемая;
5. модуляция яркости:
   1. линейная - изменение яркости от максимального до минимального значения плавно
   2. случайная - изменение яркости по случайному закону
6. скорость изменения яркости регулируемая
7. все регулировки сохраняются после выключения питания.

Как видно из перечисленных возможностей, получился действительно лучший стробоскоп в мире - у него нет ни одного перечисленного недостатка, зато есть множество возможностей, которых больше нет ни в одной другой конструкции.

Таким образом, практически все требования (см. выше) к "идеальному" стробоскопу выполнены.

И, напоследок, несколько видеороликов, чтобы посмотреть все в действии. Качество изображения в роликах принесено в жертву размерам файла и не всегда, увы, удалось передать точно живую картину. Использован DivX кодек.

Успехов!