Costruiamo insieme un orologio a LED

La professione dell’Orologiaio, ormai ha trasceso le classiche e romantiche tradizioni, che vedevano il tecnico seduto al proprio banchetto, con la lente incollata ad un occhio, a trattare di fino i complessi e delicati ingranaggi meccanici.

Foto n.1

Foto n.1: il modulo perfettamente funzionante

Per carità, tutto ciò avviene ancora, ma è solo una parte del tempo che il moderno orologiaio impiega durante la giornata.

Il laboratorio, se comparato a quello di soli 10 anni orsono, ha completamente mutato il suo aspetto, e i tecnici orologiai oggi lavorano con guanti in silicone.

Nuovi strumenti e macchinari, anche molto sofisticati, sono subentrati alla quasi totalità degli attrezzi tradizionali.

È pur sempre vero che alcuni strumenti non tramonteranno mai, vuoi per l’affezione straordinaria che anche i nuovi orologiai nutrono per essi, o perché ancora insostituibili. Cito ad esempio l’otto-cifre, oppure il lentino, e altro ancora.

Le new-entry, invece, fanno apparire il banco da lavoro quello di un moderno tecnico elettronico, se non, in alcuni casi, di un laboratorio biologico.

Microscopi (anche adatti all’osservazione in immersione), liquidi per pulizia, lubrificanti di almeno 5 specie diverse, consolle di controllo, generatori di segnale, riscaldatori, aspiratori, strumenti a pressione, compressori, saldatori anche a stagno,  e molto altro, sono indispensabili per l’esercizio di questa splendida professione, che si svolge ormai in ambiente completamente asettico.

L’ausilio dell’Elettronica è ormai determinante, sia in fase di controllo che in quella di regolazione, e ciò perché questa disciplina è

Foto n. 2: il kit completo di tutti i componenti

Foto n. 2: il kit completo di tutti i componenti

ormai entrata da protagonista nel nostro settore.

Un orologiaio completo, ormai non deve più occuparsi solo di Meccanica, ma deve conoscere approfonditamente anche l’Elettronica, e questo, che piaccia oppure no.

La quantità, e anche la qualità degli orologi al quarzo non lascia alcuna giustificazione, e nascondersi dietro ad un dito non solo è stupido, ma concorre a prendere in giro il consumatore finale.

Nel nostro Laboratorio, e per nostro intendo quello che frequentiamo insieme in questa rubrica “Il Laboratorio di Enrico”, affrontiamo quindi un tema simbolico, e che molti mi hanno richiesto: la costruzione di un orologio elettronico.

Diciamo subito che non ci cimenteremo nella creazione di un orologio analogico da polso, anche se non sarebbe impossibile (io stesso, quando ero giovane studente presso gli stabilimenti ETA/ESA di Marin, vicino a Neuchatel, mi sono cimentato nel montaggio di un kit del genere), ma risulterebbe un po’ complicato per coloro che vogliono iniziare.

L’orologio che vi illustrerò ci darà molte soddisfazioni, perché non ha nulla da invidiare alle svegliette commerciali che troviamo nei negozi, e avrà dimensioni veramente contenute (mm. 42 x 52), analoghe a quelle di un orologio da polso di grossa taglia.

Foto n.3: schema elettrico

Foto n.3: schema elettrico

Ovviamente l’alimentazione può essere a corrente o a batteria, e questo fa lievitare le misure, ma il “core” dell’orologio è veramente contenuto.

Ci viene in ausilio l’Elettronica, grazie alla sua diffusione e alla possibilità di reperire i materiali con una certa facilità.

È chiaro che il sottoscritto resta a disposizione per ogni eventualità e per consigliare o reperire tutti i componenti necessari, anche predisponendo, per chi volesse e nel limite della disponibilità, un kit di montaggio.

In primo luogo ci si dovrà dotare di un saldatore a stagno, facile da trovare in tutti i negozi di hobbystica o fai da te, dello stagno per saldature, e di un paio di cacciaviti di piccola misura (vanno bene anche quelli tipo “cerca-fase”).

L’elenco dei componenti elettronici invece è piuttosto dettagliato, anche se la reperibilità è comunissima.

I più esperti potranno realizzare da soli il circuito stampato, mentre i neofiti potranno rivolgersi a me, oppure farsi aiutare da conoscenti più addentro alla materia.

A questo punto però, non è che chi non intenda costruire l’orologio debba chiudere la pagina di questo blog per rinunciare a leggere il seguito: lo scopo di questo articolo è soprattutto di natura teorica, teso a dimostrare che le nuovissime tecnologie sono molto accessibili.

Nella foto n. 4 possiamo vedere il circuito stampato, a singola faccia e molto semplice. Le sue misure sono, come già anticipato, di mm. 52 x 42.

Foto n. 4: esempio di saldature corrette e circuito stampato lato rame

Foto n. 4: esempio di saldature corrette e circuito stampato lato rame

I componenti elettronici necessari, invece sono i seguenti:

n° 2 resistori da 10 kohm

n° 2 condensatori da 30 pF

n° 1 condensatore elettrolitico da 10µF

n° 1 condensatore da 0,1µF

n° 1 quarzo da 12Mhz.

n° 1 network resistivo da 1 kohm

n° 1 transistor S8550 (PNP)

n° 1 circuito integrato AT89C2051

n° 1 display a led “7 segmenti” a 4 digit (il nostro è marchiato SG420561k-0, ma è sufficiente che sia dello standard a piedinatura 6 + 6)

n° 1 buzzer per circuito stampato

n° 1 zoccolo per integrati a 20 pin

n° 2 micro-switch da circuito stampato

n° 1 morsetto a due vie (per l’alimentazione)

Coloro che volessero acquisire il kit possono averlo ad un costo complessivo di €. 20,00 + spese di spedizione.

Foto 4: Basetta lato componenti, in fase di montaggio, con i primi componenti passivi

Foto 5: Basetta lato componenti, in fase di montaggio, con i primi componenti passivi

L’anima del circuito è ovviamente l’integrato AT89C2051, il quale appartiene alla famiglia ATMEL e provvede, a fornire tutte le funzioni necessarie per ricevere la base dei tempi dal quarzo, suddividerla opportunamente, pilotare il display a 4 digit a 7 segmenti, e addirittura consentire di programmare un paio di suonerie.

La miniaturizzazione ha consentito miracoli di questo tipo, e siccome la creazione di una base di tempi è una costante in Elettronica, la costruzione di un orologio, ovviamente di tipo semplice e senza pretese come questo, ne risulta enormemente facilitata: sono sufficienti una manciata di componenti esterni e il gioco è fatto, proprio perché le funzioni di base sono svolte da processori costruiti ad hoc.

Occorre precisare una cosa: si tratta di un orologio tecnicamente validissimo e con tutti i crismi, ma ci troviamo a livello didattico, per cui il risultato finale sarà come quello illustrato in una delle foto, senza prevedere involucro esterno, che comunque chi volesse potrebbe costruire da sè.

Lo stesso discorso vale per l’alimentazione: il sottoscritto ha utilizzato il caricatore di un vecchio cellulare con 5.9 V. in uscita, essendo il circuito alimentabile in un range da 3 a 6 V., ma si può benissimo optare per tre batterie da v. 1,5 in serie, del tipo comune AAA.

Non è prevista una batteria in tampone, per cui, se dovesse mancare l’alimentazione, l’orologio andrebbe nuovamente rimesso in orario.

Ma … vogliamo mettere la soddisfazione di dire … : “l’ho fatto io!”

Tornando a noi, una volta predisposto o acquistato il kit o reperiti tutti gli “ingredienti”, possiamo passare alla fase di montaggio.

Foto n.6: come modellare un resistore prima di inserirlo sulla basetta

Foto n.6: come modellare un resistore prima di inserirlo sulla basetta

La più importante raccomandazione, in questi casi, è quella di non farsi trascinare dalla fretta o dall’entusiasmo di terminare presto: la saldatura dei componenti elettronici sul circuito stampato, sebbene possa apparire un’impresa banale, costituisce l’80% delle cause di malfunzionamento di un progetto elettronico.

Un’altra accortezza da osservare è la corretta disposizione dei componenti polarizzati, ma parleremo di questo in corso di montaggio.

Come da manuale, occorre iniziare a saldare sul circuito i componenti passivi e/o quelli che maggiormente resistono al calore della saldatura, per cui l’ordine potrebbe essere il seguente:

1) Lo zoccolo dell’integrato, evitando per il momento di apporre il componente su di esso.

2) I due micro-switch

3) Il morsetto per l’alimentazione

4) I due resistori

5) I condensatori ceramici (quelli a forma di dischetto e di colore marrone)

6) Il network di resistori lineare (a nove piedini) facendo attenzione di posizionare correttamente al primo posto della fila il piedino indicato sul ponte stesso da un punto

7) Il condensatore elettrolitico. Fare attenzione in questo caso, perchè il componente è polarizzato, ovvero occorre rispettare un polo positivo e uno negativo, come indicato dallo schema elettrico in foto. Il piedino negativo, quello da collocare al “-” si distingue perché evidenziato da una freccia che percorre tutto il corpo del condensatore

8) Possiamo ora saldare alla basetta il Buzzer, che è anch’esso polarizzato, ma i cui piedini sono chiaramente indicati sul corpo stesso del componente

9) È il momento di fissare il quarzo, nel suo classico contenitore metallico

Passiamo ora alle fasi conclusive e più delicate:

10) Saldiamo i tre terminali del transistor. Nella basetta in dotazione con il kit, tutte le indicazioni sono stampate sul circuito stesso, per cui è quasi impossibile sbagliare. Nel caso di totasle auto-costruzione, prestare quindi attenzione all’individuazione di base, emettitore e collettore aiutandosi con lo schema elettrico.

11) Saldiamo ora i 12 terminali del display, tenendo conto che esso va posizionato con i punti dei decimali in basso.

12) Chiudiamo le operazioni di montaggio fissando a pressione il circuito integrato sul suo zoccolo.

Il tutto richiede meno di un’ora di tempo (compresa la pausa per gustare un buonissimo e corroborante caffè).

Il saldatore va tenuto con fermezza ma con parsimonia a contatto con il circuito, per evitare di bruciare i componenti più sensibili.

Foto n. 7: come divaricare i terminali di un componente prima di saldarlo

Foto n. 7: come divaricare i terminali di un componente prima di saldarlo

Facciamolo scaldare molto e non incorriamo nell’errore di apporre stagno sul saldatore e poi scaldare il componente: lo stagno va appoggiato tra saldatore e componente e NE BASTA POCHISSIMO. Stiamo piuttosto attenti a non produrre saldature “fredde”: una saldatura corretta è sempre lucidissima.

A questo punto, alimentando il circuito, come già detto, con un alimentatore esterno da 3 a 6 v. oppure con tre batterie da radiolina, l’orologio parte immediatamente.

Le operazioni di messa in orario sono semplicissime:

Tenendo premuto il tastino a sinistra per un paio di secondi si entra in fase di regolazione.

Ogni pressione del tasto a sinistra cambia oggetto di regolazione su cui agire (per esempio: ora di suoneria, minuti di suoneria, ora dell’orologio, minuti dell’orologio); quando si vuole cambiare l’indicazione richiamata con il pulsante a sinistra si deve premere sul tasto a destra, ed ogni pressione incrementa di un’unità.

Alcuni consigli utili ai neofiti: per inserire i componenti nei rispettivi fori del circuito stampato, è consigliabile modellarli preventivamente e allargando poi i terminali in modo che siano “domestici” al momento della saldatura, come si può vedere nelle foto 6 e 7. Usare l’accortezza di non divaricare troppo i terminali, in quanto risulterebbe poi ostico estrarli dalla basetta in caso di successivo danneggiamento.

Per qualsiasi curiosità o informazione la mia email è [email protected]

Enrico Cannoletta

Cannoletta Antica Gioielleria

Laboratorio Orologiaio Technowatch

 

 

 

 

 

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