КОДОУПРАВЛЯЕМЫЕ СТРЕЛОЧНЫЕ ЧАСЫ
CODE-CONTROLLED ANALOGUE CLOCKS

Изобретение относится к электромеханическим приборам времени со стрелочной индикацией и позволяет повысить точность работы стрелочных часов.
Известны хронометрической системы с кодоуправляемыми стрелочными часами, в которых применяются преобразователи угла поворота часовой и минутной стрелок в последовательный цифровой код (Авторское свидетельство СССР №645935, МПК G04С 11/00, опубл. 25.02.79. Бюл.№7). Преобразователи угла поворота стрелок в последовательный цифровой код сложны и дороги в изготовлении, кроме того, они располагаются непосредственно на механическом редукторе часов, который размещается на открытом воздухе вторичных уличных часов, что снижает надежность работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению относится следящий привод электромеханических часов (Авторское свидетельство СССР №1249473, МПК G04С 13/02, опубл. 07.08.86. Бюл.№29), содержащий хранитель времени, электродвигатель постоянного тока, редуктор, стрелочный индикатор, датчики угла часовой и минутной стрелок, два ключа, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), регистр сдвига, оперативное запоминающее устройство, два компаратора, дешифратор, два D-триггера, элемент И-НЕ и распределитель импульсов.
Недостатком известного устройства является сложная конструкция датчиков угла часовой и минутной стрелок, каждый из которых состоит из преобразователя угла в аналоговый сигнал, АЦП, где преобразуется в цифровой код положения стрелки. Эти датчики находятся на осях стрелок, а сами часы располагаются, чаще всего, на открытом воздухе на каком-либо здании, при этом датчики угла должны нормально функционировать в широком диапазоне минусовых и плюсовых температур. При этом высокие требования по стабильности предъявляются к преобразователю угла в аналоговый сигнал и далее с помощью АЦП в цифровой код углового положения стрелки.
Перечисленные недостатки приводят к усложнению конструкции часов, снижению надежности функционирования и к их удорожанию.
Задачей создания изобретения является упрощение конструкции часов, что повышает надежность их функционирования в широком диапазоне температур.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в кодоуправляемые стрелочные часы, содержащие хранитель времени, цифровой компаратор и последовательно соединенные усилитель, электродвигатель постоянного тока, редуктор и индикатор с часовой и минутной стрелками, согласно предлагаемому изобретению включены датчики положения минутной и часовой стрелок на цифре «12» индикатора и датчик поворота минутной стрелки на одно минутное деление (6°), две схемы И датчиков, два реверсивных счетчика соответственно минут и часов. Причем выходы датчиков положения минутной и часовой стрелок соединены соответственно с первыми входами схем И датчиков, выход датчика поворота минутной стрелки соединен со счетным входом реверсивного счетчика минут и вторым входом схемы И датчика положения минутной стрелки, выход которой подключен к входу установки нуля реверсивного счетчика минут и второму входу схемы И датчика положения часовой стрелки и счетному входу реверсивного счетчика часов, вход установки нуля которого соединен с выходом схемы И датчика положения часовой стрелки. При этом информационные выходы реверсивных счетчиков минут и часов подключены к одним входам цифрового компаратора, другие входы которого присоединены к информационным выходам хранителя времени, причем первый выход цифрового компаратора (А<В) соединен с входами переключения на сложение двух реверсивных счетчиков и первым входом усилителя, а второй выход цифрового компаратора (А>В) соединен с входами переключения на вычитание этих двух реверсивных счетчиков и вторым входом усилителя, выходы которого подключены к электродвигателю постоянного тока, кроме того, резервный автономный источник энергопитания подключен к цепям питания всех элементов, кроме усилителя.
Введенные элементы, в частности датчики положения минутной и часовой стрелок на цифре «12», каждый из которых представляет собой, например, пару из герконового контакта и постоянного магнита, который находится на стрелке, в момент нахождения стрелки на цифре «12» постоянный магнит находится напротив геркона, контакты которого замыкаются. Единственным требованием к точностным характеристикам такого датчика положения стрелки является его несрабатывание при повороте стрелки на одно минутное деление в обе стороны от датчика (в пределах ±6°), что легко решается на практике. Введение двух реверсивных счетчиков, которые формируют цифровой код положения стрелок, позволяют легко автоматизировать перевод стрелок часов при переходе с зимнего времени на летнее и наоборот, а также быстро переводить стрелки после восстановления энергопитания часов. Так как информация от датчика положения стрелки, как и от датчика поворота минутной стрелки, поступает по одному проводу, то электронную схему управления часами можно отнести на некоторое расстояние от стрелочного индикатора, и соединить их многожильным кабелем (не более 6 жил), при этом точность хода часов и надежность не нарушатся, так как сигналы от датчиков поступают в виде нуля или единицы (отсутствие или наличие напряжения). Соединение стрелочного индикатора посредством многожильного кабеля с электронной схемой управления позволяет поместить ее в отапливаемом помещении, что повышает надежность эксплуатации и снижает стоимость комплектующих элементов.
На фиг.1 изображена структурная схема кодоуправляемых стрелочных часов. Кодоуправляемые стрелочные часы (фиг.1) содержат хранитель 1 времени, цифровой компаратор 2 и последовательно соединенные усилитель 3, электродвигатель 4 постоянного тока, редуктор 5 и индикатор 6 с часовой и минутной стрелками, датчики 7 и 8 положения минутной и часовой стрелок на цифре «12» индикатора и датчик 9 поворота минутной стрелки на одно минутное деление (6°), схемы И 10 и И 11 датчиков положения минутной и часовой стрелок, два реверсивных счетчика 12 и 13 соответственно минут и часов. При этом выходы датчиков 7 и 8 положения минутной и часовой стрелок соединены соответственно с первыми входами схем И 10 и И 11 датчиков, а выход датчика 9 поворота минутной стрелки соединен со счетным входом реверсивного счетчика 12 минут и вторым входом схемы И 10, выход которой подключен к входу установки нуля реверсивного счетчика 12 минут, второму входу схемы И 11 и счетному входу реверсивного счетчика 13 часов, вход установки нуля которого соединен с выходом схемы И 11. При этом информационные выходы реверсивных счетчиков 12 и 13 подключены к одним входам цифрового компаратора 2, другие входы которого присоединены к информационным выходам хранителя 1 времени, причем первый выход цифрового компаратора 2 (А<В) соединен со входами переключения на сложение двух реверсивных счетчиков 12 и 13 и первым входом усилителя, а второй выход (А>В) цифрового компаратора 2 соединен с входами переключения на вычитание реверсивных счетчиков 12 и 13 и вторым входом усилителя 3, выходы которого подключены к электродвигателю 4 постоянного тока, кроме того, резервный автономный источник 15 питания подключен к цепям энергопитания всех элементов, кроме усилителя 3.
Устройство работает следующим образом. Предположим, что произошло первое подключение часов после их установки на постоянном месте эксплуатации. Хранитель 1 формирует двенадцатичасовую шкалу времени, параллельный код которой подается на входы «В» цифрового компаратора 2, а на входы «А» с реверсивных счетчиков 12 и 13 поступает, например, цифровой код, меньший кода с хранителя 1 времени. Часовая стрелка будет находиться на цифре «12», а минутная - на делении циферблата без одной минуты «12». Так как цифровой код со счетчиков 12 и 13 будет меньше кода хранителя 1 времени, то на первом выходе (А<В) компаратора 2 будет сигнал «1». Этот сигнал переключит реверсивные счетчики 12 и 13 на сложение и включит усилитель 3, с которого поступит напряжение на электродвигатель постоянного тока 4 такой полярности, при которой он через редуктор 5 повернет минутную стрелку в прямом направлении на одно минутное деление и она встанет напротив цифры «12». При этом сигналы «1» с датчиков 7 и 8 положения стрелок откроют схемы И 10 и И 11. Сигнал «1» с датчика 9 поворота минутной стрелки проходит открытую схему И 10, сбрасывает в нулевое состояние счетчик 12, далее проходит открытую схему И 11 и тоже сбрасывает в нулевое состояние счетчик 13. Вследствие этого, код счетчиков 12 и 13 будет соответствовать угловому положению стрелок, так как стрелки находятся на цифре «12», а счетчики 12 и 13 находятся в нулевом состоянии. Сигнал «1» с датчика 9 будет поступать на счетный вход счетчика 12, через открытую схему И 11 на счетный вход счетчика 13 и на входы установки нуля счетчиков 12 и 13 через открытые схемы И 10 и И 11, подтверждая их нулевое состояние. Следует отметить, что приоритет сигнала по входу установки нуля счетчиков 12 и 13 выше, чем по счетному входу, поэтому произойдет «обнуление» этих счетчиков, несмотря на приход на их счетные входы импульсов счета. Коэффициент пересчета счетчика 12 равен «60», а счетчика 13 - «12», при этом коэффициент редукции, между часовой и минутной стрелками, тоже равен «12». Так как код счетчиков 12 и 13 продолжает оставаться меньше кода хранителя 1 времени, то сигнал «1» с первого выхода (А<В) компаратора 2 продолжает держать включенным усилитель 3, подающий напряжение на электродвигатель 4, который продолжает вращать редуктор 5. Вследствие этого, при каждом повороте минутной стрелки на одно минутное деление (6°) сигнал с датчика 9 прибавляет код счетчика 12 на «1». После полного оборота минутной стрелки она встанет на цифре «12» и сигнал с датчика 7 откроет схему И 10, которая пропустит сигнал с датчика 9 на счетный вход реверсивного счетчика 13, состояние которого увеличится на «1». Сигнал на первом выходе (А<В) компаратора 2 будет равен «1» до тех пор, пока коды со счетчиков 12 и 13 не сравняются с кодами с хранителя 1 времени. При равенстве кодов сигнал с выхода (А<В) компаратора 2 становится равен «0» и усилитель 3 отключает электродвигатель 4, который перестает вращаться. По истечении одной минуты код с хранителя 1 времени увеличивается на единицу, на первом выходе (А<В) компаратора 2 появляется сигнал «1», который подтверждает работу реверсивных счетчиков 12 и 13 на сложение и включает усилитель 3, который подает прямое напряжение на электродвигатель 4, поворачивающий минутную стрелку на одно минутное деление. При этом сигнал с датчика 9 поворота прибавляет единицу в счетчик 12, коды в компараторе 2 становятся равными и сигнал на первом выходе (А<В) компаратора 2 становится равным «0» и электродвигатель останавливается на одну минуту, до следующего изменения кода с хранителя 1 времени. При переходе с зимнего времени на летнее, необходимо перевести показания часов на один час назад. В этом случае в хранителе 1 время переводится на один час назад, при этом код с хранителя 1 времени становится меньше кода счетчиков 12 и 13. На втором выходе (А>В) компаратора 2 появляется сигнал «1», который переводит реверсивные счетчики 12 и 13 на вычитание и поступает на второй вход усилителя 3. Усилитель 3 подает на электродвигатель 4 напряжение, которое вращает стрелки в обратном направлении до тех пор, пока код со счетчиков 12 и 13 не сравняется с кодом хранителя 1 времени, таким образом, перевод показаний стрелочных часов на летнее время происходит за короткое время. Полный код углового положения стрелок формируется на двух реверсивных счетчиках 12 и 13, которые, как и компаратор 2 с хранителем 1 времени, запитываются от резервного автономного источника 15 электропитания, когда основное сетевое напряжение отключается. При восстановлении основного напряжения сигналы с компаратора 2 через усилитель 3 включают электродвигатель 4 на подгон, после чего угловое положение стрелок становится равным коду текущего времени хранителя 1 времени.
Из рассмотренного видно, что введение совокупности отличительных признаков в предлагаемое изобретение, позволяет, по сравнению с прототипом, упростить конструкцию схемы управления часов путем замены датчиков, выдающих полный код углового положения стрелок, на простые датчики только одного положения стрелок - на цифре «12», что повышает надежность их функционирования. Простая схема управления часами предлагаемого изобретения решает те же функции прототипа, но более дешевым, простым и надежным способом.