Van Siemens-slaafklok naar modern product
Een Siemens-slaafklok uit de jaren 70, afkomstig uit het voormalige Martinushof in Tegelen, krijgt een compleet nieuw leven.
Van ontwerp en elektronica tot programmering en testen wordt dit project ontwikkeld met behulp van AI als digitale ontwikkelpartner.
De originele klok blijft behouden, terwijl de techniek wordt gemoderniseerd met een ESP32, Wi-Fi en nauwkeurige tijdsynchronisatie.
Van jaren 70 naar de toekomst — volledig ontwikkeld met AI.
Een project van Terramex Lab
Powered by EMIX Facility Services
Van deze dubbele Siemens-slaafhangklok gaan we twee enkele klokken maken. Dit doen we omdat een enkele klok beter bruikbaar is en gemakkelijker op te hangen. Daarnaast wil ik de klok laten werken op batterijspanning. Twee klokken tegelijk aansturen vraagt immers meer energie dan het aansturen van één enkele klok.
De klok was oorspronkelijk ingesteld op een voedingsspanning van 24 volt. Dit is eenvoudig af te lezen. Omdat ik de klok op batterijen wil laten werken, stel ik de voedingsspanning in op 12 volt door middel van een draadbrug te solderen.
Aansturing en elektrische eigenschappen van de slaafklok.
Voor het aansturen van de slaafklok gebruiken we een ESP32 in combinatie met een H-brug. De ESP32 genereert elke minuut een korte puls. De H-brug zorgt ervoor dat de polariteit van deze puls afwisselend wordt omgedraaid.
Bij de ene minuut wordt bijvoorbeeld een positieve puls naar de spoel gestuurd en bij de volgende minuut een negatieve puls. Hierdoor wordt de spoel in beide richtingen bekrachtigd en wordt het mechanisme van de slaafklok telkens één stap verder verplaatst.
De ESP32 bepaalt het tijdsinterval van één minuut en stuurt de H-brug aan. De H-brug levert vervolgens de benodigde spanning en stroom aan de spoel, terwijl de ESP32 zelf alleen de besturingssignalen levert.
De gemeten weerstand van de spoel na de aanpassing van de voedingsspanning bedraagt 1,9113 kΩ. De voedingsspanning bedraagt 12 V.
Met behulp van de wet van Ohm kan de stroom door de spoel worden berekend:
I = U / R
I = 12 V / 1.911,3 Ω ≈ 0,00628 A = 6,28 mA
Vervolgens kan het vermogen van de spoel worden berekend met:
P = U × I
P = 12 V × 0,00628 A ≈ 0,0754 W
De spoelbelasting bedraagt daarmee ongeveer 0,075 W (75 mW).
Deze waarden zijn van belang voor het selecteren van een geschikte H-brug die gebruikt kan worden om de polariteit over de spoel om te schakelen. Bij de keuze van de H-brug moet onder andere worden gekeken naar de maximale voedingsspanning en de maximale uitgangsstroom.
Gekozen componenten.
ESP32 development board.
Voor de besturing is gekozen voor de ESP32 Wi-Fi en Bluetooth Board met CP2102. De belangrijkste specificaties zijn: 240 MHz dual-core processor, 520 kB SRAM, 4 MB flashgeheugen, 25 GPIO-pinnen, 3,3 V I/O, Wi-Fi en Bluetooth 4.2. Het board kan via micro-USB worden geprogrammeerd en gevoed.
TB6612FNG H-brug.
Voor het omkeren van de polariteit van de spoel is gekozen voor de TB6612FNG Easy Motor Driver. Deze driver bevat twee H-bruggen en kan de richting van een aangesloten belasting omkeren. De driver kan ongeveer 1,2 A continu leveren en werkt met een voedingsspanning tot 15 V. Hierdoor heeft de driver ruim voldoende capaciteit voor onze spoel, die bij 12 V ongeveer 6,28 mA verbruikt.
18650 Li-ion batterij.
Als voedingsbron is gekozen voor de Panasonic NCR18650B Li-ion batterij. De batterij heeft een capaciteit van 3350 mAh en kan een maximale stroom van 6,7 A leveren.
De batterij wordt gebruikt om de schakeling van energie te voorzien. Omdat de slaafklok op 12 V werkt, is een spanningsverhogende converter nodig om de spanning van de 18650-batterij naar 12 V te brengen.
18650 batterijhouder.
Voor het aansluiten van de 18650-batterij is gekozen voor een 1x 18650 batterijhouder met klemcontacten en aansluitdraden. De houder zorgt voor een eenvoudige en veilige elektrische verbinding tussen de batterij en de rest van de schakeling.
DC-DC step-up converter.
Om de spanning van de 18650 Li-ion batterij te verhogen naar de benodigde 12 V wordt een DC-DC step-up boost converter gebruikt. De converter heeft een ingangsspanning van 2,5–12 V en kan worden ingesteld op een uitgangsspanning van maximaal 12 V. De maximale uitgangsstroom bij 12 V bedraagt 0,3 A bij 3,7 V ingangsspanning. Dit is ruim voldoende voor de spoel, die ongeveer 6,28 mA vraagt.
De converter staat ingesteld op 12 V, zodat de spoel van de slaafklok met de juiste spanning kan worden aangestuurd.
TP4056 Li-ion lader.
Voor het opladen van de 18650-batterij is gekozen voor een TP4056 USB-C Li-ion lader met beveiligingscircuit. De module heeft een maximale laadstroom van 1 A en een laadspanning van 4,2 V. Het ingebouwde beveiligingscircuit beschermt de batterij tegen een te hoge ontlaadstroom en een te lage accuspanning.
De lader wordt gebruikt om de 18650-batterij veilig op te laden via de USB-C-aansluiting.