Projet Arduino pour Horloger (amateur et peu fortuné)

Bonjour

Je lance ce post à ceux qui sont connaisseurs ou amateurs d'informatique embarquée à l'usage des horlogers.
Je suis en train de faire un prototype de chronocomparateur optique pour pendule avec un Arduino.
Cela va palier mon chronocomparateur qui est incapable de me donner une mesure fiable sur une pendule ;
du coucou au mouvement de Paris (problème de résonnance sonore ?, mauvais capteur sonore ?).


Quand ce sera terminé je vous montrerai, mais l'idée simple est de capter la présence du pendule
pour comparer une fréquence étalon avec une horloge à quartz.
Le tout tien(dra) en deux parties: une boite électronique permettant d'indiquer la fréquence, de régler
la sensibilité, et un bras réglable sur trépied au bout duquel se trouve le détecteur optique.

Pour cela, j'utilise un détecteur de distance Laser LoF VL53LOX (un machin qui détecte au milimètre
près la distance d'un objet par mesure du temps d'écho d'un rayon laser) et ça fonctionne assez bien,
même s'il faut un peu galérer à présenter le détecteur devant le pendule.
Si vous avez meilleure idée (un micro piezzo ;-), je suis preneur.

L'idée me vient de faire en parallèle de ce projet en cours un prototype de machine à compter
les spiraux sur cette base. Je pense que cela a déjà été fait, mais je voulais faire mon propre
prototype. Je vous montrerai aussi si j'y parviens.

Le problème est que je ne sais pas quel capteur utiliser pour détecter depuis sous le verre la présence
du bras du balancier d'une montre.

Je vais faire quelques essais, mais vos connaissances peuvent m'aider:
Il faut pouvoir détecter à distance de la hauteur du balancier ou légèrement plus en éloignant
le capteur de la glace, le passage d'un bras d'un balancier lambda alors qu'il est tenu en suspend
par son spiral.
Pour le reste je m'en débrouille.

Quel type de "sensor" dois-je utiliser comme capteur de présence du bras selon vous ?
- IR
- Photorésistance (LED sur le dessus, ce que je voulais éviter)
- écho US
- Laser par triangulation
- Laser par LoF
- Induction
- Capacité (cela suppose de faire passer une haute fréquence dans le balancier)

Bien-sûr il faut que cela coute une broutille...

Cadrature

J'avais fait ce système. Capteur inductif, relié à un compteur. Je lance un chrono au démarrage du comptage, je vais boire un café et au retour je relève le compteur et le chrono et je fais les comptes.
Daniel

@ Cadrature,

Voici des projets intéressants que je vais suivre !Un prelier appareil que j'ai réalisé il y a plus de 20 ans :



Le petit dernier :





@+
JC

@Daniel,
Bon mon idée ne semble pas originale et qui vous m'avez devancé.
Je voulais faire un affichage immédiat (comme un chronocomparateur).
Je vois que vous avez utilisé un capteur inductif et que ça marche. C'est drôle, je n'avais pas pris
cette option en priorité. Vous avez comparé avec d'autres capteurs ?

@JC
Oui j'ai vu votre appareil qui fonctionne sur le principe du stroboscope. C'est malin, pour
le compteur de spiraux c'est certainement une idée à creuser, mais pour cette application,
elle affiche une avance/retard directement comme votre deuxième réalisation.
Un capteur optique j'imagine ? Décidément l'idée n'est pas neuve et vous en avez fait des
trucs électroniques  !


Ça ne répond pas à une autre question que je me pose:
pourquoi ça ne marche pas avec le son ? En tout cas avec mon Weishi 1000 ?
J'ai dans l'idée de mettre un capteur sonore et d'y travailler ... (il sera étalonné par la
fréquence de la détection optique ou inductive)...

Cadrature

J'ai fait plusieurs montages avec un arduino, mais jamais dans le domaine horloger
Je vais donc regarder ca ...

@Cadrature,

Oui j'ai vu votre appareil qui fonctionne sur le principe du stroboscope.
elle affiche une avance/retard directement comme votre deuxième réalisation.


Le stroboscope émet un spot lumineux à la période à laquelle devrait osciller le balancier. Si le spot apparait avant ou après le centre, cela signifie que la période du balancier est trop rapide ou trop lente. Tout simplement. Il n'y a pas de capteur optique, ni d'afficheur. J'ai fabriqué ça au siècle dernier. L'Arduino n'était pas né ! 

Ça ne répond pas à une autre question que je me pose:
pourquoi ça ne marche pas avec le son ?

J'ai tenté de l'expliquer. La réponse se trouve aussi dans ma deuxième vidéo. L'afficheur donne 2 indications : en haut la mesure instantanée qui varie constamment et en bas, la moyenne. C'est cette dernière donnée qui est plus fiable. Plus la durée de mesure est longue, plus elle sera fiable. Si la mesure avait été faite sur le son, l'écart aurait été beaucoup plus important entre chaque mesure.
Les périodes des montres sont normalisées. Les plus courantes sont 18000 et 21600 A/H.
Sur une pendule, il faut compter le rouage pour connaître la période. La meilleure solution,à mon avis, est de mesurer avec le plus de précision possible, un nombre assez grand d'oscillations, d'en déduire la longeur théorique du balancier. Un certain nombre d'heures après (en ce qui concerne mon tableur, un peu moins d'une journée) on note lécart affiché sentre la pendule et l'heure réelle.Mon tableur calcule alors la retouche à faire sur le balancier.
Cela fait seulement trente ans que je réfléchis au problème. Il y a peut-être de meilleures solutions. Je demande à voir !

@+
JC

Merci pour cette précision JC.
Savoir la période d'oscillation me semblait un préalable en effet pour avoir une réponse instantanée.
Et je ne pensais pas me passer de compter les dents sans avoir l'information.
Et en effet, mon Weishi 1000 choisit parmi un ensemble de fréquences connues et ne permet pas
de mettre une fréquence non référencée.

Merci pour avoir expliqué ta méthode sur un écart de temps sur une longue période. Ton expérience
parle d'elle même quand tu dis que c'est la meilleure solution.
Je vais creuser l'affaire, par exemple on peut facilement avoir un nombre d'oscillations pour une durée
programmée et afficher ce que la tableur calcule comme longueur de pendule en connaissant le retard ou l'avance.

Mais je ne comprends pas pourquoi tu dis "Si la mesure avait été faite sur le son, l'écart aurait été beaucoup
plus important entre chaque mesure.". Peux-tu m'expliquer pourquoi ?

Cadrature

#Cadrature,

Mais je ne comprends pas pourquoi tu dis "Si la mesure avait été faite sur le son, l'écart aurait été beaucoup
plus important entre chaque mesure.". Peux-tu m'expliquer pourquoi ?


On peut dire qu'il y a un problème "d'échelle" entre la précision d'exécution de la roue d'échappement d'une pendule et la finesse de la mesure au nanoseconde de la chute d'une dent.
C'est un peu comme si l'on essayait de calculer exactement la vitesse d'un marcheur en mesurant au micron la longueur d'une de ses foulées.
Le balancier lisse les écarts de chutes.
S'il n'existe pas de chrono comparateur fiable à ce jour, c'est qu'il doit y avoir une bonne raison.
La meilleure solution que j'ai trouvée (j'ai dû réviser plus d'un millier de pendules) c'est de chronométrer un nombre assez grand d'oscillations. De noter la mesure et l'heure du relevé. attendre un certain nombre d'heures. De recommencer la mesure et faire les calculs de longueur théorique du balancier actuel et idéal, pour déterminer la correction de longueur à faire. Ca fonctionne très bien.

#Dan26,
Je ne connais pas le principe de votre capteur, je vais regarder pour essayer de comprendre.

# Ganesh,
Bienvenu au club ! En ce qui me concerne je suis beaucoup plus à l'aise avec le Basic. Mais je me suis mis à l'Arduino. Je m'amuse à piloter des balanciers pendulaires avec des ATtiny85 (mini Arduino).

Un projet que je pense intéressant, serait de fabriquer, avec Arduino, une horloge "d'édifice" qui indique l'heure sur un grand cadran extérieur (pilotage d'un moteur PAP) et sonnerie des heures et des quarts. 

@+
JC

Bonjour à tous,

J'ai fait de l’électronique il y 'a bien longtemps, d’ailleurs il me reste encore pas mal de matos dont un oscilo.
Je vais suivre votre projet, très intéressant vu que vous parlez d'Arduino.
Je pense m' y mettre, comme ça je pourrais plus facilement vous suivre.

@ Torzio

Description des différents capteurs
-https://guide.directindustry.com/fr/bien-choisir-un-capteur-de-proximite/
J'ai utilisé un Ø 12 inductif alim en 12V (Télémécanique) qui détecte la tige de balancier et donne une impulsion au compteur pour incrémentation.
C'est de la récup quand je travaillais sur des machines spéciales (il y a 40 ans).
Daniel

Merci Dan26 pour le lien. J'ai lu que cela fonctionnait en créant des champs magnétiques. Connaissant la fragilité et la vulnérabilité de l'isochronisme d'un balancier pendulaire, j'écarte définitivement cette solution.

Je persiste à penser que la meilleure solution est la coupure (et non la réflexion comme dans ma seconde vidéo) d'un faisceau IR non pulsé.

Un autre problème important se présente ; avec quelle méthode chronométrer, avec une très grande précision, un nombre d'oscillations ?

@+
JC

mercurio a écrit:

Bonjour à tous,

J'ai fait de l’électronique il y 'a bien longtemps, d’ailleurs il me reste encore pas mal de matos dont un oscilo.
Je vais suivre votre projet, très intéressant vu que vous parlez d'Arduino.
Je pense m' y mettre, comme ça je pourrais plus facilement vous suivre.

Arduino est simplement un montage électronique réalisé par un prof pour ses étudiants.
C'est pour simplifier le montage du microcontrôleur ATmega328P (il existe d'autres Arduino
pour ATmega2560 ou 16) en lui ajoignant une convertion USB-Série, trois alimentations et un quartz.
Cela rend le composant immédiatement disponible pour des applications d'informatique embarquée.
On fait plus d'informatique embarquée et moins d'électronique.

Avec les outils AVR (avr-cc, avrdude, etc.) il est très simple de programmer en C ou C++ et de téléverser
des programmes dans le microcontrôleur via un câble USB, alors que c'était un peu sport avant.

Un programme Arduino grand public a été développé ; ce qui permet de l'utiliser dans les collèges, les lycées
et au fond des garages.
Il existe aussi un grand nombre de bibliothèques pour utiliser les composants les plus diffusés.

Pour la précision:
Il est possible de monter l'ATMega328P avec un quartz de précision horlogère et de se passer du quartz de l'Arduino
ou des circuits d'horloge interne en reprogrammant les fusibles internes.
Plus simplement, et toujours en utilisant un Arduino, on peut utiliser une communication série vers une horloge
électronique indépendante.
C'est cette dernière solution que j'ai choisie et qui est plus simple pour moi et de précision suffisante.

Pour le capteur de présence du balancier:
J'ai fait plusieurs expériences et le plus simple et le plus efficace selon mes quelques essais est un
capteur LoF laser millimétrique. Il détecte la tige du pendule d'une horloge de Paris efficacement
à 4 ou 5 cm du pendule. 

à suivre...
Cadrature

@Cadrature,

J'ai hâte de voir le résultat. J'ai peur du laser, c'est pas bon pour les yeux !

Il y a un peu plus de 20 ans, j'avais un pote électronicien de haut niveau (malheureusement il a quitté la région). Ensemble, nous avions mis au point le "SULTHI". C'était l'assemblage des lettres de nos 2 noms. Nous avons mis en commun nos savoirs et nos expériences. ICI en bas de page, on voit l'engin en situation.  nous en avons vendu 2 ! Au début je m'en servais régulièrement, puis je l'ai remisé. Beaucoup trop de temps de mise en oeuvre pour un pro. Peut-être qu'il y a un marché aujourd'hui pour une appli sur smartphone, qui n'existait pas à cette l'époque.

AMHA il serait plus judicieux d'utiliser nos neurones à d'autres projets. 

@+
JC

Pas d'inquiétude, c'est le VL53L0X, je n'utilise pas le MegaJoule ;-)
Un laser de classe 1

Selon l'IRNS:

Classe 1 : appareils sans danger pendant leur utilisation, même en cas de vision directe dans le faisceau sur une longue période, même lorsqu’une exposition se produit lors de l’utilisation de dispositifs télescopiques. La classe 1 comprend également les lasers de forte puissance qui sont totalement enfermés de sorte qu’aucun rayonnement potentiellement dangereux ne soit accessible pendant l’utilisation (appareil avec laser incorporé). La vision dans le faisceau des appareils à laser de classe 1 qui émettent une énergie rayonnante visible peut encore produire des effets visuels d’éblouissement, en particulier à de faibles niveaux de lumière ambiante.

Ça ressemble à ça (le laser et le récepteur sont dans le boite noire de 45/10 de longueur):

@Cadrature,

Formidable ! On trouve de plus en plus de capteurs  très performants. Toutefois, si je reste convaincu que c'est un excellent exercice pour maîtriser l'Arduino, un chrono comparateur pour pendules n'a pas vraiment une grande utilité.
Il faut signaler aussi que le télémètre à infra rouge que tu penses utiliser à un temps de réponse de 33 à 66 ms. 



Il ne me semble pas bien adapté pour cette application. C'est un peu comme faire des mesures avec un mètre élastique. Mais ça reste un exercice intéressant, néanmoins.
Je pense que le diviseur numérique serait un meilleur sujet.

@+
JC

Il faut tout de même que je fasse ma propre expérience et surtout que je vive mon propre
échec pour m'en convaincre ;-)

Moi je ne sais pas régler correctement une pendule, et je trouve tellement pratique un chronocomparateur pour montre (ce que je fais le plus souvent). 

La ligne principale du cahier des besoins sera l'ergonomie et l'autonomie de l'appareil. Il ne faudrait pas qu'il pose plus de problèmes qu'il n'en résoud ! Et j'entends bien ce que tu dis et qui m'aide à y réfléchir. Pour l'ergonomie, mon imprimante 3D vient de lâcher ! Voici qui repousse d'autant le projet !

A propos de l'enregistrement optique des oscillations, je n'avais pas pensé au temps de communication I2C. Je vais regarder ça. Merci de m'y avoir fait penser...


à suivre...

Le principe de ma seconde vidéo est tout simple ("la simplicité est la sophistication suprême" Léonard de Vinci). L'Arduino boucle et attend une coupure du faisceau, il mesure le temps avec la coupure suivante. Il ne fait rien d'autre. Une fois qu'il a l'info, il fait les calculs et envoie l'info à l'afficheur et attend la coupure suivante. En fait cela revient à faire la mesure une fois sur deux. Il faut toutefois une variable de correction pour ajuster la fréquence du quartz Arduino, pour l'ajuster au temps réel. Pour l'étalonner j'utilise bêtement un circuit de pendule de cuisine de bonne qualité. Variation environ 1 mn en 6 mois.

@+
JC

Bonjour

Je reviens sur ce projet technique et un peu électronique, après quelques expériences (*).

Torzio a écrit:

Il faut toutefois une variable de correction pour ajuster la fréquence du quartz Arduino, pour l'ajuster au temps réel. Pour l'étalonner j'utilise bêtement un circuit de pendule de cuisine de bonne qualité. Variation environ 1 mn en 6 mois.

Une façon très simple de faire est de brancher un circuit horloge type DS1302 à l'Arduino.


Je reste persuadé que la détection sonore piezo reste un bon candidat. Bien-sûr en prenant en compte
tous les points soulevés par JC (roue d'échappement peu régulière, divers échappements à prendre en compte, fourche de pendule qui balotte, etc).

Il y a de l'informatique d'analyse de signal et pas seulement de l'électronique dans mon idée...

J'ai une question concernant le calcul des oscillations de l'horloge testée:

Est-ce que vous pensez que la chute de la crémaillère ou la détente sur les pendules à sonnerie peut servir ?
L'idée est de détecter cette chute toutes les heures et parier que la détente tombe à la seconde près pour fixer le retard ou l'avance et déduire l'écart entre la période relevée et la période étalon sans connaître cette dernière.
Bien évidemment je ne détecte pas la sonnerie elle-même qui dépend de la vélocité du rouage de sonnerie, mais bien la chute de la crémaillère sur le colimaçon ou la détente des sonneries à chaperon peu avant...

Sinon il faut évidemment compter les dents, ce qui suppose que l'horloge a été révisée et qu'on n'a pas oublié de noter...

Bonne journée
Cadrature

(*)
J'ai essayé les autres méthodes de détection sauf l'induction (en cours). La rupture faisceau est
en effet la plus efficace.
Pour LoF en effet il y a un temps de réponse de 20ms avec les détecteurs
existants... Merci JC de me l'avoir fait remarquer. Je n'ai pas essayé en fixant le timeOut qui éventuellement
permet une grande régularité de détection continue. Si quelqu'un sait ce qu'il en est, je suis preneur
de l'information, car la détection est des plus efficaces.

@Cadrature,

Une façon très simple de faire est de brancher un circuit horloge type DS1302 à l'Arduino.

Si avec votre circuit vous pouvez avoir une résolution meilleure que 1 milliseconde,
 ça peut le faire.

Est-ce que vous pensez que la chute de la crémaillère sur les pendules à sonnerie peut servir ?

Cela peut-être un bon choix, mais cela exclu les pendules sans sonnerie et ça peut devenir "galère" avec les carillons qui déclenchent tous les 1/4 d'heures, dont la régularité doit être loin de la milliseconde.
Cela demande aussi une observation de plus d'une heure dans un environnement calme !

@+
JC

Torzio a écrit:

@Cadrature,

Une façon très simple de faire est de brancher un circuit horloge type DS1302 à l'Arduino.

Si avec votre circuit vous pouvez avoir une résolution meilleure que 1 milliseconde,
 ça peut le faire.

Est-ce que vous pensez que la chute de la crémaillère sur les pendules à sonnerie peut servir ?

Cela peut-être un bon choix, mais cela exclue les pendules sans sonnerie et ça peut devenir "galère" avec les carillons qui déclenchent tous les 1/4 d'heures, dont la régularité qui doit être loin de la milliseconde.
Cela demande aussi une observation de plus d'une heure dans un environnement calme !

@+
JC

Je ne sais pas le précision exacte du DS1302 et consorts, mais c'est un quartz 32766Hz... C'est toujours mieux que le quartz
qui cadence l'ATMega.
DS3231 est peut-être mieux, il est donné pour une précision de 60s/an avec un oscillateur à quartz compensé en température.


Oui, c'est une option pour pendule sonnerie évidemment, mais une option seulement...
La détection de la détente sonnerie est évidemment indépendante de l'environnement sonore (micro contact, détection spectre, etc..).
Une simple détection de niveau sonore sera insuffisante à mon avis.
Je fais seulement le pari que l'horloger ne travaille pas dans une boite de nuit et qu'il ne donne pas des coups de pied
à son horloge en test ;-)
La sonnerie des quarts et demi est évitée par estimation de la marche approximative de la pendule (on parie quand même qu'elle ne
retarde ni avance de plus de 5mn par heure).

A l'étude en temps voulu donc...

Cadrature

@Cadrature,

Cela dépasse largement mes compétences. Toutefois, j'ai consulté le datasheet du DS1302. Il sort un signal de 52 MHz. Cela devrait être bon si c'est gérable par l'Arduino. Mais je reste persuadé que faire simple c'est mieux et que la solution est de prévoir une variable d'ajustement, qui va compenser l'écart du quartz de l'Arduino, que l'on détermine avec une base de temps horlogère à quartz. Cela évite de nombreuses et inutiles lignes de code. L'objectif est de pouvoir régler rapidement la période du balancier afin que la pendule varie de + ou - 1 minute jour. Ce serait un bel objectif, dans un premier temps. 

@+
JC

Torzio a écrit:

@Cadrature,

Cela dépasse largement mes compétences. Toutefois, j'ai consulté le datasheet du DS1302. Il sort un signal de 52 MHz. Cela devrait être bon si c'est gérable par l'Arduino. Mais je reste persuadé que faire simple c'est mieux et que la solution est de prévoir une variable d'ajustement, qui va compenser l'écart du quartz de l'Arduino, que l'on détermine avec une base de temps horlogère à quartz. Cela évite de nombreuses et inutiles lignes de code. L'objectif est de pouvoir régler rapidement la période du balancier afin que la pendule varie de + ou - 1 minute jour. Ce serait un bel objectif, dans un premier temps. 

@+
JC

Oui, c'est un peu le principe. A ce que j'ai compris :
L'Arduino compte les millisecondes sur son quartz à 2 balles.
Le DS3231 recale le temps toutes les secondes ou moins sur l'oscillateur compensé.
Pour cela, le DS3231 envoie un signal régulier à l'Arduino (onde carrée ou interruption).
Ainsi pas besoin de faire de l'électronique ou des branchements compliqués...

cette bibliothèque est bien et contient des exemples:
https://github.com/NorthernWidget/DS3231/blob/master/Documentation/Utilities.md

Je n'ai pas compris si tu as besoin du code. Moi si, mais pas pour maintenant ;-)


Cadrature

@Cadrature,

Merci, je n'ai pas besoin de code pour l'instant. Mon période mètre pour pendule fonctionne bien, mais je ne m'en sers plus. C'est plus pratique avec un chronographe et mon tableur. Il n'y a rien à installer.

Actuellement je travaille sur un appareil à compter les spiraux avec Arduino. J'en ai pas vraiment besoin, mais c'est pour le fun. Il faut entretenir le neurone ! Voilà ce qui m'a inspiré : https://www.hourprecision.com/shop/p/5ittwsfju3q9d5rm89q8zhg6ce6y54      J'avais commencé par le stroboscope. Ca ne fonctionnait pas. Je me suis dirigé vers une autre solution qui ne fonctionne pas mieux mais qui m'a aidé à comprendre pourquoi cela ne fonctionnait pas. Je me suis rendu compte, en analysant la période de mon signal sur mon Vibrograph que ma résolution était très grossière. Je n'arrivait pas à caler sur 18000 A/H pile. C'est - 2,5 mn ou + 2,5 mn. Je souhaite garder une large plage de mesures. Je vais donc rajouter un potentiomètre qui va me permettre d'ajuster les microsecondes et je pense que ça va être bon.

@+
JC

Torzio a écrit:

@Cadrature,

Merci, je n'ai pas besoin de code pour l'instant. Mon période mètre pour pendule fonctionne bien, mais je ne m'en sers plus. C'est plus pratique avec un chronographe et mon tableur. Il n'y a rien à installer.

Actuellement je travaille sur un appareil à compter les spiraux avec Arduino. J'en ai pas vraiment besoin, mais c'est pour le fun. Il faut entretenir le neurone ! Voilà ce qui m'a inspiré : https://www.hourprecision.com/shop/p/5ittwsfju3q9d5rm89q8zhg6ce6y54      J'avais commencé par le stroboscope. Ca ne fonctionnait pas. Je me suis dirigé vers une autre solution qui ne fonctionne pas mieux mais qui m'a aidé à comprendre pourquoi cela ne fonctionnait pas. Je me suis rendu compte, en analysant la période de mon signal sur mon Vibrograph que ma résolution était très grossière. Je n'arrivait pas à caler sur 18000 A/H pile. C'est - 2,5 mn ou + 2,5 mn. Je souhaite garder une large plage de mesures. Je vais donc rajouter un potentiomètre qui va me permettre d'ajuster les microsecondes et je pense que ça va être bon.

@+
JC

Tu as une idée du capteur du Luthy-matic ?


Cadrature

Bonjour Cadrature,

Je n'ai aucune idée du capteur utilisé par Luthy. Mais comme il parle de l'état de surface du balancier, je pense qu'il s'agit d'un procédé optique.

Il y a de nombreuses années, il est paru, dans la revue Elektor, un long article sur la réalisation d'un chrono comparateur pour montres. C'était une vraie "usine à gaz" pour mon petit neurone. Cela fonctionnait par un système optique. Si mes souvenirs sont bons, il s'agissait de gérer la réflexion d'un rayon optique sur les bras du balancier.

@+
JC