クオーツ時計のGPS化改造

概要

壁時計をデザインが気に入って買ったのはいいものの、時刻が狂いすぎて使い物にならん！なんじゃこりゃ！という時にはこの改造が有効だ。デザインも愛着もないけど、クオーツ時計がGPSで正確になるのかふーん。というような場合は、単純に電波時計に買い換えるのがもっとも手っ取り早いかも。

いくらカッコよくても、時計としての機能がイマイチなんじゃ・・・・

クオーツ時計のムーブメントの多くは、電磁石で1秒毎にコチコチと秒針を進めてゆくタイプだ。たまに秒針が滑らかに動くスムーズタイプや、1秒間に5回とか4回コチコチやって進むタイプもあるが、今回の改造は 1秒コチコチタイプじゃないと適用できない。

ムーブメントの動作は、ギヤの付いた丸い磁石の周りに片方向にうまく回ってゆくような角度で電磁石のコアが配置してあり、コイルに 1秒毎に＋－が反転した 30ms程のパルスを与えるとそれに合わせて秒針が進んでゆくという具合だ。

ギアの付いた磁石コマ。こいつがクルクルと回る

Osciloscope view in an oridinal oscillation board

オリジナルの駆動波形

拡大画像。パルス幅はおおよそ30ms

その電子基板には、32.768KHzの水晶からこの 1秒毎のパルスを生成する回路が搭載されている。このパルスが狂っていると当然時刻は狂ってゆくわけで、パルスを外部からGPSの正確なパルスでオーバーライドすることにより、クオーツ時計を GPS時計化するというわけである。

回路について

1PPS(1Hz)信号を得られるGPSモジュールから、D-FFのロジックICで 1/2分周して 0.5Hzを生成、CR微分回路でコイルの駆動パルスになるよう加工する。ちなみに、秒調整用のSET/RESETスイッチは無くても良い。少し先の時刻を合わせておいて、用意ドンで駆動信号を接続してスタートすれば良いだけの話だ。

シミュレーション用回路	シミュレーション波形
本回路図 (2014/10/21)

製作・接続

GPSモジュールについて

1PPS出力付きは絶対だが、アンテナコネクタの有無や動作電圧でチョイスがあるので、アンテナの置き場所(内蔵 or 外部)など使用状況に応じて適宜選択すると良い。

ドライバBOXの中身

ケースの加工

アンテナ、電源、スイッチ、出力信号のための穴を開ける。拙作作品と同型のモジュールはもう売ってないのでこちらも入手できた部品に合わせて適宜加工する。

アンテナコネクタの穴

クオーツ時計の改造

機種毎にムーブメントがどうなっているかまちまちであるから、一般的な改造方法しか説明できないが、フタを開けて、発振基板からコイル配線を分離して、時計の外に引き出す。ということである。

発振基板とコイル端子

稼働・調整

時計とGPSドライバ基板を繋げたら、電源を投入する。 1PPS信号が出力されていれば、時計の秒針が進んでゆくはずだ。ちなみに、1PPS信号がGPS受信前からエミュレートされて出力されるか、受信後にしか出力されないのかは、GPSモジュールの仕様により異なる。

ムーブメント側の時刻調整で長針短針を合わせた後、秒針をSETスイッチ、RESETスイッチを操作して(交互に押すと進み、どちらか押したままだと停止)電波時計などへ正確に合わせ込んで調整完了だ。

ちなみに、というか当然のことだが、GPS受信ができなかったり、停電したりすると駆動パルスも停止して時刻が遅れることになる。その代わり電源が落ちなければほぼ月差０秒で動作するぞ。

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