Создание имитаторов стрелочных приборов на базе приборных шаговых двигателей — «Железные» кокпиты

Периодически возникают вопросы об использовании шаговых двигателей для построения иммитаторов стрелочных приборов.
Вот ссылки на недавние обсуждения: раз, два, три

Существуют доступные решения на базе «обычных» шаговых двигателей — таких, которые применядись в 5-дюймовых дисководах и применяются в принтерах — например, модуль stepper от fs-bus. В этой ветке рассматривать такие двигатели не будем ввиду их бесперспективности — двигатели дороги, хорошие схемы управления дороги, а простые обладают низким КПД (проще говоря — греются), двигатели требуют питания 12в, имеют сравнительно большие габариты, потребляют достаточно большой ток, распространенные двигатели имеют 200 шагов на оборот (бывают и на 400 шагов, но это скорее исключение), использование микрошага позволяет получить 200*16 = 3200 шагов, но и этого недостаточно для плавного движения стрелки.

В этой ветке будем обсуждать шаговики, специально созданные для стрелочных приборов. Они используются в приборных панелях современных автомобилей. Их преимущества:
— имееют 6 шагов на оборот ротора и встроенный редуктор 1:180, т.е. даже в полношаговом режиме имеют 1080 шагов на оборот выходного вала, легко реализуется микрошаговый режим 32 микрошага на оборот, что дает 5760 микрошагов на оборот, шаг незаметен при длине стрелки порядка 80 мм.
— выходной вал имеет диаметр 1мм, что очень удобно для насаживания стрелки.
— рассчитаны на напряжение 5в и могут быть подключены прямо к микроконтроллеру без всяких дополнительных драйверов, макс. потребляемый ток 20мА.
— небольшие габариты (толщина 8мм).
— дешевизна. В питерском интернет-магазине www.alkon.net в разделе «электродвигатели» они доступны по цене $1.7-$2.6, нв e-bay есть предложения 25 двигателей по $80.
— существуют сдвоенные версии для двух соосных стрелок.
— существуют варианты для усановки двигателя под плату (ось проходит сквозь плату) и на плату. На самом деле это один и тот же двигатель, легко переделывается из одного варианта во второй переворачиванием катушки.

Внутреннее устройство двигателя:

Сдвоенный двигатель:

Он состоит из двух одиночных двигателей и редуктора для «внешней» стрелки:

Ну и иллюстрация переворачивания катушек для установки двигателя на/под плату:

Схема управления двумя двигателями (прошивка совместимая с FS-BUS в приложении):

Затравка для обсуждения: Двигатели для индикаторов, в которых стрелка поворачиваетивается не на полный оборот имеют встроенный ограничитель. Позиционирование стрелки в таком двигателе не представляет проблем — при включении вращаем стрелку в одну сторону на достаточное количество шагов чтобы она дошла до упора, далее обнуляем счетчик положения и точно знаем, что стрелка находится в начале шкалы — отсчитываем шаги от этого положения.
Упор леко удаляется, после чего двигатель способен поворачивать вал на 360 градусов (а есть двигатели сразу без упора), но встает вопрос установки стрелки в нулевое положение при включении. Вариантов несколько:
1) какие-то оптические датчики на отражение/перекрытие
2) какие-то магнитные датчики (возможно подойдут холлы от компьютерных вентиляторов, надо будет поэкспериментировать)
3) выдвигающийся из шкалы штырек, в который упирается стрелка. После чего штырек убирается.
4) что-то еще, предлагайте.

Если с однострелочными приборами особых проблем не наблюдается — под шкалой на ось надевается вторая стрелка со шторкой/магнитиком (пример по первой ссылке в начале сообщения), то вот с двухстрелочным есть сложность — на внутреннюю ось закрепить что-либо кроме стрелки не получится. Была мысль вывести внутренюю ось с обратной стороны двигателя, но как-то это нетехнологично, придется делать отверстие в корпусе, менять ось и делать дополнительный упор — в двигателе ось упирается в корпус.

Хотелось бы обсудить возможные конструкции датчиков как для однострелочного, так и для двухстрелочного вариантов.