Таймер
Таймер (англ. timer, также таймер обратного отсчёта — англ. countdown timer) — разновидность часов, которая начинает отсчёт с заданного промежутка времени и останавливается при достижении 00:00. Обычно таймер также можно остановить вручную до истечения всего времени. Примером простого таймера служит песочные часы. Как правило, при завершении отсчёта таймер подаёт сигнал тревоги. Таймер может быть реализован как в виде аппаратного обеспечения, так и программно.
Секундомер работает в обратном направлении — отсчитывает время вверх, фиксируя прошедшее время с указанного момента. Программируемые таймеры (англ. time switch) управляют электрическими выключателями по установленному времени.
Аппаратные таймеры
Механические
Механические таймеры используют часовой механизм для измерения времени[1]. Обычные механические таймеры заводятся поворотом ручки на требуемый промежуток времени; вращение ручки запасает энергию в заводной пружине, заставляя механизм работать. По принципу действия они близки к механическим будильникам: энергия пружины приводит во вращение балансирное колесо, каждое колебание которого позволяет ходовой части механизма сдвинуться вперёд на фиксированную величину, за счёт чего стрелка плавно возвращается к нулю. При достижении нуля рычаг ударяет по звонку. Первый механический кухонный таймер был изобретён в 1926 году.
Самая простая и древняя форма механического таймера — песочные часы, или «стакан времени»: фиксированное количество песка пересыпается через узкое горлышко между отделениями, отсчитывая временной интервал.
Электромеханические
Кратковременные биметаллические электромеханические таймеры используют тепловой механизм — пластину из полос двух металлов с разным коэффициентом теплового расширения (часто сталь и бронза). Пропускание электрического тока вызывает нагрев, в результате чего одна сторона расширяется меньше другой, и контакт на конце пластины смещается относительно электрического контакта. Такие таймеры чаще всего используются в устройствах типа мигающих модулей для автомобилей и реже — для новогодних гирлянд. Это неэлектронный вариант мультивибратора.
Электромеханический кулачковый таймер использует маломощный синхронный двигатель переменного тока, который вращает кулачок против ряда коммутируемых контактов. Частота вращения двигателя задаётся сетью переменного тока, частота которой стабилизируется энергосистемой. Передаточный механизм обеспечивает нужную скорость вращения и приводит в движение кулачок. Наиболее распространённое применение таких таймеров — в стиральных машинах, сушилках и посудомоечных машинах. Часто между редуктором и кулачком располагается фрикционная муфта, позволяющая быстро установить требуемое время.
Электромеханические таймеры сохраняются в подобной аппаратуре, поскольку механические выключатели часто дешевле полупроводниковых устройств для управления мощной нагрузкой — лампами, электродвигателями и нагревателями.
Ранее эти таймеры часто сочетались с электрическими реле для построения электромеханических контроллеров. Наибольшее развитие электромеханические таймеры получили в 1950-х и 1960-х годах вследствие массового использования в аэрокосмической технике и вооружении. Программируемые электромеханические таймеры управляли последовательностью операций при запуске ранних ракет и баллистических ракет. С развитием цифровой электроники и снижением её стоимости преимущество получили электронные таймеры.
В настоящее время множество таймеров реализуются программно. Современные контроллеры используют программируемые логические контроллеры (ПЛК) вместо набора электромеханических частей; логика управления проектируется как набор релеобразных компонентов, используя специальный язык — язык релейных схем (ladder logic). В ПЛК таймеры эмулируются программой: каждому соответствует запись в таблице состояния контроллера.
Компьютерные системы, как правило, содержат хотя бы один аппаратный таймер — обычно цифровой счётчик, который увеличивается или уменьшается с заданной частотой (часто настраиваемой), и при достижении нуля вызывает прерывание процессора. Вариантом является использование счётчиков с большим разрядом, чтобы избежать переполнения за время эксплуатации устройства.
Более сложные таймеры могут иметь схему сравнения, которая сопоставляет текущее значение таймера с заданным на программном уровне и, при совпадении, инициирует требуемое действие. Такие таймеры могут применяться, например, для измерения длительности событий или для формирования широтно-импульсных сигналов (например, в цифровой усилитель класса D) для управления скоростью электродвигателей.
Электронные
Электронные таймеры, как правило, используют кварцевый генератор для управления работой цифрового счётчика, что позволяет достичь более высокой точности по сравнению с механическими устройствами. В некоторых случаях такие таймеры могут иметь аналоговую или цифровую индикацию; часть моделей реализована на одном микросхемном кристалле, как в цифровых наручных часах.
Особый вариант электронных таймеров в вычислительных системах — сторожевые таймеры (англ. watchdog timers), которые автоматически инициируют аппаратный сброс при сбое программного обеспечения.
Миссионный таймер
Миссионные таймеры используются для измерения продолжительности операции либо обратного отсчёта времени до установленного срока завершения миссии. Подобные устройства находят применение в различных космических организациях[2].[3]
Во время Второй мировой войны точность и синхронизация времени имели решающее значение для эффективности военных операций, что привело к созданию специальных миссионных таймеров — высокоточных хронографов, разработанных специально для военных нужд. Миссионные таймеры играли ключевую роль в координации атак, навигации и других критически важных действиях операций.
Миссионные таймеры использовались для управления фото- и бомбардировочными камерами, обеспечивая точное время сброса бомб или съёмки.
Конструкция миссионных таймеров, как правило, была прочной и надёжной, способны выдерживать тяжёлые условия эксплуатации. Они разрабатывались для точных измерений коротких промежутков времени, необходимых, например, при бомбардировке или погружениях подводных лодок. Обычно шкала таймера крупная и чётко размеченная для быстрой считываемости, в том числе при плохом освещении. Функционал подобных таймеров выходил за рамки простого измерения времени — они позволяли также вычислять скорость, расстояние или расход топлива. Благодаря высокой точности синхронизации сложные манёвры становились возможны с куда более высокой степенью координации между участниками операции. По сути, миссионные таймеры — это не только измерительные приборы, но и важные инструменты стратегической эффективности вооружённых сил в военное время[4].
Программные таймеры
Данный тип таймеров не имеет аппаратного воплощения, а существует исключительно в виде программных модулей. Их работа опирается на точность встроенного в вычислительное устройство генератора тактовых импульсов.
Для большинства платформ (персональных компьютеров, смартфонов, умных часов, планшетов) были разработаны многочисленные приложения-таймеры, которые могут как повторять классический внешний вид механических устройств, так и обеспечивать расширенный функционал. Ключевое преимущество программных таймеров — их удобство и доступность: они не требуют приобретения и транспортировки отдельного прибора. Таймеры могут работать как таймеры обратного отсчёта, так и в режиме секундомера. Такие приложения используются для учёта рабочего или тренировочного времени, мотивации детей к выполнению заданий, замены песочных часов (например, в настольных играх наподобие Боггл), либо классической задачи контроля времени приготовления пищи.
Программные таймеры обладают преимуществами перед механическими и песочными аналогами: последние не отличаются точностью и могут заедать, а механика лишена возможностей персонализации, таких как настройка громкости сигнала. Большинство приложений позволяют выбрать тип сигнала, подстраивая его под индивидуальные предпочтения пользователя.
Некоторые приложения позволяют обучать детей пониманию хода времени, контролировать процесс выполнения заданий по времени и повышать мотивацию к действию[5]. Особенно они востребованы в семьях с детьми с особенностями развития, например, при СДВГ[6].
Примечания
- ↑ Sobey, Ed. The Way Kitchens Work: The Science Behind the Microwave, Teflon Pan, Garbage Disposal, and More. — UK : Chicago Review Press, 2021. — P. 161–164. — ISBN 978-1569762813.
- ↑ Mission Timer (англ.). www.nasa.gov. Дата обращения: 26 июля 2025. Архивировано 19 сентября 2025 года.
- ↑ Timer, Mission, Space Shuttle (англ.). airandspace.si.edu. Дата обращения: 26 июля 2025. Архивировано 21 июня 2025 года.
- ↑ Hands On With The Precista PRS-56 Mission Timer (англ.). www.watchgecko.com. Дата обращения: 26 июля 2025. Архивировано 21 июня 2025 года.
- ↑ Time management with kids (англ.). Psychology Today. Дата обращения: 26 июля 2025.
- ↑ ADHD Research (англ.). Архивировано 23 января 2025 года. Дата обращения: 26 июля 2025.
Литература
- Sobey, Ed. The Way Kitchens Work: The Science Behind the Microwave, Teflon Pan, Garbage Disposal, and More. Chicago Review Press, 2021. ISBN 978-1569762813.