Model željezničkih automatskih svjetla za tunele: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Ovo je moja omiljena ploča. Moj model željezničke pruge (još uvijek u tijeku) ima niz tunela i iako vjerojatno nije prototip, htio sam imati svjetla tunela koja se pale kad se vlak približavao tunelu. Prvi impuls mi je bio kupiti elektronički komplet sa dijelovima i LED diodama, što sam i učinio. Ispostavilo se da je to Arduino komplet, ali nisam imao pojma što je to Arduino. Doznao sam. A to je dovelo do avanture učenja neke elektronike. Barem dovoljno za tunelska svjetla! I bez Arduina.

Ovo je barem moja treća verzija ploče za svjetla tunela. Osnovni dizajn koji sam otkrio u jednom od projekata knjige Elektronička kola za zlog genija 2E. Ovo je sjajna knjiga za učenje! Također sam otkrio pomoću čipova s integriranim krugom, posebno CD4011 četvero ulaznih NAND vrata.

Korak 1: Shema kruga

Postoje tri signalna ulaza u krug svjetla tunela. Dva su LDR ulaza (otpornici ovisni o svjetlu), a jedan je opcijska ploča detektora prepreka. Ulazni signali ovih uređaja logički se procjenjuju pomoću ulaza NAND vrata CD4023 (trostruki ulazi NAND vrata).

Postoji jedna zelena/crvena zajednička anodna LED dioda (koja će se koristiti na ploči zaslona koja označava da vlak zauzima određeni tunel ili mu se približava). Zelena će označavati čist tunel, a crvena će označavati zauzeti tunel. Kad je crvena LED lampica uključena, svjetla tunela će također biti uključena.

Kad bilo koji od tri ulaza detektira stanje signala, izlaz NAND vrata bit će VISOK. Jedini uvjet kada je prvi izlaz NAND vrata LOW je pojedinačni uvjet kada su svi ulazi VISOKI (svi detektori u zadanim uvjetima).

Krug uključuje P-CH mosfet koji se koristi za zaštitu kruga od pogrešno ožičenog napajanja i mase. To se lako može dogoditi prilikom ožičenja ploče ispod tablice izgleda. U prethodnim verzijama ploče koristio sam diodu u krugu za zaštitu kruga od prebacivanja uzemljenja i žica za napajanje, ali je dioda trošila 0,7 volti od 5 volti dostupnih. MOSFET ne pada napon i dalje štiti krug ako pogrešno povežete žice.

VISOKI izlaz prvih NAND vrata prolazi kroz diodu do sljedećih NAND vrata i također je spojen na krug vremenskog kašnjenja otpornika/kondenzatora. Ovaj krug održava HIGH ulaz na drugom NAND ulazu 4 ili 5 sekundi, ovisno o vrijednosti otpornika i kondenzatora. Ovo kašnjenje sprječava svjetla tunela da bljeskaju i isključuju se kad je LDR izložen svjetlu između automobila koji prolaze, a čini se i razumnim vremenom jer će kašnjenje dati zadnjem vremenu automobilu da uđe u tunel ili izađe iz tunela.

Unutar tunela detektor prepreka će držati krug aktiviranim jer također nadzire prolazak automobila. Ovi krugovi detektora mogu se podesiti tako da uoče automobile udaljene samo nekoliko centimetara, a također ih ne može pokrenuti suprotni zid tunela.

Ako odlučite ne povezivati detektor prepreka unutar tunela (kratki tunel ili težak), samo spojite VCC na izlaz na 3 -polnom terminalu detektora prepreka i to će održati VISOKI signal na tom ulazu NAND vrata.

Dva NAND vrata koriste se za omogućavanje implementacije RC kruga. Kondenzator se uključuje kada je prvi NAND ulaz VISAK. Ovaj signal je ulaz na druga vrata NAND. Kad prvi NAND vrata padnu (sve je čisto) kondenzator zadržava signal na drugom NAND ulazu VISOKO dok se polako prazni kroz 1 10 m otpornik. Dioda sprječava pražnjenje kondenzatora kao sudoper kroz izlaz NAND vrata jedan.

Budući da su sva tri ulaza drugog NAND vrata povezana zajedno, kada je ulaz VIŠAK, izlaz će biti NISKI, a kada je ulaz NISAK, izlaz će biti VISOK.

Kad je izlaz visok s drugog NAND vrata, uključuje se tranzistor Q1 i on uključuje zelenu LED diodu trožilne crvene/zelene LED. Q2 je također uključen, ali ovo služi samo za isključivanje Q4. Kad je izlaz LOW, Q2 se isključuje što uzrokuje uključivanje Q4 (a također se isključuje i Q1). Time se isključuje zelena LED dioda, pali crvena LED dioda, a također i LED diode tunelske svjetlosti.

Korak 2: Slike svjetla tunela

Prva gornja slika prikazuje vlak koji ulazi u tunel s upaljenom LED diodom iznad glave.

Druga slika prikazuje LDR ugrađen u stazu i balast. Kad motor i automobili putuju preko LDR -a, bacaju dovoljno sjene da aktiviraju LED tunele za uključivanje. Na svakom kraju tunela nalazi se LED dioda.

Korak 3: Razdjelnik napona na vratima NAND

LDR -ovi pojedinačno stvaraju krug razdjelnika napona za svaki od ulaza na NAND vrata. Vrijednosti otpora LDR -a rastu kako se količina svjetlosti smanjuje.

NAND vrata logički određuju da se ulazni naponi od 1/2 ili veći u usporedbi s naponom izvora smatraju visokom vrijednošću, a ulazni naponi manji od 1/2 napona izvora smatraju se niskim signalom.

Na shemi su LDR spojeni na ulazni napon, a napon signala se uzima kao napon nakon LDR -a. Razdjelnik napona tada se sastoji od 10k otpornika i također promjenjivog potenciometra od 20k. Potenciometar se koristi za kontrolu vrijednosti ulaznog signala. Pri različitim svjetlosnim uvjetima LDR može imati normalnu vrijednost od 2k - 5k ohma ili, ako je na tamnijem mjestu rasporeda, to može biti 10k - 15k. Dodavanje potenciometra pomaže u kontroliranju zadanog svjetlosnog stanja.

Zadani uvjet (nema vlaka u tunelu niti mu se približava) ima niske vrijednosti otpora za LDR -ove (općenito 2k - 5k ohma) što znači da se ulazi na vrata NAND smatraju VISOKIM. Pad napona nakon LDR -a (uz pretpostavku 5v ulaza i 5k na LDR -u te kombiniranih 15k za otpornik i potenciometar) bit će 1,25v ostavljajući 3,75v kao ulaz na NAND vrata. Kad se otpor LDR -a poveća jer je prekriven ili zasjenjen, ULAZ NAND kapije pada.

Kad vlak prođe preko LDR -a u kolosijeku, otpor LDR -a će se povećati na 20 k ili više (ovisno o uvjetima osvjetljenja), a izlazni napon (ili ulaz na vrata NAND) pasti će na oko 2,14 V, što je manje od 1/2 napona izvora koji stoga mijenja ulaz iz VISOKOG u NISKI signal.

Korak 4: Opskrba

1-1uf kondenzator

1 - 4148 signalna dioda

5 - 2p konektori

2 - 3p konektori

1-IRF9540N P-ch mosfet (ili SOT-23 IRLML6402)

3 - 2n3904 tranzistora

2 - GL5516 LDR (ili slično)

2 - 100 ohmski otpornici

2 - 150 ohmski otpornici

Otpornik 1 - 220 ohma

2 - 1k otpornici

2 - 10k otpornika

2 - 20k promjenjivih potenciometara

Otpor 1 - 50 k

Otpornik 1 - 1 - 10m

1 - CD4023 IC (dvostruka trostruka ulazna NAND vrata)

1 - 14 -polna utičnica

1 - detektor izbjegavanja prepreka (ovako)

Na ploči sam koristio IRLM6402 P-ch MOSFET na maloj ploči SOT-23. Otkrio sam da su SOT-23 p-ch mosfeti jeftiniji od faktora oblika T0-92. Bilo koji će raditi na ploči jer su ispisi isti.

Ovo je još uvijek u tijeku i mislim da se neke vrijednosti otpornika ili neka poboljšanja ipak mogu napraviti!

Korak 5: PCB ploča

Moje prve radne verzije ploče bile su napravljene na ploči. Kad se pokazalo da koncept funkcionira, onda sam ručno lemio cijeli krug, što može oduzeti puno vremena i općenito sam uvijek spojio nešto pogrešno. Moja trenutna radna ploča, koja je sada verzija 3 i uključuje trostruka vrata NAND (starije verzije koristile su ulaze CD4011 s dvostrukim vratima NAND), a kao što je prikazano u videu, je tiskana ploča s izlaznim datotekama koje generira Kicad, što je moj softver za modeliranje sklopova.

Koristio sam ovu web stranicu za naručivanje PCB -a:

Ovdje u Kanadi cijena za 5 ploča je manja od 3 USD. Dostava je obično najskuplja komponenta. Obično ću naručiti 4 ili 5 različitih ploča. (Druga i više ploča su dvostruko više od prvih 5). Uobičajeni troškovi dostave (poštom u Kanadu iz različitih razloga) su oko 20 USD. To što ste unaprijed ugradili ploču, pa samo moram lemiti komponente, štedi vrijeme!

Ovdje je veza na Gerber datoteke koje možete učitati na jlcpcb ili bilo kojeg drugog proizvođača prototipa PCB -a.