Model železničných automatických tunelových svetiel: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Toto je môj obľúbený obvod. Moje vzorové usporiadanie železnice (stále prebieha) má niekoľko tunelov a aj keď to pravdepodobne nie je prototyp, chcel som mať zapnuté svetlá tunela, keď sa vlak blížil k tunelu. Môj prvý impulz bol kúpiť elektronickú súpravu s dielmi a LED diódami, čo som urobil. Ukázalo sa, že je to súprava Arduino, ale netušil som, čo je Arduino. Dozvedel som sa. A to viedlo k dobrodružstvu naučiť sa nejakú elektroniku. Minimálne dosť na to, aby ste urobili tunelové svetlá! A bez Arduina.

Toto je aspoň moja tretia verzia dosky s plošnými spojmi pre tunelové osvetlenie. Základný dizajn som objavil v jednom z projektov knihy Elektronické obvody pre zlo Genius 2E. Je to skvelá učebná kniha! Tiež som objavil použitie čipov s integrovanými obvodmi, konkrétne brány NAND so štyrmi vstupmi CD4011.

Krok 1: Schéma obvodu

Do obvodu svetiel tunela sú tri signálne vstupy. Dva sú vstupy LDR (svetelné odpory) a jeden je voliteľnou doskou s obvodom detektora prekážok. Vstupné signály týchto zariadení sú logicky vyhodnotené vstupnými hradlovými vstupmi CD4023 (trojité vstupné brány NAND).

Existuje jedna zelená/červená LED dióda so spoločnou anódou (ktorá bude použitá na zobrazovacom paneli, čo znamená, že vlak obsadzuje konkrétny tunel alebo sa blíži k tunelu). Zelená farba bude znamenať čistý tunel a červená bude znamenať obsadený tunel. Keď svieti červená LED, rozsvietia sa aj svetlá tunela.

Keď ktorýkoľvek z troch vstupov detekuje stav signálu, výstup brány NAND bude VYSOKÝ. Jedinou podmienkou, keď je prvý výstup brány NAND LOW, je jediná podmienka, keď sú všetky vstupy VYSOKÉ (všetky detektory sú predvolene).

Obvod obsahuje mosfet P-CH, ktorý sa používa na ochranu obvodu pred zle zapojeným napájaním a uzemnením. To sa môže ľahko stať pri zapojení obvodovej dosky pod tabuľku rozloženia. V predchádzajúcich verziách dosky som použil diódu v obvode na ochranu obvodu pred prepnutím uzemňovacích a napájacích vodičov, ale dióda spotrebovala 0,7 voltu z 5 voltov, ktoré sú k dispozícii. MOSFET neznižuje žiadne napätie a napriek tomu chráni obvod, ak si pomýlite vodiče.

VYSOKÝ výstup prvej brány NAND prechádza diódou do ďalšej brány NAND a je tiež pripojený k obvodu časového oneskorenia odporu/kondenzátora. Tento obvod udržuje vstup HIGH do druhej brány NAND 4 alebo 5 sekúnd v závislosti od hodnoty odporu a kondenzátora. Toto oneskorenie zabraňuje tomu, aby svetlá tunela blikali a zhasínali, keď je LDR vystavené svetlu medzi prejazdnými autami, a taktiež sa zdá byť rozumným časom, pretože zdržanie poskytne poslednému autu čas na vjazd do tunela alebo výstup z tunela.

Detektor prekážok vo vnútri tunela udrží obvod aktivovaný, pretože monitoruje aj prejazd áut. Tieto detekčné obvody je možné nastaviť tak, aby rozpoznali autá vzdialené len niekoľko palcov a taktiež ich nespúšťa protiľahlá stena tunela.

Ak sa rozhodnete nepripojiť detektor prekážok vo vnútri tunela (krátky tunel alebo ťažký), stačí pripojiť VCC k výstupu na 3 -pólovom konektore detektora prekážok a to udrží na vstupe NAND brány VYSOKÝ signál.

Dve brány NAND slúžia na implementáciu miesta pre RC obvod. Kondenzátor sa zapne, keď je prvá brána NAND VYSOKÁ. Tento signál je vstupom do druhej brány NAND. Keď prvá brána NAND klesne na NÍZKU (všetko čisté), kondenzátor udrží signál do druhej brány NAND VYSOKÝ, zatiaľ čo sa pomaly vybíja cez odpor 1 10 m. Dióda bráni vybíjaniu kondenzátora ako drezu cez výstup brány NAND.

Pretože všetky tri vstupy druhej brány NAND sú prepojené, keď je vstup VYSOKÝ, výstup bude NÍZKY a keď je vstup NÍZKY, výstup bude VYSOKÝ.

Keď je výstup z druhej brány NAND HIGH, tranzistor Q1 sa zapne a rozsvieti sa zelená LED trojvodičová červená/zelená LED. Q2 je tiež zapnutý, ale slúži to iba na vypnutie Q4. Keď je výstup LOW, Q2 sa vypne, čo spôsobí zapnutie Q4 (a tiež Q1 je vypnutý). Tým sa vypne zelená LED, rozsvieti sa červená LED a tiež sa zapnú svetelné diódy tunela.

Krok 2: Obrázky svetelného tunela

Prvý obrázok vyššie ukazuje vlak vstupujúci do tunela so zapnutou stropnou diódou LED.

Druhý obrázok ukazuje LDR zabudovaný v koľajisku a predradníku. Keď motor a autá cestujú po LDR, vrhajú dostatok tieňa na to, aby sa rozsvietili LED diódy tunela. Na každom konci tunela je LED dióda.

Krok 3: Delič napätia brány NAND

Jednotky LDR jednotlivo vytvoria obvod deliča napätia pre každý zo vstupov do brán NAND. Hodnoty odporu LDR sa zvyšujú s poklesom množstva svetla.

Brány NAND logicky určujú, že vstupné napätie 1/2 alebo vyššie v porovnaní so zdrojovým napätím sa považuje za VYSOKÚ hodnotu a vstupné napätie menšie ako 1/2 zdrojového napätia sa považuje za NÍZKY signál.

V schéme sú LDR pripojené k vstupnému napätiu a napätie signálu je brané ako napätie za LDR. Delič napätia je potom tvorený 10k odporom a tiež variabilným 20k potenciometrom. Potenciometer slúži na ovládanie hodnoty vstupného signálu. Pri rôznych svetelných podmienkach môže mať LDR normálnu hodnotu 2 k - 5 k ohmov alebo, ak je na tmavšom mieste rozloženia, môže to byť 10 k - 15 k. Pridanie potenciometra pomáha ovládať predvolené svetelné podmienky.

Predvolená podmienka (žiadny vlak v tuneli alebo sa k nemu približujúci) má nízke hodnoty odporu pre LDR (spravidla 2 k - 5 k ohmov), čo znamená, že vstupy do brán NAND sú považované za VYSOKÉ. Pokles napätia po LDR (za predpokladu vstupu 5v a 5k na LDR a kombinovaných 15k pre odpor a potenciometer) bude 1,25 V, pričom 3,75 V zostane vstupom do brány NAND. Keď sa zvýši odpor LDR, pretože je zakrytý alebo zatienený, VSTUP brány NAND sa zníži.

Keď vlak prejde cez LDR v koľaji, odpor LDR sa zvýši na 20k alebo viac (v závislosti od svetelných podmienok) a výstupné napätie (alebo vstup do brány NAND) klesne na približne 2,14v, čo je menej ako 1/2 zdrojového napätia, ktoré preto zmení vstup zo signálu HIGH na signál LOW.

Krok 4: Spotrebný materiál

1 - 1uf kondenzátor

1 - 4148 signálna dióda

5 - 2p konektory

2 - 3p konektory

1-Mosfet IRF9540N P-ch (alebo SOT-23 IRLML6402)

3 - 2n3904 tranzistory

2 - GL5516 LDR (alebo podobný)

2 - 100 ohmové odpory

Rezistory 2 - 150 ohmov

Odpor 1 - 220 ohmov

2 - 1k odpory

2 - 10k odpory

2 - 20 000 variabilných potenciometrov

1 - 50k odpor

Odpor 1 - 1 - 10 m

1 - CD4023 IC (dvojitý trojitý vstup NAND brány)

1 - 14 kolíková zásuvka

1 - detektor vyhýbania sa prekážkam (takto)

Na doske s plošnými spojmi som použil mosfet IRLM6402 P-ch na malej doske SOT-23. Zistil som, že mosfety SOT-23 p-ch sú lacnejšie ako tvarový faktor T0-92. Buď jeden bude fungovať na doske s plošnými spojmi, pretože vývody sú rovnaké.

Toto všetko je stále v procese rozpracovania a myslím si, že niektoré hodnoty odporu alebo určité vylepšenia je stále možné vykonať!

Krok 5: Doska plošných spojov

Moje prvé pracovné verzie dosky plošných spojov boli vyrobené na doske. Keď sa ukázalo, že koncept funguje, ručne som spájkoval celý obvod, čo môže byť veľmi časovo náročné a spravidla som vždy zapojil niečo nesprávne. Moja súčasná doska s pracovnými obvodmi, ktorá je teraz verziou 3 a obsahuje tri brány NAND (predchádzajúce verzie používali dvojité vstupy NAND brány CD4011) a ako je znázornené na videu, je doska s plošnými spojmi s výstupnými súbormi generovanými Kicadom, ktorý je mojím softvér na modelovanie obvodov.

Na objednanie DPS som použil túto stránku:

V Kanade sú náklady na 5 dosiek nižšie ako 3 doláre. Doprava je spravidla najdrahšou súčasťou. Obvykle si objednám 4 alebo 5 rôznych obvodových dosiek. (Druhá a ďalšie dosky plošných spojov sú zhruba dvojnásobné oproti cene prvých 5). Typické náklady na dopravu (poštou do Kanady z rôznych dôvodov) sú približne 20 dolárov. Keď je doska plošných spojov postavená vopred, takže musím spájkovať súčiastky, je to veľká úspora času!

Tu je odkaz na súbory Gerber, ktoré môžete nahrať na jlcpcb alebo na iných výrobcov prototypov DPS.