Nízkorozpočtová značka radaru: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Už ste niekedy chceli postaviť vlastnú lacnú radarovú značku rýchlosti? Bývam na ulici, kde autá jazdia príliš rýchlo, a bojím sa o bezpečnosť svojich detí. Myslel som si, že by bolo oveľa bezpečnejšie, keby som mohol nainštalovať vlastnú radarovú značku rýchlosti, ktorá zobrazuje rýchlosť, aby som mohol prinútiť vodičov spomaliť. Skúsil som online kúpiť radarovú rýchlostnú značku, ale zistil som, že väčšina značiek stojí viac ako 1 000 dolárov, čo je dosť drahé. Tiež nechcem absolvovať dlhý proces inštalácie nápisu v meste, pretože som počul, že ich to môže stáť viac ako 5 000-10 000 dolárov. Namiesto toho som sa rozhodol postaviť lacné riešenie sám a ušetriť. nejaké peniaze a pritom sa zabaviť.

Objavil som OmniPreSense, ktorý ponúka lacný modul radarového senzora krátkeho dosahu, ktorý je ideálny pre moju aplikáciu. Formát modulu DPS je veľmi malý, má iba 2,1 x 2,3 x 0,5 palca a hmotnosť iba 11 g. Elektronika je samostatná a plne integrovaná, takže nie sú k dispozícii žiadne elektrónky, objemná elektronika ani potreba veľkého množstva energie. Dosah veľkého predmetu, akým je auto, je 50 až 100 stôp (15 až 30 m). Modul vykonáva všetky merania rýchlosti, spracováva všetky spracovanie signálu a potom jednoducho odosiela surové údaje o rýchlosti cez port USB. Na príjem údajov používam nízkonákladový Raspberry Pi (alebo Arduino alebo čokoľvek iné, čo má port USB). S trochou kódovania python a niekoľkými veľkými lacnými LED diódami namontovanými na doske môžem zobraziť rýchlosť. Moja zobrazovacia doska môže byť pripevnená k stĺpu na okraji cesty. Pridaním značky s nápisom „Rýchlosť kontrolovaná radarom“nad displej má teraz k dispozícii vlastnú radarovú značku rýchlosti, ktorá púta pozornosť vodičov a spomaľuje ich! To všetko za menej ako 500 dolárov!

Krok 1: Materiály a nástroje

• 1 OPS241-Radarový snímač krátkeho dosahu
• 1 držiak OPS241-A (3D tlač)
• 1 Raspberry Pi Model B v1.2
• 1 5V microUSB napájací zdroj
• 1 Rhino Model AS-20 110V až 12V/5V 4-pinový napájací zdroj molex a napájací kábel
• 1 Svorkovnica 3pólová zvislá, stredy 5,0 mm
• 1 kábel micro USB na štandardný USB
• 4 Rozpery, skrutky, matice
• 1 Skriňa rozvádzača a pokovovaná doska plošných spojov
• 4 Montážne skrutky do plošného spoja
• 3 odpory 1/8W 330ohm
• 3 tranzistor NTE 490 FET
• 1 NTE 74HCT04 Integrovaný vysokorýchlostný hexadvertér CMOS TTL
• 1 mini chlebová doska OSEPP s lepiacou podložkou
• 2 0,156”kolíkový štvorcový drôtový kolík, 8 obvodov
• 20 6”prémiové prepojovacie vodiče F/F 22AWG
• 1 drevená montážna doska 1 x 12 x 24 palcov
• 1 Čierna farba v spreji
• 2 7segmentový displej Sparkfun - 6,5 palca (červený)
• 2 veľká číslicová doska vodiča Sparkfun (SLDD)
• 1 Značka „Rýchlosť kontrolovaná radarom“

Krok 2: Plánovanie podlahy dosky plošných spojov elektroniky

Začal som s hlavným ovládacím hardvérom, ktorým je Raspberry Pi. Predpokladom je, že už máte Raspberry Pi s OS a máte skúsenosti s kódovaním Pythonu. Raspberry Pi ovláda radarový snímač OPS241-A a prijíma hlásené informácie o rýchlosti. Ten sa potom prevedie na zobrazenie na veľkom 7-segmentovom displeji LED.

a. Chcem umiestniť všetky elektrické súčiastky okrem radarového senzora a LED displejov na jednu uzavretú dosku plošných spojov elektroniky namontovanú na zadnej strane dosky displeja. To udrží dosku mimo dohľadu a v bezpečí pred živlami. Týmto spôsobom musia len dva káble viesť zo zadnej strany dosky dopredu. Jeden kábel je kábel USB, ktorý napája modul OPS241-A a prijíma údaje o nameranej rýchlosti. Druhý kábel poháňa 7-segmentový displej.

b. Doska plošných spojov musí umožniť dostatok priestoru pre Raspberry Pi, ktoré zaberá väčšinu plochy. Tiež sa musím uistiť, že po inštalácii budem mať ľahký prístup k viacerým jeho portom. Porty, ku ktorým potrebujem prístup, sú port USB (údaje o rýchlosti modulu OPS241-A), ethernetový port (PC rozhranie na vývoj/ladenie kódu Python), port HDMI (zobrazenie okna Raspberry Pi a ladenie/vývoj) a port micro USB (5V napájanie pre Raspberry Pi).

c. Na zabezpečenie prístupu k týmto portom sú v kryte vyrezané otvory, ktoré zodpovedajú umiestneniu portov na Raspberry Pi.

d. Ďalej musím nájsť miesto pre dosku na chlieb, ktorá obsahuje diskrétne elektronické súčiastky na poháňanie diód LED. Toto je druhá najväčšia položka. Okolo neho musí byť dostatok miesta, aby som k nemu mohol prepojiť káble z Raspberry Pi a vysielať signály do záhlavia na ovládanie LED diód. V ideálnom prípade, keby som mal viac času, spájkoval by som komponenty a vodiče priamo na dosku plošných spojov namiesto použitia nepájivej dosky, ale na moje účely je to dosť dobré.

e. Plánujem mať záhlavie ovládača displeja vedľa dosky na kraji dosky plošných spojov, aby som udržal krátke dĺžky vodičov, a tiež aby som vyrezal dieru v kryte a zapojil kábel do konektora.

f. Nakoniec nechávam na doske plošných spojov miesto pre napájací blok. Systém vyžaduje 5 V pre radiče úrovní a ovládač displeja a 12 V pre diódy LED. K napájaciemu bloku pripojím štandardný napájací konektor 5V/12V, potom smerujem silové signály z bloku na nepájivú dosku a LED záhlavie. Do krytu som vyrezal otvor, aby som k napájaciemu konektoru mohol pripojiť napájací kábel 12V/5V.

g. Takto vyzerá konečný pôdorys elektroniky PCB (bez krytu):

Krok 3: Montáž Raspberry Pi

Svoj Raspberry Pi som namontoval na dierovanú a pokovovanú dosku plošných spojov pomocou 4 rozperiek, skrutiek a matíc. Rád používam pokovovanú dosku plošných spojov, aby som v prípade potreby mohol spájkovať súčiastky a vodiče.

Krok 4: Radiče úrovne signálu LED

Každý GPIO Raspberry Pi môže napájať maximálne 3,3 V. LED displej však vyžaduje riadiace signály 5V. Preto som potreboval navrhnúť jednoduchý, lacný obvod na posunutie riadiacich signálov Pi z 3,3 V na 5 V. Obvod, ktorý som použil, pozostáva z 3 diskrétnych tranzistorov FET, 3 diskrétnych rezistorov a 3 integrovaných meničov. Vstupné signály pochádzajú z GPIO Raspberry Pi a výstupné signály sú smerované do záhlavia, ktoré je prepojené káblom z diód LED. Tri signály, ktoré sú konvertované, sú GPIO23 na SparkFun LDD CLK, GPIO4 na SparkFun LDD LAT a SPIO5 na SparkFun LDD SER.

Krok 5: Veľký LED sedemsegmentový displej

Na zobrazenie rýchlosti som použil dve veľké LED diódy, ktoré som našiel na SparkFun. Sú vysoké 6,5 a mali by byť dobre čitateľné z dobrej vzdialenosti. Aby boli čitateľnejšie, použil som modrú pásku na prekrytie bieleho pozadia, aj keď čierna farba môže poskytovať väčší kontrast.

Krok 6: Doska ovládača LED

Každá LED dióda vyžaduje sériový posuvný register a západku na držanie riadiacich signálov z Raspberry Pi a pohon LED segmentov. SparkFun má na to tu veľmi dobrý zápis. Raspberry Pi odosiela sériové údaje na sedemsegmentové LED displeje a riadi načasovanie západky. Dosky ovládačov sú namontované na zadnej strane diódy LED a nie sú spredu viditeľné.

Krok 7: Montáž radarového modulu OPS241-A

Radarový snímač OPS241-A je zašitý do 3D tlačeného držiaka, ktorý mi vyrobil priateľ. Alternatívne som to mohol priamo zaskrutkovať do dosky. Radarový senzor je namontovaný na prednej strane dosky vedľa diód LED. Senzorový modul je namontovaný tak, aby boli antény (zlaté škvrny na vrchu dosky) namontované vodorovne, aj keď podľa špecifikačného listu je vzor antény dosť symetrický v horizontálnom aj vertikálnom smere, takže otočiť ho o 90 ° by bolo pravdepodobne v poriadku. Keď je radarový senzor namontovaný na telefónny stĺp, je otočený smerom von po ulici. Skúšalo sa niekoľko rôznych výšok a zistilo sa, že je to najlepšie asi 6 m (2 m). Akákoľvek vyššia a navrhoval by som prípadne nakloniť dosku trochu nadol.

Krok 8: Pripojenie napájania a signálu

Znamenie má dva zdroje energie. Jedným z nich je prerobený napájací zdroj pevného disku, ktorý poskytuje napätie 12 V aj 5 V. 7-segmentový displej vyžaduje 12 V pre diódy LED a úrovne signálu 5 V. Doska meniča odoberá signály 3,3 V z Raspberry Pi a úroveň ich posúva na 5 V pre displej, ako je uvedené vyššie. Druhým zdrojom napájania je štandardný 5V USB adaptér pre mobilné telefóny alebo tablety s mikro konektorom USB pre Raspberry Pi.

Krok 9: Konečná montáž

Aby držal radarový snímač, diódy LED a riadiacu dosku, bolo všetko namontované na kus dreva 12”x 24” x 1 “. LED diódy boli namontované na prednej strane spolu s radarovým snímačom a riadiacou doskou v jeho kryte na zadná strana. Drevo bolo natreté čiernou farbou, aby sa zlepšila čitateľnosť diód LED. Napájacie a riadiace signály pre diódy LED boli vedené dierou v dreve za diódami LED. Radarový snímač bol namontovaný na prednej strane vedľa diód LED. Napájací a riadiaci kábel USB pre radarový senzor bol prevlečený cez vrch k drevenej doske. Pár otvorov v hornej časti dosky so zaväzovacími páskami poskytovalo prostriedky na pripevnenie dosky na telefónny stĺp vedľa položky „Rýchlosť kontrolovaná Radar “.

Doska ovládača bola priskrutkovaná k zadnej strane dosky spolu s napájacím adaptérom.

Krok 10: Python kód

Na spojenie systému bol použitý Python bežiaci na Raspberry Pi. Kód sa nachádza na GitHub. Hlavnými časťami kódu sú konfiguračné nastavenia, údaje načítané cez sériový port USB z radarového senzora, prevádzanie údajov o rýchlosti na displej a ovládanie časovania displeja.

Predvolená konfigurácia radarového senzora OPS241-A je v poriadku, ale zistil som, že na konfiguráciu spustenia bolo potrebných niekoľko úprav. Zahŕňali zmenu z hlásenia m/s na mph, zmenu vzorkovacej frekvencie na 20 ks/s a úpravu nastavenia squelch. Vzorkovacia frekvencia priamo určuje maximálnu rýchlosť, ktorú je možné nahlásiť (139 mph), a rýchlosť hlásenia urýchľuje.

Kľúčovým učením je nastavenie hodnoty squelch. Pôvodne som zistil, že radarový senzor nezachytil autá na veľmi veľkú vzdialenosť, možno iba 5 až 10 metrov. Myslel som si, že som mohol mať radarový senzor nastavený príliš vysoko, pretože bol umiestnený asi 7 stôp nad ulicou. Zdá sa, že zníženie až na 4 stopy nepomáha. Potom som v dokumente API videl nastavenie squelch a zmenil som ho na najcitlivejšie (QI alebo 10). Vďaka tomu sa rozsah detekcie výrazne zvýšil na 10-30 metrov.

Prevzatie údajov cez sériový port a preklad na odoslanie do diód LED bolo celkom jednoduché. Pri rýchlosti 20 k / s sa údaje o rýchlosti uvádzajú približne 4 až 6 krát za sekundu. Je to trochu rýchle a nie je dobré, aby sa displej tak rýchlo menil. Bol pridaný ovládací kód displeja, aby sa vyhľadala najvyššia zaznamenaná rýchlosť každú sekundu a potom sa zobrazilo toto číslo. Nahlásenie čísla spôsobí jednosekundové zdržanie, ale je to v poriadku alebo sa to dá ľahko upraviť.

Krok 11: Výsledky a vylepšenia

Urobil som si vlastné testovanie, keď som prešiel autom okolo neho pri stanovených rýchlostiach a hodnoty relatívne dobre zodpovedali mojej rýchlosti. Spoločnosť OmniPreSense uviedla, že modul testovali a môže prejsť rovnakým testom, akým prejde štandardná policajná radarová pištoľ s presnosťou 0,5 mph.

Keď to zhrniem, bol to skvelý projekt a príjemný spôsob, ako zaistiť bezpečnosť pre moju ulicu. Existuje niekoľko vylepšení, ktoré môžu byť ešte užitočnejšie, na ktoré sa pozriem v následnej aktualizácii. Prvým je nájdenie väčších a jasnejších LED diód. V dátovom liste sa uvádza, že ide o 200-300 mcd (millicandela). Je určite potrebné niečo vyššie, pretože slnko sa ľahko vymývalo a pozeralo sa na ne za denného svetla. Alternatívne môže tienenie okolo okrajov diód LED zabrániť slnečnému žiareniu.

Ak bude toto riešenie zverejnené natrvalo, bude potrebná odolnosť voči počasiu. Našťastie je to radar a signály budú ľahko prechádzať plastovým krytom, stačí nájsť ten správny rozmer, ktorý je tiež vodotesný.

Nakoniec by bolo pridanie modulu kamery k Raspberry Pi na fotografovanie kohokoľvek, kto prekročí maximálnu povolenú rýchlosť na našej ulici, skutočne skvelé. Mohol by som to posunúť ďalej tým, že by som využil palubné WiFi a poslal by som upozornenie a obrázok idúceho auta. Pridanie časovej pečiatky, dátumu a zistenej rýchlosti do obrázka by skutočne skončilo. Možno existuje dokonca aj jednoduchá aplikácia, ktorá môže pekne prezentovať informácie.