Spätný parkovací asistent v garáži pomocou existujúceho bezpečnostného senzora a analógového obvodu: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Mám podozrenie, že mnoho vynálezov v histórii ľudstva bolo vyrobených kvôli sťažujúcim sa manželkám. Práčka a chladnička sa určite javia ako životaschopní kandidáti. Môj malý „vynález“popísaný v tomto návode je elektronický parkovací asistent v garáži, ktorý je tiež výsledkom (áno, uhádli ste) správnych sťažností.:)

Rád parkovám svoje auto v našej garáži v opačnom smere, aby som ráno mohol rýchlo vyjsť. Ak to zaparkujem príliš ďaleko, moja žena je nešťastná z úzkeho priechodu k dverám domu. Ak ho zaparkujem dostatočne ďaleko, potom predný nárazník stojí v ceste diaľkovo ovládaným garážovým bránam. Ideálnym miestom je mať predný nárazník 1 až 2 palce od zatvorených dverí, čo je dosť ťažké dosiahnuť zakaždým.

Prirodzene, najjednoduchším riešením je klasická tenisová loptička na šnúrke visiacej zo stropu. Iste, išlo by to, ale kde je zábava? Pre elektronického nadšenca, akým som ja, je prvá myšlienka postaviť obvod! Existuje najmenej tucet návodov popisujúcich garážový diaľkomer na základe ultrazvukového senzora, Arduina a nejakého druhu svetelného signálu pomocou diód LED. Preto, aby to bolo zaujímavejšie, rozhodol som sa pre alternatívne riešenie, ktoré využíva existujúci bezpečnostný snímač cúvania, ktorý je neoddeliteľnou súčasťou automatických garážových brán vyrábaných spoločnosťou LiftMaster. Nasledujúce video vysvetľuje, ako to funguje a ušetrí mi veľa písania.

Prijímač senzora signalizuje „všetko čisté“v okamihu, keď predný nárazník prestane pretínať infračervený lúč. Perfektné! Jediné, čo musím urobiť, je zachytiť tento signál, však? Ľahšie sa to hovorí, ako robí …

(Zrieknutie sa zodpovednosti: Pokračovaním k ďalšiemu kroku potvrdzujete, že sa vyznáte v elektronike a ste si dobre vedomí toho, že tento projekt pohráva s existujúcim bezpečnostným vybavením. Funguje to správne, ak je vykonané správne, ale ak niečo pokazíte, riskujete uvedenie uvedeného bezpečnostné zariadenie je neúčinné. Postupujte na vlastné riziko, nezodpovedám za žiadne škodlivé účinky, ako sú napríklad mŕtvi/zranení domáci miláčikovia, deti atď., ktoré vzniknú pri implementácii tohto pokynu.)

Krok 1: Problém 1: Ako zachytiť a využiť signál z bezpečnostného senzora LiftMaster?

Keď je dráha infračerveného (IR) lúča medzi vysielačom a prijímačom voľná, prijímač vyšle cez dvojicu drôtov signál so štvorcovou vlnou 156 Hz, ako je znázornené na prvom obrázku. V jednej perióde nasleduje 6,5 ms s výškou ~ 6 V a nie viac ako 0,5 ms s nízkou hodnotou ~ 0 V (druhý a tretí obrázok). Keď sa infračervený lúč stretne s prekážkou, prijímač nevysiela žiadny signál a vedenie zostáva pri napájacom napätí vysoko (štvrtý obrázok). Je zaujímavé, že napájanie vysielača a prijímača, ako aj signálu prijímača, pochádza z jedného páru terminálov v zadnej časti otvárača LiftMaster (piaty obrázok).

Podstatou tohto problému teda je, ako detekovať signál štvorcovej vlny na 1. obrázku z jednosmerného signálu na obrázku 4. Nie je potrebné koleso znova objavovať, pretože tento problém vyriešili iní s obvodom chýbajúceho detektora impulzov. Existuje mnoho implementácií; Vybral som jeden z tejto stránky Okruh dnes a mierne som ho upravil, ako je znázornené na piatom obrázku. Pôvodná stránka podrobne popisuje svoje princípy fungovania. Stručne povedané, časovač NE555 pracujúci v monostabilnom režime udrží svoj výstupný kolík vysoko, pokiaľ je perióda prichádzajúcej štvorcovej vlny (pripojená k TRIGGER) kratšia ako časový interval na kolíkoch THRESHOLD+DISCHARGE. Ten závisí od hodnôt R1 a C2. Jednosmerné napätie na TRIGGERi umožní C2 nabíjať nad prahovú hodnotu a kolík OUTPUT sa zníži. Problém je vyriešený!

Krok 2: Problém 2: Ako vizuálne indikovať stav kolíka OUTPUT časovača?

Nie je to zbytočné: použite LED diódu. Vypnite ho, keď je infračervený lúč neporušený a VÝSTUP je vysoký (čo sa stáva 99,999% času), a zapnite ho, keď je lúč prerušený a VÝSTUP je nízky. Inými slovami, invertujte výstupný signál na napájanie diódy LED. Najjednoduchší prepínač tohto druhu, IMHO, používa P-kanálový tranzistor MOSFET, ako je znázornené na obrázku vyššie. OUTPUT časovača je pripojený k jeho bráne. Pokiaľ je vysoký, tranzistor je v režime vysokej impedancie a LED dióda nesvieti. A naopak, nízke napätie na bráne umožní tok prúdu. Vyťahovací odpor R4 zaisťuje, že brána nikdy nezostane visieť a zostane v preferovanom stave. Problém je vyriešený!

Krok 3: Problém 3: Ako napájať doteraz popísaný obvod?

Detektor chýbajúcich impulzov zobrazený v kroku 1 potrebuje stabilné jednosmerné napájacie napätie. Môžem použiť batérie alebo si kúpiť vhodný adaptér AC/DC. Meh, príliš veľa problémov. Čo tak použiť samotné napájanie bezpečnostného senzora od LiftMaster? Problém je v tom, že prenáša signál IR prijímača, ktorý nie je „stabilný“ani „DC“. Dá sa však správne filtrovať a vyhladiť pomocou veľmi jednoduchého obvodu uvedeného vyššie. Veľký 1 mF elektrolytický kondenzátor je dostatočne dobrý filter a pripojená dióda zaisťuje, že sa pri slabom signále nevybije späť. Problém je vyriešený!

Ide o to, aby ste z LiftMaster neodoberali príliš veľa prúdu, inak by mohla byť ohrozená prevádzka bezpečnostného senzora. Z tohto dôvodu som nepoužil štandardný časovač NE555, ale jeho klon CMOS TS555 s veľmi nízkou spotrebou energie.

Krok 4: Problém 4: Ako dať dohromady všetky súčasti?

Ľahko; pozri celý obvod vyššie. Tu je zoznam dielov, ktoré som použil:

• U1 = Jednosmerný časovač CMOS TS555 s nízkym výkonom od spoločnosti STMicroelectronics.
• M1 = P-kanálový tranzistor MOSFET IRF9Z34N.
• Q1 = PNP BJT tranzistor BC157.
• D1 = dióda 1N4148.
• D2 = žltá LED, typ neznámy.
• C1 = 10 nF keramický kondenzátor.
• C2 = 10 uF elektrolytický kondenzátor.
• C3 = 1 mF elektrolytický kondenzátor.
• R1 a R2 = odpory 1 k-ohm.
• R3 = odpor 100 ohmov.
• R4 = odpor 10 k-ohm.

Pri napájaní 5,2 V spotrebuje vyššie uvedený obvod iba ~ 3 mA, keď LED nesvieti, a ~ 25 mA, keď je zapnutý. Odber prúdu je možné ďalej znížiť na ~ 1 mA zmenou R1 na 100 k-ohm a C2 na 100 nF. Ďalšie zvýšenie odporu a zníženie kapacity obmedzené na udržanie konštantného RC produktu (= 0,01) neznižuje prúd.

Rezistor LED a R3 som umiestnil do roztomilého plechu Altoids a pribil som ho na stenu. Z nej som prešiel dlhým káblom až k otváraču LiftMaster na strope. Obvod vodiča bol spájkovaný na doske na všeobecné použitie a umiestnený do roztomilej krabičky, ktorú som dostal od spoločnosti Adafruit. Krabica je pripevnená k rámu zariadenia LiftMaster a dvojica napájacích vodičov je pripevnená k svorkám bezpečnostného senzora.

Pri cúvaní auta do garáže zastavím, hneď ako zhasne LED dióda. Výsledkom je dokonalé zarovnanie, ako je znázornené na poslednom obrázku. Problém je vyriešený!

Krok 5: Dodatok: Ľahší, aj keď nie svetlejší parkovací asistent:)

10 dní po tom, čo bol tento návod prvýkrát uverejnený, som postavil vodiace parkovacie svetlo pre svoju druhú garážovú bránu. Tu stojí za zmienku, pretože som urobil malé vylepšenia v návrhu obvodu. Pozrite sa na prvý obrázok. Najprv som sa rozhodol pre možnosť nižšieho prúdu pre RC pár popísaný v predchádzajúcom kroku, kde nízka kapacita 100 nF zodpovedá vyššiemu odporu 100 k-ohm. Ďalej som odstránil tranzistor PMOS a zdvíhací odpor 10 k-ohm a uzemnenie LED pripojil priamo na pin OUTPUT TS555. Je to možné, pretože predmet v dráhe infračerveného lúča prináša nízke VÝSTUPNÉ napätie, čím sa účinne rozsvieti LED dióda. Za toto zjednodušenie sa však platí. S prítomnosťou PMOS som sa nemusel starať o prúd LED: IRF9Z34N môže trvať 19 A, takže LED dióda môže svietiť tak jasne, ako chcem. VÝSTUPNÝ kolík TS555 môže klesnúť iba o 10 mA, preto som musel párovať LED s vyšším odporom 220 ohmov, čo znižovalo jeho jas. Je stále dobre viditeľný, ako ukazuje štvrtý obrázok, takže mi to funguje. Zoznam dielov pre tento dizajn je nasledujúci:

• U3 = Jednosmerný časovač CMOS TS555 s nízkym výkonom od spoločnosti STMicroelectronics.
• Q3 = PNP BJT tranzistor BC157.
• D5 = dióda 1N4148.
• D6 = žltá LED, typ neznámy.
• C7 = 10 nF keramický kondenzátor.
• C8 = keramický kondenzátor 100 nF.
• C9 = 1 mF elektrolytický kondenzátor.
• R9 = odpor 100 k-ohm.
• R10 = odpor 1 k-ohm.
• R11 = odpor 220 ohmov.

Obvod spotrebúva 1 mA a 12 mA vo vypnutom a zapnutom stave.