Model željezničkih automatskih svjetla za tunele: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

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

Ovo je barem moja treća verzija ploče sa svjetlima za tunele. Osnovni dizajn koji sam otkrio u jednom od projekata knjige Elektronska kola za zlog genija 2E. Ovo je odlična knjiga za učenje! Također sam otkrio koristeći čipove s integriranim krugom, posebno CD4011 četvero ulazne NAND kapije.

Korak 1: Shema kola

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

Postoji jedna zelena/crvena LED dioda za zajedničku anodu (koja će se koristiti na displeju što ukazuje na to da voz zauzima određeni tunel ili se približava tunelu). Zelena će označavati čist tunel, a crvena će označavati zauzeti tunel. Kada je crvena LED lampica uključena, svjetla tunela će također biti uključena.

Kada bilo koji od tri ulaza otkrije stanje signala, izlaz NAND kapije bit će VISOK. Jedini uslov kada je prvi izlaz NAND kapije LOW je pojedinačni uslov kada su svi ulazi VISOKI (svi detektori u podrazumevanom stanju).

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

VISOKI izlaz prve NAND kapije prolazi kroz diodu do sljedeće NAND kapije i također je spojen na krug vremenskog kašnjenja otpornika/kondenzatora. Ovo kolo 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 kada je LDR izložen svjetlu između automobila koji prolaze, a čini se i razumnim vremenom jer će kašnjenje dati posljednjem vremenu automobilu da uđe u tunel ili izađe iz tunela.

Unutar tunela detektor prepreka će držati krug aktiviranim jer nadzire i 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 da ne povezujete 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 kapije.

Dvije NAND kapije koriste se za omogućavanje implementacije RC kruga. Kondenzator se napaja kada je prva NAND kapija VISOKA. Ovaj signal je ulaz na drugu NAND kapiju. Kad prvi NAND ulaz padne (sve je čisto) kondenzator zadržava signal na drugom NAND ulazu VISOKO dok se polako prazni kroz otpornik od 10 m. Dioda sprječava pražnjenje kondenzatora kao sudoper kroz izlaz NAND vrata jedan.

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

Kada je izlaz visok s druge NAND kapije, uključuje se tranzistor Q1 i on uključuje zelenu LED diodu trožilne crvene/zelene diode. Q2 je takođe uključen, ali ovo služi samo da zadrži Q4 isključen. Kad je izlaz LOW, Q2 se isključuje što uzrokuje uključivanje Q4 (a također se isključuje i Q1). Ovim se isključuje zelena LED dioda, pali crvena LED dioda, kao i LED diode svjetla tunela.

Korak 2: Slike svjetla tunela

Prva gornja slika prikazuje voz koji ulazi u tunel sa upaljenom LED diodom iznad glave.

Druga slika prikazuje LDR ugrađen u stazu i balast. Kada motor i automobili putuju preko LDR -a, bacaju dovoljno sjene da aktiviraju tunelske LED diode da se uključe. Na svakom kraju tunela nalazi se LED dioda.

Korak 3: NAND djelitelj napona na vratima

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

NAND kapije logički određuju da se ulazni naponi od 1/2 ili veći u odnosu na izvorni napon smatraju visokom vrijednosti, a ulazni naponi manji od 1/2 napona izvora smatraju se niskim signalom.

Na shemi, LDR -ovi su 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 tamnijoj lokaciji rasporeda, to može biti 10k - 15k. Dodavanje potenciometra pomaže u kontroliranju zadanog svjetlosnog stanja.

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

Kad vlak pređe 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 NAND vrata) će pasti na oko 2,14 V, što je manje od 1/2 napona izvora koji stoga mijenja ulaz iz signala VISOKO u NISKO.

Korak 4: Potrošni materijal

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 varijabilnih potenciometara

1 - 50k otpornik

1 - 1 - 10m otpornik

1 - CD4023 IC (NAND kapije sa dvostrukim trostrukim ulazom)

1 - 14 -polna utičnica

1 - detektor izbjegavanja prepreka (ovako)

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

Ovo je još uvijek u tijeku i mislim da se neke otporničke vrijednosti 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 mnogo vremena i općenito sam uvijek spojio nešto pogrešno. Moja trenutna radna ploča, koja je sada verzija 3 i uključuje trostruka NAND vrata (starije verzije su koristile CD4011 dvostruke NAND kapije), a kako je prikazano u videu, je štampana ploča s izlaznim datotekama koje generira Kicad, što je moj softver za modeliranje kola.

Koristio sam ovu web stranicu za naručivanje PCB -a:

Ovdje u Kanadi cijena 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 skuplje od prvih 5). Uobičajeni troškovi dostave (poštom u Kanadu iz različitih razloga) su oko 20 USD. Predizgradnja ploče tako da samo moram lemiti komponente odlično štedi vrijeme!

Evo veze do Gerber datoteka koje možete postaviti na jlcpcb ili bilo kojeg drugog proizvođača prototipa PCB -a.