Модел на железопътни автоматични тунелни светлини: 5 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Това е любимата ми платка. Моят модел на железопътна линия (все още в ход) има редица тунели и въпреки че вероятно не е прототип, исках да имам тунелни светлини, които да се включват, когато влакът се приближава до тунела. Първият ми импулс беше да си купя електронен комплект с части и светодиоди, което направих. Оказа се, че е комплект Arduino, но нямах представа какво е Arduino. Разбрах. И това доведе до приключение да научите малко електроника. Поне достатъчно, за да направите тунелни светлини! И без Arduino.

Това е поне третата ми версия на платката за тунелни светлини. Основният дизайн, който открих в един от проектите на книгата Electronic Circuits for the Evil Genius 2E. Това е страхотна учебна книга! Също така открих, използвайки чипове с интегрална схема, по -специално CD4011 четворни входни NAND порти.

Стъпка 1: Схемата на веригата

Има три сигнални входа към веригата на тунелните светлини. Два са LDR входа (резистори, зависими от светлината), а единият е допълнителна платка за детектор на препятствия. Входните сигнали на тези устройства се оценяват логически от входовете на NAND порта на CD4023 (тройни входни NAND порти).

Има един зелен/червен общ аноден светодиод (който ще се използва на дисплея, показващ, че влак заема определен тунел или се приближава към тунела). Зеленото ще показва чист тунел, а червеното ще показва зает тунел. Когато червеният светодиод свети, тунелните светлини също ще светнат.

Когато някой от трите входа открие състояние на сигнала, изходът на NAND порта ще бъде ВИСОК. Единственото условие, когато първият изход на NAND порта е LOW, е единичното условие, когато всички входове са HIGH (всички детектори при състояние по подразбиране).

Веригата включва P-CH MOSFET, който се използва за защита на веригата от неправилно захранване и заземяване. Това може лесно да се случи, когато окабелявате платката под таблицата за оформление. В предишните версии на платката използвах диод във веригата, за да предпазя веригата от превключване на заземяването и захранващите проводници, но диодът консумира.7 волта от наличните 5 волта. MOSFET не изпуска никакво напрежение и все още защитава веригата, ако сгрешите проводниците.

ВИСОКИЯТ изход на първата NAND порта преминава през диод към следващата NAND порта и също е свързан към верига за забавяне на резистор/кондензатор. Тази схема поддържа HIGH входа към втория NAND порта за 4 или 5 секунди в зависимост от стойността на резистора и кондензатора. Това забавяне предотвратява включването и изключването на тунелните светлини, когато LDR е изложено на светлина между преминаващите автомобили и също така изглежда разумен период от време, тъй като забавянето ще даде на последната кола време да влезе в тунела или да излезе от тунела.

Вътре в тунела детекторът за препятствия ще поддържа веригата активирана, тъй като следи и преминаването на автомобилите. Тези вериги на детектори могат да се регулират така, че да забелязват автомобили само на няколко сантиметра разстояние и също така да не се задействат от противоположната стена на тунела.

Ако решите да не свързвате детектора за препятствия вътре в тунела (къс тунел или труден), просто свържете VCC към изхода на 3 -пиновия терминал за детектор на препятствия и това ще поддържа ВИСОК сигнал на този вход на NAND порта.

Две NAND порта се използват, за да позволят място за RC веригата да бъде реализирано. Кондензаторът се захранва, когато първият NAND порта е ВИСОК. Този сигнал е вход за втория NAND порта. Когато първият NAND порта се понижи (всичко е ясно) кондензаторът запазва сигнала към втория NAND порта HIGH, докато бавно се разрежда през 1 10 m резистор. Диодът предотвратява разреждането на кондензатора като мивка през изхода на NAND порта 1.

Тъй като и трите входа на втория NAND порта са свързани заедно, когато входът е HIGH, изходът ще бъде LOW, а когато входът е LOW, изходът ще бъде HIGH.

Когато изходът е ВИСОК от втората порта NAND, транзисторът Q1 се включва и това включва зеления светодиод на трижилния червен/зелен светодиод. Q2 също е включен, но това служи само за запазване на Q4. Когато изходът е НИСКИ, Q2 се изключва, което кара Q4 да се включи (а също и Q1 се изключва). Това изключва зеления светодиод, включва червения светодиод и също така включва светодиодите на тунелната светлина.

Стъпка 2: Тунелни светлинни изображения

Първото изображение по -горе показва влак, влизащ в тунела с включен светодиод.

Второто изображение показва LDR, вграден в пистата и баласта. Когато двигателят и автомобилите пътуват над LDR, те хвърлят достатъчно сянка, за да задействат включването на тунелните светодиоди. В двата края на тунела има светодиод.

Стъпка 3: Делител на напрежение на порта NAND

LDR индивидуално създават делителна верига на напрежение за всеки от входовете на NAND портите. Стойностите на съпротивлението на LDR се увеличават с намаляване на количеството светлина.

Входовете NAND логически определят, че входното напрежение 1/2 или по -голямо в сравнение с напрежението на източника се счита за ВИСОКА стойност, а входното напрежение, по -малко от 1/2 от напрежението на източника, се счита за НИСКИ сигнал.

В схемата LDR са свързани към входното напрежение и напрежението на сигнала се приема като напрежението след LDR. След това разделителят на напрежението се състои от 10k резистор и също променлив 20k потенциометър. Потенциометърът се използва за контрол на стойността на входния сигнал. При различни условия на осветеност LDR може да има нормална стойност от 2k - 5k ohms или, ако на по -тъмно място на оформлението може да бъде 10k - 15k. Добавянето на потенциометъра помага за контролиране на светлинното състояние по подразбиране.

Условието по подразбиране (без влак или приближаващ се тунел) има ниски стойности на съпротивление за LDR (обикновено 2k - 5k ома), което означава, че входовете към NAND портите се считат за ВИСОКИ. Спадът на напрежението след LDR (ако приемем 5v вход и 5k на LDR и комбинирани 15k за резистора и потенциометъра) ще бъде 1.25v, оставяйки 3.75v като вход към порта NAND. Когато съпротивлението на LDR се увеличи, защото е покрито или засенчено, INPUT на порта NAND намалява.

Когато влакът премине през LDR в коловоза, съпротивлението на LDR ще се увеличи до 20k или повече (в зависимост от условията на осветление), а изходното напрежение (или входът към порта NAND) ще падне до около 2.14v, което е по -малко от 1/2 напрежение на източника, което следователно променя входа от сигнал HIGH на LOW.

Стъпка 4: Консумативи

1 - 1uf кондензатор

1 - 4148 сигнален диод

5 - 2p конектори

2 - 3p конектори

1-IRF9540N P-ch MOSFET (или SOT-23 IRLML6402)

3 - 2n3904 транзистори

2 - GL5516 LDR (или подобен)

2 - 100 ома резистори

2 - 150 ома резистори

Резистор 1 - 220 ома

2 - 1k резистори

2 - 10k резистори

2 - 20k променливи потенциометри

1 - 50k резистор

1 - 1 - 10m резистор

1 - CD4023 IC (двоен тройно вход NAND порта)

1 - 14 пинов контакт

1 - детектор за избягване на препятствия (като този)

На моята платка съм използвал IRLM6402 P-ch MOSFET на малка платка SOT-23. Установих, че SOT-23 p-ch MOSFET е по-евтин от форм-фактора T0-92. И двете ще работят в платката, тъй като изводите са еднакви.

Всичко това все още се работи и мисля, че все още могат да се направят някои стойности на резистора или някои подобрения!

Стъпка 5: Печатната платка

Първите ми работни версии на платката бяха направени на макет. Когато беше доказано, че концепцията работи, тогава ръчно запоявах цялата верига, което може да отнеме много време и обикновено винаги свързвах нещо нередно. Моята текуща работна платка, която сега е версия 3 и включва тройните NAND порта (по -ранните версии използваха входовете за двойни NAND порта на CD4011) и както е показано във видеото, е печатна платка с изходни файлове, генерирани от Kicad, който е моят софтуер за моделиране на вериги.

Използвах този сайт за поръчка на печатни платки:

Тук в Канада цената за 5 дъски е по -малко от $ 3. Доставката е най -скъпият компонент. Обикновено ще поръчам 4 или 5 различни платки. (Втората и повече платки са около двойно по -висока от цената на първите 5). Типичните разходи за доставка (по пощата до Канада по различни причини) са около 20 долара. Предварително изградената платка, така че просто трябва да запоя в компонентите, е голяма икономия на време!

Ето връзка към Gerber файловете, които можете да качите в jlcpcb или към някой от другите производители на прототипи на печатни платки.