דגמי אורות מנהרות אוטומטיים: 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

זהו לוח המעגלים האהוב עלי. פריסת הרכבת המודלנית שלי (עדיין בעיצומה) כוללת מספר מנהרות ולמרות שהיא כנראה לא אב טיפוסית, רציתי שיהיו לי אורות מנהרה שנדלקו כשהרכבת מתקרבת למנהרה. הדחף הראשון שלי היה לקנות ערכה אלקטרונית עם חלקים ונורות, מה שעשיתי. התברר שזו ערכת ארדואינו אבל לא היה לי מושג מה זה ארדואינו. אכן גיליתי. וזה הוביל להרפתקה של לימוד קצת אלקטרוניקה. לפחות מספיק לעשות אורות מנהרה! ובלי ארדואינו.

זוהי לפחות הגרסה השלישית שלי ללוח המעגלים של אורות המנהרה. את העיצוב הבסיסי גיליתי באחד הפרויקטים של הספר מעגלים אלקטרוניים לגאון הרשע 2E. זהו ספר למידה מעולה! גיליתי גם שימוש בשבבי מעגלים משולבים, במיוחד בשערי NAND מסוג CD4011 מרובעי קלט.

שלב 1: סכמטי המעגל

ישנן שלוש כניסות אות למעגל אורות המנהרה. שניים הם כניסות LDR (נגדים תלויי אור) ואחד הוא לוח מעגל גלאי מכשולים אופציונלי. אותות הקלט של התקנים אלה מוערכים באופן לוגי על ידי כניסות שער NAND של ה- CD4023 (שער קלט NAND משולש).

יש נורית אנודה משותפת ירוקה/אדומה (אשר תשמש על לוח התצוגה המציין רכבת כובשת מנהרה מסוימת או מתקרבת למנהרה). הירוק יצביע על מנהרה צלולה והאדום יצביע על מנהרה תפוסה. כאשר הנורית האדומה נדלקת, גם אורות המנהרה יהיו דולקים.

כאשר אחת משלוש הכניסות מזהה מצב אות פלט שער NAND יהיה גבוה. התנאי היחיד כאשר פלט שער NAND הראשון הוא LOW הוא המצב היחיד כאשר כל הכניסות הן HIGH (כל הגלאים במצב ברירת מחדל).

המעגל כולל מסכת P-CH המשמשת להגנה על המעגל מפני חשמל וקרקע. זה יכול לקרות בקלות כאשר מחברים את לוח המעגלים מתחת לשולחן הפריסה. בגרסאות קודמות של הלוח השתמשתי בדיודה במעגל כדי להגן על המעגל מפני החלפת חוטי הקרקע והחשמל, אך הדיודה צרכה.7 וולט מתוך 5 וולט הזמינים. המוספט אינו מוריד מתח ועדיין מגן על המעגל אם אתה טועה בחוטים.

יציאת ה- HIGH של שער ה- NAND הראשון עוברת דרך דיודה לשער ה- NAND הבא ומחוברת גם למעגל עיכוב זמן נגד/קבלים. מעגל זה שומר על כניסת HIGH לשער ה- NAND השני למשך 4 או 5 שניות בהתאם לערך הנגד והקבל. עיכוב זה מונע מאורות המנהרה להבהב ולכבות כאשר ה- LDR נחשף לאור בין מכוניות החולפות וגם נראה פרק זמן סביר שכן העיכוב ייתן למכונית האחרונה זמן להיכנס למנהרה או לצאת מהמנהרה.

בתוך המנהרה גלאי המכשולים ישמור את המעגל מופעל מכיוון שהוא עוקב גם אחר חלוף המכוניות. ניתן להתאים את מעגלי הגלאים האלה לאיתור מכוניות במרחק סנטימטרים ספורים משם וגם לא להיות מופעלים על ידי הקיר הנגדי של המנהרה.

אם תבחר לא לחבר את גלאי המכשולים בתוך המנהרה (מנהרה קצרה או קשה) פשוט חבר את ה- VCC ליציאה במסוף גלאי המכשולים 3 פינים וזה ישמור על אות גבוה על כניסת שער NAND זו.

שני שערים NAND משמשים כדי לאפשר יישום של מעגל ה- RC. הקבל מופעל כאשר שער ה- NAND הראשון הוא HIGH. אות זה הוא הקלט לשער ה- NAND השני. כאשר שער ה- NAND הראשון יורד (הכל ברור) הקבל שומר את האות לשער ה- NAND השני גבוה בזמן שהוא משתחרר לאט דרך הנגד 1 מ '. הדיודה מונעת מהקבל להשתחרר ככיור דרך הפלט של שער NAND אחד.

מכיוון שכל שלוש הכניסות של שער ה- NAND השני קשורות זו לזו, כאשר הקלט הוא גבוה הפלט יהיה נמוך וכאשר הקלט הוא נמוך, הפלט יהיה גבוה.

כאשר הפלט הוא גבוה משער ה- NAND השני, הטרנזיסטור Q1 מופעל וזה מדליק את הנורית הירוקה של שלושת החוטים האדומים/ירוקים. גם Q2 מופעל אבל זה רק משמש לשמירה על Q4. כאשר הפלט נמוך, Q2 כבוי מה שגורם ל- Q4 להידלק (וגם Q1 כבוי). זה מכבה את הלד הירוק, מדליק את הלד האדום וגם מדליק את נוריות האור במנהרה.

שלב 2: תמונות מנהרה אור

התמונה הראשונה למעלה מראה רכבת שנכנסת למנהרה כשהנורית התקורה דולקת.

התמונה השנייה מציגה LDR המוטבע במסלול ובנטל. כאשר המנוע והמכוניות נוסעים מעל ה- LDR הם מטילים מספיק צל כדי להפעיל את נוריות המנהרה להידלק. יש נורית LED בכל קצה המנהרה.

שלב 3: מחלק מתח NAND שער

ה- LDR יוצרים בנפרד מעגל מחלק מתח לכל אחת מהקלטות לשערי NAND. ערכי ההתנגדות לעליית ה- LDR ככל שכמות האור יורדת.

שערי NAND קובעים באופן הגיוני שמתחי כניסה של 1/2 ומעלה בהשוואה למתח המקור נחשבים כערך גבוה ומתחי קלט פחות מ- 1/2 ממתח המקור נחשבים לאות נמוך.

בתרשים, LDRs מתחברים למתח כניסה ומתח האות נלקח כמתח לאחר ה- LDR. מחלק המתח מורכב אז מנגד 10k וגם פוטנציומטר משתנה של 20k. הפוטנציומטר משמש לאפשר שליטה בערך אות הכניסה. עם תנאי אור משתנים LDR עשוי להיות בעל ערך נורמלי של 2k - 5k אוהם או, אם במיקום כהה יותר של הפריסה הוא עשוי להיות 10k - 15k. הוספת הפוטנציומטר עוזרת לשלוט במצב האור המוגדר כברירת מחדל.

למצב ברירת המחדל (אין רכבת במנהרה או מתקרבת אליה) יש ערכי התנגדות נמוכים עבור LDRs (בדרך כלל 2k - 5k אוהם) מה שאומר שהכניסות לשערי NAND נחשבות גבוהות. ירידת המתח לאחר ה- LDR (בהנחה של כניסת 5v ו- 5k ב- LDR ו -15k משולב של הנגד והפוטנציומטר) תהיה 1.25v וישאירו 3.75v כקלט לשער NAND. כאשר ההתנגדות של LDR גדלה מכיוון שהיא מכוסה או מוצלת, הכניסה של שער NAND יורדת.

כאשר הרכבת עוברת מעל ה- LDR במסילה, ההתנגדות של ה- LDR תגדל ל 20k או יותר (תלוי בתנאי התאורה) ומתח המוצא (או הכניסה לשער NAND) יירד לכ- 2.14v שזה פחות מ- מתח מקור 1/2 אשר משנה את הכניסה מאות HIGH לאות LOW.

שלב 4: אספקה

קבל 1 - 1uf

1 - 4148 דיודת אות

מחברים 5 - 2p

מחברים 2 - 3p

1-IRF9540N P-ch mosfet (או SOT-23 IRLML6402)

3 - 2n3904 טרנזיסטורים

2 - GL5516 LDR (או דומה)

נגדים 2 - 100 אוהם

נגדים 2 - 150 אוהם

נגד 1 - 220 אוהם

נגדים 2 - 1k

נגדים 2 - 10k

2 - 20k פוטנציומטרים משתנים

נגד 1 - 50k

נגד 1 - 1 - 10 מ '

1 - CD4023 IC (כניסות כפולות משולשות NAND)

שקע 1 - 14 פינים

1 - גלאי הימנעות ממכשולים (כמו זה)

על הלוח שלי השתמשתי ב- IRLM6402 P-ch mosfet על לוח SOT-23 קטן. גיליתי ש- SOT-23 p-ch mosfets זול יותר מאשר גורם הטופס T0-92. כל אחד מהם יעבוד בלוח המעגלים מכיוון שהסיכורים זהים.

כל זה עדיין נמצא בעיצומה ואני חושב שעדיין ניתן לבצע כמה ערכי הנגד או כמה שיפורים!

שלב 5: לוח ה- PCB

גרסאות העבודה הראשונות שלי של המעגל נעשו על קרש לחם. כאשר הוכח שהרעיון פועל, הלחמתי אז את כל המעגל ביד, מה שיכול לקחת זמן רב ובדרך כלל תמיד חיברתי משהו לא בסדר. לוח המעגל העבודה הנוכחי שלי, שהוא כעת גירסה 3 וכולל את שערי NAND המשולשים (גרסאות קודמות השתמשו בכניסות שער NAND הכפולות CD4011), וכפי שמוצג בסרטון, הוא לוח מודפס עם קבצי פלט שנוצרו על ידי Kicad שהוא שלי תוכנת דוגמנות מעגלים.

השתמשתי באתר זה להזמנת PCB:

כאן בקנדה העלות עבור 5 לוחות היא פחות מ -3 $. המשלוח נוטה להיות המרכיב היקר ביותר. בדרך כלל אני מזמין 4 או 5 מעגלים שונים. (הלוחות השניים ויותר הם בערך כפול ממחירם של 5 הראשונים). עלויות משלוח אופייניות (בדואר לקנדה מסיבות שונות) הן בערך 20 $. לאחר הלוח המעגלי בנוי מראש כך שאני רק צריך להלחם את הרכיבים הוא חיסכון מצוין בזמן!

להלן קישור לקבצי Gerber שתוכל להעלות ל- jlcpcb או לכל אחד מיצרני האב טיפוס האחרים של ה- PCB.