שלט מהירות מכ"ם בעלות נמוכה: 11 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

האם אי פעם רצית לבנות תמרור מהירות מכ"ם בעלות נמוכה משלך? אני גר ברחוב שבו מכוניות נוסעות מהר מדי, ואני דואג לבטיחות הילדים שלי. חשבתי שזה יהיה הרבה יותר בטוח אם אוכל להתקין שלט מהירות מכ"ם משלי שמציג את המהירות כדי שאוכל לגרום לנהגים להאט. בדקתי באינטרנט לקנות שלט למהירות מכ"ם, אך גיליתי שרוב השלטים עולים יותר מ -1,000 $, וזה די יקר. אני גם לא רוצה לעבור את התהליך הארוך של התקנת העיר שלט, מכיוון ששמעתי שזה יכול לעלות להם למעלה מ- $ 5, 000-10, 000. במקום זאת החלטתי לבנות פתרון בעלות נמוכה בעצמי, ולחסוך קצת כסף תוך קצת כיף.

גיליתי את OmniPreSense המציע מודול חיישן מכ"ם לטווח קצר בעלות נמוכה, אידיאלי ליישום שלי. גורם הצורה של מודול ה- PCB קטן מאוד בגודל 2.1 x 2.3 x 0.5 אינץ 'בלבד, ומשקלו 11 גרם בלבד. האלקטרוניקה עצמית ומשולבת במלואה, כך שאין צינורות חשמל, אלקטרוניקה מגושמת או צורך בהרבה כוח. הטווח של אובייקט גדול כמו מכונית הוא 15 עד 30 מטר. המודול מבצע את כל מדידות המהירות, מטפל בכל עיבוד האותות ולאחר מכן פלט את נתוני המהירות הגולמית דרך יציאת ה- USB שלו. אני משתמש ב- Raspberry Pi בעלות נמוכה (או Arduino, או כל דבר אחר שיש לו יציאת USB) כדי לקבל את הנתונים. עם קצת קידוד פייתון וכמה נוריות גדולות בעלות נמוכה המותקנות בלוח, אני יכול להציג את המהירות. ניתן להצמיד את לוח התצוגה שלי על מוט בצד הדרך. על ידי הוספת שלט שעליו כתוב "מהירות נבדקת על ידי RADAR" מעל לתצוגה, יש לי כעת שלט מהירות מכ"ם משלי שתופס את תשומת לב הנהגים ומאט אותם! כל זה בפחות מ 500 $!

שלב 1: חומרים וכלים

• 1 OPS241-חיישן מכ"ם לטווח קצר
• 1 OPS241-A הר (מודפס בתלת מימד)
• 1 פטל פי דגם B v1.2
• ספק כוח 5V microUSB
• 1 דגם קרנף AS-20 110V עד 12V/5V אספקת חשמל מולקס 4 פינים וכבל חשמל
• 1 בלוק מסוף 3 קוטבים אנכיים, מרכזי 5.0 מ"מ
• 1 כבל מיקרו USB ל- USB רגיל
• 4 מרווחים, ברגים, אגוזים
• 1 קופסת מארז ו- PCB מצופה
• 4 ברגי הרכבה PCB מצופים
• 3 נגדים של 1/8W 330ohm
• 3 טרנזיסטור FET 4 NTE 490
• 1 NTE 74HCT04 משולב מהפך משולב CMOS במהירות גבוהה CMOS
• 1 לוח לחם מיני OSEPP עם גיבוי דבק
• 2 סיכת חוט ישרה מרובעת בכותרת 0.156”, 8 מעגלים
• 20 6”חוטי מגשר פרימיום F/F 22AWG
• לוח הרכבה מעץ 1 "x 12" על 24"
• 1 צבע ריסוס שחור
• 2 תצוגת 7 פלחים של Sparkfun - 6.5 אינץ '(אדום)
• לוח נהגים דו ספרתי גדול מסוג Sparkfun (SLDD)
• 1 שלט "מהירות שנבדקה על ידי מכ"ם"

שלב 2: תכנון קומה של לוח ה- PCB האלקטרוניקה

התחלתי עם חומרת הבקרה העיקרית שהיא ה- Raspberry Pi. ההנחה כאן היא שכבר יש לך Raspberry Pi עם מערכת ההפעלה עליו ויש לך קצת ניסיון בקידוד Python. ה- Raspberry Pi שולט בחיישן המכ ם OPS241-A וקולט את נתוני המהירות המדווחים. לאחר מכן הוא מומר להצגה בתצוגת LED הגדולה של 7 פלחים.

א. אני רוצה למקם את כל הרכיבים החשמליים מלבד חיישן המכ ם ותצוגות הלד על גבי לוח PCB אלקטרוניקה סגור אחד המותקן בחלק האחורי של לוח התצוגה. זה שומר על הלוח רחוק מהעין ובטוח מפני האלמנטים. באופן זה, רק שני כבלים צריכים להעביר מהחלק האחורי של הלוח לחזית. כבל אחד הוא כבל ה- USB המניע את מודול OPS241-A ומקבל את נתוני המהירות הנמדדת. הכבל השני מניע את צג 7-פלחים.

ב. לוח ה- PCB צריך לאפשר הרבה מקום ל- Raspberry Pi, שתופס את רוב השטח. אני גם צריך לוודא שאוכל לגשת בקלות לכמה מהיציאות שלה לאחר הרכבה. היציאות אליהן עלי לגשת הן יציאת ה- USB (נתוני מהירות מודול OPS241-A), יציאת אתרנט (ממשק מחשב לפיתוח/איתור באגים של קוד פייתון), יציאת HDMI (תצוגת חלון Raspberry Pi ותקלות באגים/פיתוח) ויציאת מיקרו USB (הספק 5V ל- Raspberry Pi).

ג. כדי לספק גישה ליציאות אלה, נחתכים חורים במארז התואמים את מיקומי היציאה ב- Raspberry Pi.

ד. בשלב הבא עלי למצוא מקום ללוח הלחם המכיל את רכיבי האלקטרוניקה הנפרדים להנעת נוריות התצוגה. זהו הפריט השני בגודלו. צריך להיות מספיק מקום סביבו כדי שאוכל לקפוץ אליו חוטים מה- Raspberry Pi ולהעביר אותות לכותרת להנעת נוריות הלדים. באופן אידיאלי, אם היה לי יותר זמן, הייתי מלחם את הרכיבים והחוטים ישירות ללוח ה- PCB במקום להשתמש בלוח לחם, אך למטרותיי זה מספיק טוב.

ה. אני מתכוון לקבל את כותרת מנהל התצוגה ליד לוח הלחם בקצה הלוח, כדי שאקצר את אורכי החוט וגם כדי שאוכל לחתוך חור במכסה ולחבר כבל למחבר.

ו. לבסוף, אני נותן מקום במחשב הלוח לחסימת חשמל. המערכת דורשת 5V למעברי הרמה ומנהג התצוגה, ו- 12V עבור הנורות. אני מחבר מחבר מתח רגיל של 5V/12V לבלוק החשמל, ואז מנתב את אותות ההספק מהבלוק ללוח הלחם ולכותרת ה- LED. חתכתי חור במכסה כך שאוכל לחבר כבל חשמל של 12V/5V למחבר החשמל.

ז. כך נראית תוכנית הרצפה הסופית של ה- PCB האלקטרוניקה (עם כיסוי):

שלב 3: הרכבה של ה- Raspberry Pi

הרכבתי את ה- Raspberry Pi שלי ללוח PCB מחורר ומצופה באמצעות 4 מרווחים, ברגים ואומים. אני אוהב להשתמש בלוח PCB מצופה, כך שאוכל להלחם רכיבים וחוטים במידת הצורך.

שלב 4: שינויי רמת אות LED

מכשירי ה- GPIO של Raspberry Pi יכולים לספק מקסימום 3.3V כל אחד. עם זאת, תצוגת ה- LED דורשת אותות בקרה של 5V. לכן, הייתי צריך לתכנן מעגל פשוט בעלות נמוכה כדי לשנות את רמת אותות הבקרה של Pi מ -3.3V ל -5V. המעגל בו השתמשתי מורכב משלושה טרנזיסטורים FET נפרדים, 3 נגדים נפרדים ו -3 ממירים משולבים. אותות הכניסה מגיעים ממכשירי ה- GPIO של Raspberry Pi, ואותות הפלט מנותבים לכותרת המתחברת לכבל מהנוריות. שלושת האותות המומרים הם GPIO23 ל- SparkFun LDD CLK, GPIO4 ל- SparkFun LDD LAT ו- SPIO5 ל- SparkFun LDD SER.

שלב 5: תצוגת LED גדולה בת שבעה קטעים

להצגת המהירות השתמשתי בשני נוריות LED גדולות שמצאתי ב- SparkFun. הם בגובה 6.5 אינץ 'שאמור להיות קריא ממרחק טוב. כדי להפוך אותם לקריאים יותר, השתמשתי בקלטת כחולה כדי לכסות את הרקע הלבן למרות ששחור עשוי לספק יותר ניגודיות.

שלב 6: לוח נהגים LED

כל נורית דורשת מרשם משמרות ותפריט סדרתי להחזקת אותות הבקרה מ- Raspberry Pi והנעת מקטעי ה- LED. ל- SparkFun יש כתבה טובה מאוד לעשות זאת כאן. ה- Raspberry Pi שולח את הנתונים הטוריים לתצוגות LED בעלות שבעה פלחים ושולט על תזמון הבריח. לוחות הנהג מותקנים בגב הנורית ואינם נראים מהחזית.

שלב 7: הרכבת מודול המכ"ם OPS241-A

חיישן המכ"ם OPS241-A נעקף לתושבת מודפסת תלת מימד שחבר עשה לי. לחלופין יכולתי לדפוק אותו ישירות בלוח. חיישן המכ"ם מותקן בצד הקדמי של הלוח ליד נוריות הלדים. מודול החיישנים מותקן עם האנטנות (כתמי זהב בחלק העליון של הלוח) המותקנים אופקית למרות שעל דף המפרט כתוב שתבנית האנטנה די סימטרית הן בכיוון האופקי והן באנכי כך שסיבובו ב 90 ° יהיה כנראה בסדר. כאשר הוא מותקן על עמוד טלפון, חיישן המכ"ם פונה כלפי חוץ במורד הרחוב. כמה גבהים שונים נוסו ומצאו את המיקום שלו בסביבות 2 מ 'לגובה הטוב ביותר. כל דבר גבוה יותר והייתי מציע אולי להטות קצת את הלוח כלפי מטה.

שלב 8: חיבורי מתח ואותות

ישנם שני מקורות כוח לשלט. האחד הוא ספק כוח HDD שהומר 12V ו 5V. התצוגה בת 7 המגזרים דורשת 12V עבור נוריות LED ורמות האות של 5V. לוח הממיר לוקח את האותות של 3.3V מ- Raspberry Pi והרמה מעבירה אותם ל- 5V לתצוגה כפי שנדון לעיל. ספק הכוח הנוסף הוא טלפון סלולרי או מתאם USB 5V רגיל עם מחבר מיקרו USB עבור ה- Raspberry Pi.

שלב 9: הרכבה אחרונה

כדי להחזיק את חיישן המכ"ם, נוריות הלוח ולוח הבקר, הכל הורכב על חתיכת עץ בגודל 12 "x 24" x 1 ". נוריות הלדים הותקנו בצד הקדמי יחד עם חיישן המכ"ם ולוח הבקר במארז שלו על הצד האחורי. העץ נצבע בשחור כדי לסייע להפוך את הלדים לקריאים יותר. אותות כוח ובקרה עבור הלדים הועברו דרך חור בעץ שמאחורי הלדים. חיישן המכ"ם הותקן בצד הקדמי ליד הנורות. כבל חשמל ובקרה USB לחיישן המכ"ם עטוף מעל ללוח העץ. כמה חורים בחלקו העליון של הלוח עם עטיפות סיפוק סיפקו אמצעי להרכבת הלוח על מוט טלפון ליד "המהירות שנבדקה על ידי שלט מכ"ם ".

לוח הבקר היה מוברג לצד האחורי של הלוח יחד עם מתאם החשמל.

שלב 10: קוד פייתון

פייתון הפועל על ה- Raspberry Pi שימש למשוך את המערכת יחד. הקוד ממוקם ב- GitHub. החלקים העיקריים של הקוד הם הגדרות תצורה, נתונים הנקראים על יציאה טורית USB מחיישן המכ ם, המרת נתוני מהירות לתצוגה ובקרת תזמון.

תצורת ברירת המחדל בחיישן המכ"ם OPS241-A בסדר, אך מצאתי שיש צורך במספר התאמות לתצורת האתחול. אלה כללו שינוי מדו"חות לקמ"ש, שינוי קצב הדגימה ל -20 ק"ג והתאמת הגדרת הסחיטה. קצב המדגם מכתיב ישירות את המהירות המרבית שניתן לדווח עליה (139 קמ"ש) ומאיץ את קצב הדיווח.

למידה מרכזית היא הגדרת ערך הסחיטה. בהתחלה גיליתי שחיישן המכ"ם לא הרים את המכוניות בטווח רחוק מאוד, אולי רק 5-10 מ '. חשבתי שאולי היה לי חיישן המכ"ם גבוה מדי מכיוון שהוא ממוקם בסביבות 7 מטרים מעל הרחוב. לא נראה שזה עזר להוריד את זה למטה עד 4 רגל. ואז ראיתי את ההגדרה squelch במסמך ה- API ושיניתי אותה לרגישה ביותר (QI או 10). עם זאת טווח הזיהוי גדל באופן משמעותי ל-30-100 רגל (10-30 מ ').

קליטת הנתונים דרך יציאה טורית ותרגום לשליחה אל נוריות הלדים הייתה די פשוטה. במהירות ה -20 כ ס מדווחים על נתוני מהירות בסביבות 4-6 פעמים בשנייה. זה קצת מהיר ולא טוב שהתצוגה משתנה כל כך מהר. קוד בקרת תצוגה נוסף כדי לחפש את המהירות המדווחת המהירה ביותר בכל שנייה ולאחר מכן להציג את המספר הזה. זה מעכב עיכוב של שנייה בדיווח על המספר אבל זה בסדר או שניתן להתאים אותו בקלות.

שלב 11: תוצאות ושיפורים

עשיתי בדיקה משלי כשנסעתי במכונית במהירויות קבועות והקריאות תואמות את המהירות שלי יחסית טוב. OmniPreSense אמר שהם בדקו את המודול והוא יכול לעבור את אותן הבדיקות שעובר אקדח מכ"ם רגיל במשטרה בדיוק של 0.5 קמ"ש.

לסיכום, זה היה פרויקט נהדר ודרך נחמדה לבנות קצת בטיחות לרחוב שלי. ישנם מספר שיפורים שיכולים להפוך את זה לשימושי עוד יותר, ואעיין בהם בעדכון המשך. הראשון הוא מציאת נוריות LED גדולות ובהירות יותר. גליון הנתונים אומר שהם 200-300 מק ד (millicandela). יש צורך במשהו גבוה מזה מכיוון שהשמש נשטפה בקלות כשהם צופים בהם באור יום. לחלופין, הוספת מיגון סביב קצוות הלדים יכולה להרחיק את אור השמש.

יהיה צורך להפוך את כל הפתרון להוכחת מזג אוויר אם הוא יפורסם לצמיתות. למרבה המזל זהו מכ ם והאותות יעברו בקלות דרך מארז פלסטיק, רק צריך למצוא אחד בגודל הנכון שהוא גם הוכחה למים.

לבסוף הוספת מודול מצלמה ל- Raspberry Pi כדי לצלם כל מי שעולה על המהירות המותרת ברחוב שלנו יהיה ממש נהדר. אני יכול לקחת את זה רחוק יותר על ידי שימוש ב- WiFi המשולב ושליחת התראה ותמונה של המכונית הדואגת. הוספת חותמת זמן, תאריך ומהירות מזוהה לתמונה באמת תסיים את העניינים. אולי יש אפילו אפליקציה פשוטה לבנות שיכולה להציג את המידע בצורה יפה.