Model železniških avtomatskih tunelskih luči: 5 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

To je moje najljubše vezje. Moja vzorčna postavitev železnice (še vedno v teku) ima številne predore in čeprav verjetno ni prototipna, sem želel imeti predorske luči, ki bi se prižgale, ko se je vlak približal predoru. Moj prvi impulz je bil nakup elektronskega kompleta z deli in LED diodami, kar sem tudi storil. Izkazalo se je, da je komplet Arduino, vendar nisem vedel, kaj je Arduino. Sem izvedel. In to je pripeljalo do avanture učenja nekaj elektronike. Vsaj dovolj za tunelske luči! In brez Arduina.

To je vsaj moja tretja različica vezja tunelskih luči. Osnovno zasnovo sem odkril v enem od projektov knjige Elektronska vezja za hudobnega genija 2E. To je odlična učna knjiga! Odkril sem tudi z uporabo čipov z integriranim vezjem, še posebej štirih vhodnih NAND vrat CD4011.

Korak: Shema vezja

V vezje tunelskih luči so trije signalni vhodi. Dva sta vhoda LDR (svetlobno odvisni upori) in eden je izbirno vezje detektorja ovir. Vhodni signali teh naprav se logično ocenijo z vhodi vrat NAND CD4023 (trojna vhodna vrata NAND).

Obstaja ena zelena/rdeča skupna anodna LED (ki bo uporabljena na prikazovalniku, kar kaže, da vlak zaseda določen predor ali se mu približuje). Zelena bo označila čist predor, rdeča pa zaseden predor. Ko sveti rdeča lučka, bodo prižgane tudi luči tunela.

Ko kateri od treh vhodov zazna stanje signala, bo izhod vrat NAND VELIK. Edini pogoj, ko je prvi izhod vrat NAND LOW, je enojni pogoj, ko so vsi vhodi VISOKI (vsi detektorji v privzetem stanju).

Vezje vključuje mosfet P-CH, ki se uporablja za zaščito vezja pred napačno napeljavo in ozemljitvijo. To se lahko zlahka zgodi pri ožičenju vezja pod tabelo postavitve. V prejšnjih različicah plošče sem v vezju uporabil diodo za zaščito vezja pred preklapljanjem ozemljitvenih in napajalnih žic, vendar je dioda porabila 0,7 voltov od 5 voltov, ki so na voljo. MOSFET ne pade napetosti in še vedno ščiti vezje, če napačno povežete žice.

VISOKI izhod prvih vrat NAND preide skozi diodo do naslednjih vrat NAND in je povezan tudi s časovnim zamikom upora/kondenzatorja. To vezje vzdržuje HIGH vhod na druga vrata NAND 4 ali 5 sekund, odvisno od vrednosti upora in kondenzatorja. Ta zamuda preprečuje, da bi luči v predoru utripale in izklapljale, ko je LDR izpostavljen svetlobi med avtomobili, ki se peljejo mimo, in se zdi tudi primeren čas, saj bo zamuda dala zadnji čas, da avto vstopi v predor ali zapusti predor.

Znotraj predora bo detektor ovir ohranil aktivirano vezje, saj spremlja tudi mimoidoče avtomobile. Ta detektorska vezja lahko nastavite tako, da opazujejo avtomobile le nekaj centimetrov stran, prav tako pa jih ne sproži nasprotna stena predora.

Če se odločite, da detektorja ovir ne povežete v predor (kratek tunel ali težaven), samo priključite VCC na izhod na 3 -polnem priključku detektorja ovir in to bo ohranilo VISOKI signal na tem vhodu vrat NAND.

Dve vrati NAND se uporabljata za izvedbo prostora za RC vezje. Kondenzator se vklopi, ko so prva vrata NAND VISOKA. Ta signal je vhod na druga vrata NAND. Ko se prva vrata NAND spustijo (vse je jasno), kondenzator zadrži signal na drugih vratih NAND VISOKO, medtem ko se počasi izprazni skozi upor 1 10 m. Dioda preprečuje, da bi se kondenzator izpraznil kot umivalnik skozi izhod vrat NAND ena.

Ker so vsi trije vhodi drugih vrat NAND povezani, bo pri vhodu HIGH izhod LOW in ko je vhod LOW, bo izhod HIGH.

Ko je izhod NIGH Gate iz drugih vrat NAND, se tranzistor Q1 vklopi in ta vklopi zeleno LED trižilno rdečo/zeleno LED. Vključeno je tudi Q2, vendar to služi le za onemogočanje Q4. Ko je izhod NIZKI, se Q2 izklopi, kar povzroči vklop Q4 (in tudi Q1 je izklopljen). S tem izklopite zeleno LED, vklopite rdečo LED in vklopite tudi LED luči tunela.

2. korak: Slike svetlobnega tunela

Prva zgornja slika prikazuje vlak, ki vstopa v predor z vklopljeno LED diodo.

Druga slika prikazuje LDR, vgrajen v progo in balast. Ko motor in avtomobili potujejo čez LDR, mečejo dovolj sence, da sprožijo vklop tunelovih LED. Na vsakem koncu tunela je LED.

Korak 3: Delitelnik napetosti vrat NAND

LDR posamezno ustvarijo vezje delilnika napetosti za vsak vhod na vrata NAND. Vrednosti upora LDR se povečujejo, ko se količina svetlobe zmanjšuje.

Vrata NAND logično določajo, da se vhodne napetosti 1/2 ali več v primerjavi z napetostjo vira štejejo za VELIKO vrednost, vhodne napetosti, manjše od 1/2 napetosti vira, pa za NIZKI signal.

Na shemi so LDR priključeni na vhodno napetost, signalna napetost pa se vzame kot napetost po LDR. Napetostni delilnik je nato sestavljen iz 10k upora in tudi spremenljivega 20k potenciometra. Potenciometer se uporablja za nadzor vrednosti vhodnega signala. Pri različnih svetlobnih pogojih ima lahko LDR normalno vrednost 2k - 5k ohmov ali, če je na temnejši lokaciji postavitve, lahko 10k - 15k. Dodajanje potenciometra pomaga nadzorovati privzeto stanje svetlobe.

Privzeti pogoj (brez vlaka v predoru ali se mu približuje) ima nizke vrednosti upora za LDR (običajno 2k - 5k ohmov), kar pomeni, da se vhodi na vrata NAND štejejo za VISOKE. Padec napetosti po LDR (ob predpostavki 5v vhoda in 5k na LDR ter skupaj 15k za upor in potenciometer) bo 1,25 V, pri čemer bo 3,75 V kot vhod za vrata NAND. Ko se odpornost LDR poveča, ker je pokrita ali zasenčena, se vhod vrat NAND zmanjša.

Ko vlak prečka LDR v tiru, se bo upor LDR povečal na 20 k ali več (odvisno od svetlobnih pogojev), izhodna napetost (ali vhod na vrata NAND) pa se bo znižala na približno 2,14 V, kar je manj kot 1/2 napetosti vira, ki zato spremeni vhod iz signala VISOKO v NIZKO.

4. korak: Zaloge

1-1uf kondenzator

1 - 4148 signalna dioda

5 - 2p priključki

2 - 3p priključki

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

3 - 2n3904 tranzistorji

2 - GL5516 LDR (ali podobno)

2 - 100 ohmski upori

2 - 150 ohmski upori

1 - 220 ohmski upor

2 - 1k upori

2 - 10k uporov

2 - 20k spremenljivih potenciometrov

1 - 50k upor

1 - 1 - 10m upor

1 - CD4023 IC (dvojna trojna vhodna vrata NAND)

1 - 14 -polna vtičnica

1 - detektor izogibanja oviram (takole)

Na svojem vezju sem na majhni plošči SOT-23 uporabil mosfet IRLM6402 P-ch. Ugotovil sem, da so mosfeti SOT-23 p-ch cenejši od faktorja oblike T0-92. Eden od njih bo deloval na vezju, saj so izhodi enaki.

Vse to je še v teku in mislim, da je še mogoče narediti nekaj vrednosti upora ali nekaj izboljšav!

5. korak: PCB plošča

Moje prve delovne različice tiskanega vezja so bile narejene na podlagi. Ko se je izkazalo, da koncept deluje, sem nato ročno spajkal celotno vezje, kar je lahko zelo dolgotrajno in na splošno sem vedno povezal nekaj narobe. Moje trenutno delujoče vezje, ki je zdaj različica 3 in vključuje trojna vrata NAND (starejše različice so uporabljale vhode z dvojnimi vrati NAND CD4011), in kot je prikazano v videu, je tiskano vezje z izhodnimi datotekami, ki jih ustvari Kicad, ki je moj programska oprema za modeliranje vezij.

To stran sem uporabil za naročanje tiskanih vezij:

Tu v Kanadi so stroški 5 plošč manjši od 3 USD. Dostava je ponavadi najdražja komponenta. Običajno bom naročil 4 ali 5 različnih vezij. (Drugo in več vezja sta približno dvakrat višja od cen prvih 5). Tipični stroški pošiljanja (po pošti v Kanado iz različnih razlogov) znašajo približno 20 USD. Prednastavljeno vezje, zato moram samo spajkati komponente, prihrani čas!

Tukaj je povezava do datotek Gerber, ki jih lahko naložite v jlcpcb ali katerega koli drugega proizvajalca prototipa tiskanega vezja.