Modelio geležinkelio automatiniai tunelio žibintai: 5 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Tai mano mėgstamiausia plokštė. Mano modelio geležinkelio išdėstymas (vis dar vykdomas) turi daugybę tunelių ir, nors tikriausiai nėra prototipinis, norėjau turėti tunelio šviesas, kurios įsijungtų traukiniui artėjant prie tunelio. Pirmasis mano impulsas buvo nusipirkti elektroninį komplektą su dalimis ir lemputėmis, ką ir padariau. Paaiškėjo, kad tai „Arduino“rinkinys, bet aš neįsivaizdavau, kas yra „Arduino“. Aš sužinojau. Ir tai paskatino nuotykį išmokti šiek tiek elektronikos. Bent jau pakanka tunelio šviesoms! Ir be „Arduino“.

Tai bent jau mano trečioji tunelio žibintų plokštės versija. Pagrindinį dizainą atradau viename iš knygos „Elektroninės grandinės blogio genijui 2E“projektų. Tai puiki mokymosi knyga! Aš taip pat atradau naudodamas integruotos grandinės lustus, ypač CD4011 keturių įėjimų NAND vartus.

1 žingsnis: grandinės schema

Tunelio žibintų grandinėje yra trys signalo įėjimai. Du yra LDR įėjimai (nuo šviesos priklausantys rezistoriai), o vienas - pasirenkama kliūčių detektoriaus plokštė. Šių prietaisų įvesties signalai logiškai vertinami naudojant CD4023 NAND vartų įėjimus (trigubos įvesties NAND vartai).

Yra vienas žalias/raudonas bendras anodo šviesos diodas (kuris bus naudojamas ekrano skydelyje, nurodant, kad traukinys užima tam tikrą tunelį arba artėja prie tunelio). Žalia spalva reiškia aiškų tunelį, o raudona - užimtą tunelį. Kai dega raudona lemputė, taip pat degs tunelio žibintai.

Kai bet kuris iš trijų įėjimų aptinka signalo būklę, NAND vartų išėjimas bus AUKŠTAS. Vienintelė sąlyga, kai pirmoji NAND vartų išvestis yra LOW, yra vienintelė sąlyga, kai visi įėjimai yra HIGH (visi detektoriai numatytomis sąlygomis).

Į grandinę įeina P-CH mosfetas, naudojamas grandinei apsaugoti nuo netinkamai prijungtos elektros ir įžeminimo. Tai gali lengvai atsitikti, kai jungiate plokštę po išdėstymo lentele. Ankstesnėse plokštės versijose grandinėje naudoju diodą, kad apsaugotų grandinę nuo įžeminimo ir maitinimo laidų perjungimo, tačiau diodas suvartojo 0,7 volto 5 esamų voltų. „Mosfet“nenukrenta jokios įtampos ir vis tiek apsaugo grandinę, jei laidai bus neteisingi.

AUKŠTAS pirmųjų NAND vartų išėjimas eina per diodą į kitus NAND vartus ir taip pat yra prijungtas prie rezistoriaus/kondensatoriaus laiko uždelsimo grandinės. Ši grandinė palaiko HIGH įėjimą į antrus NAND vartus 4 arba 5 sekundes, priklausomai nuo rezistoriaus ir kondensatoriaus vertės. Šis uždelsimas neleidžia tunelio žibintams įsijungti ir išsijungti, kai LDR veikia šviesa tarp pravažiuojančių automobilių, taip pat atrodo tinkamas laiko tarpas, nes delsimas suteiks paskutiniam automobiliui laiko įvažiuoti į tunelį arba išeiti iš tunelio.

Tunelio viduje kliūčių detektorius išlaikys įjungtą grandinę, nes taip pat stebi automobilių pravažiavimą. Šios detektorių grandinės gali būti sureguliuotos taip, kad pastebėtų automobilius, esančius vos už kelių colių, ir taip pat neveiktų priešingos tunelio sienos.

Jei nuspręsite neprijungti kliūčių detektoriaus tunelio viduje (trumpas tunelis arba sunku), tiesiog prijunkite VCC prie išvesties 3 kontaktų kliūčių detektoriaus terminale ir tai išlaikys aukštą signalą toje NAND vartų įvestyje.

Du NAND vartai naudojami tam, kad būtų galima įdiegti vietą RC grandinei. Kondensatorius įjungiamas, kai pirmieji NAND vartai yra AUKŠTI. Šis signalas yra įėjimas į antrus NAND vartus. Kai pirmieji NAND vartai nusileidžia žemai (viskas aišku), kondensatorius palaiko signalą į antrus NAND vartus HIGH, kol lėtai išsikrauna per 1 10 m rezistorių. Diodas neleidžia kondensatoriui išsikrauti kaip kriauklė per NAND vartų išėjimą.

Kadangi visi trys antrojo NAND vartų įėjimai yra susieti, kai įvestis yra HIGH, išėjimas bus LOW, o kai įėjimas yra LOW, išėjimas bus HIGH.

Kai išvestis yra HIGH iš antrųjų NAND vartų, Q1 tranzistorius įjungiamas ir tai įjungia žalią trijų laidų raudonos/žalios šviesos diodo lemputę. Q2 taip pat įjungtas, tačiau tai tik padeda išlaikyti Q4. Kai išvestis yra LOW, Q2 yra išjungtas, todėl Q4 įsijungia (taip pat Q1 yra išjungtas). Tai išjungia žalią lemputę, įjungia raudoną lemputę ir taip pat įjungia tunelio šviesos diodus.

2 žingsnis: tunelio šviesos vaizdai

Pirmame paveikslėlyje pavaizduotas traukinys, įvažiuojantis į tunelį, kai įjungtas šviesos diodas.

Antrame paveikslėlyje pavaizduotas LDR, įterptas į takelį ir balastą. Kai variklis ir automobiliai važiuoja per LDR, jie meta pakankamai šešėlio, kad tunelio šviesos diodai įsijungtų. Kiekviename tunelio gale yra šviesos diodas.

3 žingsnis: NAND vartų įtampos skirstytuvas

LDR individualiai sukuria įtampos skirstytuvo grandinę kiekvienam įėjimui į NAND vartus. LDR atsparumo vertės didėja mažėjant šviesos kiekiui.

NAND vartai logiškai nustato, kad 1/2 ar didesnė įėjimo įtampa, palyginti su šaltinio įtampa, laikoma HIGH verte, o įėjimo įtampa, mažesnė nei 1/2 šaltinio įtampos, laikoma LOW signalu.

Schemoje LDR yra prijungti prie įėjimo įtampos, o signalo įtampa laikoma įtampa po LDR. Tada įtampos daliklį sudaro 10k rezistorius ir kintamas 20k potenciometras. Potenciometras naudojamas valdyti įvesties signalo vertę. Esant skirtingoms apšvietimo sąlygoms, LDR normalioji vertė gali būti 2–5 k omai arba, jei išdėstymas tamsesnėje vietoje gali būti 10–15 k. Pridėjus potenciometrą, galima valdyti numatytąją šviesos būseną.

Numatytoji sąlyga (be traukinio ar artėjimo prie tunelio) turi mažas LDR pasipriešinimo vertes (paprastai 2–5 000 omų), o tai reiškia, kad įėjimai į NAND vartus laikomi AUKŠTAIS. Įtampos kritimas po LDR (darant prielaidą, kad 5V įėjimas ir 5k LDR, o kartu - 15k rezistoriui ir potenciometrui) bus 1,25v, o įėjimas į NAND vartus bus 3,75v. Kai LDR pasipriešinimas padidėja dėl to, kad jis yra uždengtas arba užtemdytas, NAND vartų ĮVADAS sumažėja.

Kai traukinys eina per LDR bėgių kelyje, LDR varža padidės iki 20k ar daugiau (priklausomai nuo apšvietimo sąlygų), o išėjimo įtampa (arba įvestis į NAND vartus) sumažės iki maždaug 2,14v, kuri yra mažesnė nei 1/2 šaltinio įtampa, todėl įėjimas iš HIGH signalo į LOW signalą keičiamas.

4 žingsnis: reikmenys

1 - 1uf kondensatorius

1 - 4148 signalo diodas

5-2p jungtys

2-3 p jungtys

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

3 - 2n3904 tranzistoriai

2 - GL5516 LDR (arba panašus)

2-100 omų rezistoriai

2-150 omų rezistoriai

1 - 220 omų rezistorius

2-1k rezistoriai

2-10k rezistoriai

2 - 20 tūkstančių kintamų potenciometrų

1-50k rezistorius

1 - 1 - 10 m rezistorius

1 - CD4023 IC (dvigubos trigubos įvesties NAND vartai)

1 - 14 kontaktų lizdas

1 - kliūčių vengimo detektorius (toks)

Savo plokštėje naudoju IRLM6402 P-ch mosfet ant mažos SOT-23 plokštės. Radau, kad SOT-23 p-ch mosfets yra pigesni nei T0-92 formos faktorius. Bet kuris iš jų veiks grandinės plokštėje, nes kištukai yra vienodi.

Visa tai dar nebaigta, ir manau, kad kai kurias rezistorių vertes ar kai kuriuos patobulinimus dar galima padaryti!

5 žingsnis: PCB plokštė

Mano pirmosios darbinės plokštės versijos buvo padarytos ant duonos lentos. Kai buvo įrodyta, kad koncepcija veikia, aš rankiniu būdu litavau visą grandinę, o tai gali užtrukti daug laiko, ir paprastai aš visada prijungiau kažką negerai. Mano dabartinė darbo plokštė, kuri dabar yra 3 versija ir apima trigubus NAND vartus (ankstesnėse versijose buvo naudojami CD4011 dvigubo NAND vartų įėjimai) ir, kaip parodyta vaizdo įraše, yra spausdintinė plokštė su išvesties failais, kuriuos sukūrė „Kicad“. grandinės modeliavimo programinė įranga.

Aš naudoju šią svetainę PCB užsakymui:

Kanadoje 5 lentų kaina yra mažesnė nei 3 USD. Pristatymas yra brangiausias komponentas. Aš paprastai užsisakysiu 4 ar 5 skirtingas plokštes. (Antroji ir daugiau plokščių yra maždaug dvigubai didesnės už pirmąsias 5). Įprastos siuntimo išlaidos (paštu į Kanadą dėl įvairių priežasčių) yra apie 20 USD. Iš anksto sumontuota plokštė, todėl aš tiesiog turiu lituoti komponentus, puikiai sutaupo laiko!

Čia yra nuoroda į „Gerber“failus, kuriuos galite įkelti į „jlcpcb“arba bet kurį kitą PCB prototipo gamintoją.