Dzelzceļa automātiskās tuneļa gaismas: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šī ir mana mīļākā shēmas plate. Manā dzelzceļa modeļa izkārtojumā (joprojām tiek izstrādāts) ir vairāki tuneļi, un, lai gan tas, iespējams, nav prototips, es gribēju, lai tuneļa gaismas iedegtos, kad vilciens tuvojās tunelim. Mans pirmais impulss bija iegādāties elektronisko komplektu ar detaļām un gaismas diodēm, ko es arī izdarīju. Izrādījās, ka tas ir Arduino komplekts, bet man nebija ne jausmas, kas ir Arduino. Es uzzināju. Un tas noveda pie piedzīvojuma, apgūstot kādu elektroniku. Vismaz pietiekami, lai veiktu tuneļa gaismas! Un bez Arduino.

Šī ir vismaz mana trešā tuneļa gaismas shēmas plates versija. Pamatdizains, ko atklāju vienā no grāmatas Elektroniskās shēmas ļaunajam ģēnijam 2E projektiem. Šī ir lieliska mācību grāmata! Es arī atklāju, izmantojot integrālās shēmas mikroshēmas, īpaši CD4011 četru ieeju NAND vārtus.

1. darbība: shēmas shēma

Tuneļa gaismas ķēdē ir trīs signāla ieejas. Divas ir LDR ieejas (no gaismas atkarīgi rezistori), un viena ir papildu šķēršļu detektora shēma. Šo ierīču ieejas signālus loģiski novērtē CD4023 NAND vārtu ieejas (trīskāršās ieejas NAND vārti).

Ir viena zaļa/sarkana kopējā anoda gaismas diode (kas tiks izmantota displeja panelī, norādot, ka vilciens aizņem noteiktu tuneli vai tuvojas tunelim). Zaļais apzīmē skaidru tuneli, bet sarkans - aizņemtu tuneli. Kad deg sarkanā gaismas diode, iedegas arī tuneļa gaismas.

Kad kāda no trim ieejām konstatē signāla stāvokli, NAND vārtu izeja būs HIGH. Vienīgais nosacījums, kad pirmā NAND vārtu izeja ir LOW, ir viens nosacījums, kad visas ieejas ir HIGH (visi detektori noklusējuma stāvoklī).

Ķēde ietver P-CH mosfetu, ko izmanto, lai aizsargātu ķēdi no nepareizas elektroinstalācijas un zemējuma. Tas var viegli notikt, pieslēdzot shēmas plati zem izkārtojuma tabulas. Iepriekšējās paneļa versijās es ķēdē izmantoju diodi, lai aizsargātu ķēdi no zemes un strāvas vadu pārslēgšanas, bet diode patērēja 0,7 voltus no pieejamajiem 5 voltiem. Mosfet nemet spriegumu un joprojām aizsargā ķēdi, ja vadi ir nepareizi.

Pirmā NAND vārtu HIGH izeja iet caur diodi uz nākamajiem NAND vārtiem un ir arī savienota ar rezistoru/kondensatora laika aizkaves ķēdi. Šī shēma saglabā HIGH ievadi otrajā NAND vārtā 4 vai 5 sekundes atkarībā no rezistora un kondensatora vērtības. Šī kavēšanās neļauj tuneļa gaismām iedegties un izslēgties, kad LDR ir pakļauta gaismai starp automašīnām, kas brauc garām, kā arī šķiet saprātīgs laiks, jo kavēšanās dos pēdējai automašīnai laiku iekļūt tunelī vai iziet no tuneļa.

Tuneļa iekšpusē šķēršļu detektors turpinās aktivizēt ķēdi, jo tas arī uzrauga automašīnu gaitu. Šīs detektoru shēmas var pielāgot, lai pamanītu automašīnas tikai dažu collu attālumā, un tās nevar iedarbināt arī tuneļa pretējā siena.

Ja izvēlaties nepievienot šķēršļu detektoru tuneļa iekšienē (īss tunelis vai grūti), vienkārši pievienojiet VCC izejai 3 kontaktu šķēršļu detektora terminālī, un tas saglabās HIGH signālu šajā NAND vārtu ievadē.

Divi NAND vārti tiek izmantoti, lai ieviestu vietu RC ķēdei. Kondensators tiek ieslēgts, kad pirmie NAND vārti ir AUGSTI. Šis signāls ir ieeja otrajos NAND vārtos. Kad pirmie NAND vārti kļūst ZEMI (viss skaidrs), kondensators saglabā signālu uz otrajiem NAND vārtiem HIGH, kamēr tas lēnām izlādējas caur 1 10 m rezistoru. Diods neļauj kondensatoram izlādēties kā izlietne caur NAND vārtu izeju.

Tā kā visas trīs otrā NAND vārtu ieejas ir sasaistītas kopā, tad, ja ievade ir HIGH, izeja būs LOW, un, ja ievade ir LOW, izeja būs HIGH.

Kad izeja ir HIGH no otrās NAND vārtejas, tiek ieslēgts Q1 tranzistors, un tas ieslēdz zaļo trīsdimensiju sarkano/zaļo gaismas diodi. Q2 ir arī ieslēgts, taču tas tikai palīdz izslēgt Q4. Kad izvade ir LOW, Q2 tiek izslēgts, kā rezultātā Q4 ieslēdzas (un arī Q1 tiek izslēgts). Tas izslēdz zaļo LED, ieslēdz sarkano LED un ieslēdz arī tuneļa gaismas diodes.

2. solis: tuneļa gaismas attēli

Pirmajā attēlā redzams vilciens, kas ieiet tunelī ar ieslēgtu gaismas diode.

Otrajā attēlā parādīts sliežu ceļā un balastā iestrādāts LDR. Kad dzinējs un automašīnas pārvietojas virs LDR, tās met pietiekami daudz ēnas, lai ieslēgtu tuneļa gaismas diodes. Katrā tuneļa galā ir gaismas diode.

3. darbība: NAND vārtu sprieguma dalītājs

LDR individuāli izveido sprieguma dalītāja ķēdi katrai NAND vārtu ieejai. Samazinoties gaismas daudzumam, palielinās LDR pretestības vērtības.

NAND vārti loģiski nosaka, ka ieejas spriegums 1/2 vai lielāks, salīdzinot ar avota spriegumu, tiek uzskatīts par HIGH vērtību, un ieejas spriegums, kas ir mazāks par 1/2 no avota sprieguma, tiek uzskatīts par LOW signālu.

Shēmā LDR ir savienoti ar ieejas spriegumu, un signāla spriegums tiek uzskatīts par spriegumu pēc LDR. Sprieguma dalītāju pēc tam veido 10k rezistors un arī mainīgs 20k potenciometrs. Potenciometru izmanto, lai varētu kontrolēt ieejas signāla vērtību. Dažādos gaismas apstākļos LDR normālā vērtība var būt 2k - 5k omi vai, ja izkārtojuma tumšākā vietā tā var būt 10k - 15k. Potenciometra pievienošana palīdz kontrolēt noklusējuma gaismas stāvokli.

Noklusējuma nosacījumam (nav vilciena tunelī vai tuvošanās tam) ir zemas LDR pretestības vērtības (parasti 2k - 5k omi), kas nozīmē, ka ieejas NAND vārtos tiek uzskatītas par AUGSTĀM. Sprieguma kritums pēc LDR (pieņemot, ka 5V ieeja un 5k uz LDR un kopā 15k pretestībai un potenciometram) būs 1,25v, atstājot 3,75v kā ieeju NAND vārtiem. Ja LDR pretestība tiek palielināta, jo tā ir pārklāta vai nokrāsota, NAND vārtu IEVADE samazinās.

Kad vilciens iet pāri LDR sliežu ceļā, LDR pretestība palielināsies līdz 20k vai vairāk (atkarībā no apgaismojuma apstākļiem), un izejas spriegums (vai ieeja NAND vārtos) samazināsies līdz aptuveni 2,14v, kas ir mazāks par 1/2 avota spriegums, kas tāpēc maina ieeju no HIGH signāla uz LOW signālu.

4. solis: Piegādes

1 - 1uf kondensators

1 - 4148 signāla diode

5 - 2p savienotāji

2 - 3p savienotāji

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

3 - 2n3904 tranzistori

2 - GL5516 LDR (vai līdzīgs)

2 - 100 omu rezistori

2 - 150 omu rezistori

1 - 220 omu rezistors

2 - 1k rezistori

2 - 10k rezistori

2 - 20k maināmi potenciometri

1 - 50k rezistors

1 - 1 - 10 m rezistors

1 - CD4023 IC (dubultā trīskāršā ieeja NAND vārti)

1 - 14 kontaktu ligzda

1 - šķēršļu novēršanas detektors (līdzīgs šim)

Uz savas shēmas plates esmu izmantojis IRLM6402 P-ch mosfet uz nelielas SOT-23 plates. Es atklāju, ka SOT-23 p-ch mosfets ir lētāks nekā T0-92 formas faktors. Jebkurš no tiem darbosies shēmas plates, jo pinouts ir vienādi.

Tas viss vēl ir nepabeigts darbs, un es domāju, ka dažas rezistoru vērtības vai dažus uzlabojumus joprojām var veikt!

5. solis: PCB plate

Manas pirmās shēmas plates versijas tika izgatavotas uz maizes dēļa. Kad tika pierādīts, ka koncepcija darbojas, es ar roku lodēju visu ķēdi, kas var būt ļoti laikietilpīga, un parasti es vienmēr vadu kaut ko nepareizi. Mana pašreizējā darba shēmas plate, kas tagad ir 3. versija un ietver trīskāršus NAND vārtus (iepriekšējās versijās tika izmantotas CD4011 dubultās NAND vārtu ieejas), un, kā parādīts video, ir iespiedshēmas plate ar Kicad ģenerētiem izvadfailiem, kas ir mans shēmas modelēšanas programmatūra.

Esmu izmantojis šo vietni PCB pasūtīšanai:

Šeit, Kanādā, maksa par 5 dēļiem ir mazāka par 3 USD. Piegāde parasti ir visdārgākā sastāvdaļa. Es parasti pasūtīšu 4 vai 5 dažādas shēmas plates. (Otrās un vairākās shēmas plates ir aptuveni divreiz lielākas par pirmo 5). Parastās piegādes izmaksas (pa pastu uz Kanādu dažādu iemeslu dēļ) ir aptuveni 20 USD. Iepriekš uzbūvēta shēmas plate, tāpēc man vienkārši jāievada sastāvdaļas, ir lielisks laika ietaupījums!

Šeit ir saite uz Gerber failiem, kurus varat augšupielādēt vietnē jlcpcb vai jebkurā citā PCB prototipa ražotājā.