Lumini automate tunel feroviar model: 5 trepte

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Aceasta este placa mea preferată. Structura modelului meu de cale ferată (încă în curs) are o serie de tuneluri și, deși probabil nu este prototipică, am vrut să am lumini de tunel care să se aprindă pe măsură ce trenul se apropia de tunel. Primul meu impuls a fost să cumpăr un kit electronic cu piese și leduri, ceea ce am făcut. S-a dovedit a fi un kit Arduino, dar habar nu aveam ce este un Arduino. Am aflat. Și asta a dus la o aventură de a învăța niște electronice. Cel puțin suficient pentru a face lumini de tunel! Și fără un Arduino.

Aceasta este cel puțin a treia versiune a plăcii de circuite a luminilor tunelului. Designul de bază l-am descoperit într-unul dintre proiectele cărții Electronic Circuits for the Evil Genius 2E. Aceasta este o carte de învățare grozavă! Am descoperit, de asemenea, folosind cipuri de circuite integrate, în special porțile NAND cu intrare quad CD4011.

Pasul 1: Schema circuitului

Există trei intrări de semnal în circuitul luminilor tunelului. Două sunt intrări LDR (rezistențe dependente de lumină) și una este o placă de circuit opțională pentru detectorul de obstacole. Semnalele de intrare ale acestor dispozitive sunt evaluate logic de intrările de poartă NAND ale CD4023 (porți NAND de intrare triplă).

Există un LED anod comun verde / roșu (care va fi utilizat pe panoul de afișare indicând faptul că un tren ocupă un tunel specific sau se apropie de tunel). Verde va indica un tunel clar, iar roșu va indica un tunel ocupat. Când ledul roșu este aprins, luminile tunelului vor fi, de asemenea, aprinse.

Când oricare dintre cele trei intrări detectează o stare de semnal, ieșirea porții NAND va fi HIGH. Singura condiție când prima ieșire de poartă NAND este LOW este singura condiție când toate intrările sunt HIGH (toți detectorii în condiții implicite).

Circuitul include un mosfet P-CH care este utilizat pentru a proteja circuitul de alimentarea greșită a cablului și de împământare. Acest lucru se poate întâmpla cu ușurință atunci când conectați placa de circuit sub tabelul de aspect. În versiunile anterioare ale plăcii am folosit o diodă în circuit pentru a proteja circuitul de comutarea firelor de masă și de alimentare, dar dioda a consumat 0,7 volți din cei 5 volți disponibili. Mosfet-ul nu scade nici o tensiune și totuși protejează circuitul dacă greșiți firele.

Ieșirea HIGH a primei porți NAND trece printr-o diodă la următoarea poartă NAND și este, de asemenea, conectată la un circuit de întârziere a rezistenței / condensatorului. Acest circuit menține intrarea HIGH la a doua poartă NAND timp de 4 sau 5 secunde, în funcție de valoarea rezistorului și a condensatorului. Această întârziere împiedică aprinderea și stingerea luminilor tunelului atunci când LDR este expus la lumină între mașinile care trec și pare, de asemenea, o perioadă rezonabilă de timp, deoarece întârzierea va da ultimului timp mașinii pentru a intra în tunel sau a ieși din tunel.

În interiorul tunelului, detectorul de obstacole va menține circuitul activat, deoarece monitorizează și trecerea mașinilor. Aceste circuite de detecție pot fi reglate pentru a observa mașinile la doar câțiva centimetri distanță și, de asemenea, nu pot fi declanșate de peretele opus al tunelului.

Dacă alegeți să nu conectați detectorul de obstacole în interiorul tunelului (tunel scurt sau dificil) pur și simplu conectați VCC la ieșire pe terminalul detectorului de obstacole cu 3 pini și acest lucru va menține un semnal HIGH pe acea intrare de poartă NAND.

Două porți NAND sunt utilizate pentru a permite implementarea unui loc pentru circuitul RC. Condensatorul este alimentat când prima poartă NAND este HIGH. Acest semnal este intrarea către a doua poartă NAND. Când prima poartă NAND devine LOW (totul este liber) condensatorul păstrează semnalul către a doua poartă NAND HIGH în timp ce se descarcă încet prin rezistorul de 1 10m. Dioda împiedică descărcarea condensatorului ca o chiuvetă prin ieșirea porții NAND.

Deoarece toate cele trei intrări ale celei de-a doua porți NAND sunt legate între ele, când intrarea este HIGH ieșirea va fi LOW și când intrarea este LOW, ieșirea va fi HIGH.

Când ieșirea este HIGH de la a doua poartă NAND, tranzistorul Q1 este pornit și acesta pornește ledul verde al ledului roșu / verde cu trei fire. Q2 este, de asemenea, activat, dar acest lucru servește doar pentru a menține Q4 dezactivat. Când ieșirea este LOW, Q2 este oprit, ceea ce determină pornirea Q4 (și Q1 este oprită). Aceasta oprește ledul verde, aprinde ledul roșu și, de asemenea, aprinde ledurile luminoase ale tunelului.

Pasul 2: Imagini luminoase tunel

Prima imagine de mai sus arată un tren care intră în tunel cu LED-ul de sus deschis.

A doua imagine arată un LDR încorporat în pistă și balast. Când motorul și mașinile călătoresc peste LDR, aruncă o umbră suficientă pentru a declanșa LED-urile tunelului să se aprindă. Există un LED la fiecare capăt al tunelului.

Pasul 3: Divizorul de tensiune NAND Gate

LDR-urile creează individual un circuit divizor de tensiune pentru fiecare dintre intrările la porțile NAND. Valorile rezistenței LDR cresc odată cu scăderea cantității de lumină.

Porțile NAND determină în mod logic că tensiunile de intrare de 1/2 sau mai mari în comparație cu tensiunea sursei sunt considerate o valoare ÎNALTĂ și tensiunile de intrare mai mici de 1/2 din tensiunea sursei sunt considerate un semnal LOW.

În schemă, LDR-urile sunt conectate la tensiunea de intrare și tensiunea semnalului este luată ca tensiune după LDR. Divizorul de tensiune este alcătuit dintr-un rezistor de 10k și, de asemenea, un potențiometru variabil de 20k. Potențiometrul este utilizat pentru a permite controlul valorii semnalului de intrare. Cu condiții de lumină variabile, LDR poate avea o valoare normală de 2k - 5k ohmi sau, dacă într-o locație mai întunecată a aspectului, poate fi de 10k - 15k. Adăugarea potențiometrului ajută la controlul stării implicite a luminii.

Condiția implicită (fără tren în sau care se apropie de tunel) are valori de rezistență scăzute pentru LDR-uri (în general 2k - 5k ohmi) ceea ce înseamnă că intrările la porțile NAND sunt considerate ÎNALTE. Scăderea de tensiune după LDR (presupunând 5v de intrare și 5k pe LDR și o combinație de 15k pentru rezistor și potențiometru) va fi de 1,25v lăsând 3,75v ca intrare la poarta NAND. Când rezistența unui LDR este crescută deoarece este acoperită sau umbrită, intrarea porții NAND scade.

Când trenul trece peste LDR pe cale, rezistența LDR va crește la 20k sau mai mult (în funcție de condițiile de iluminare) și tensiunea de ieșire (sau de intrare la poarta NAND) va scădea la aproximativ 2,14v, care este mai mică de 1/2 tensiune sursă care, prin urmare, schimbă intrarea de la un semnal HIGH la un semnal LOW.

Pasul 4: consumabile

1 - 1uf condensator

1 - 4148 diodă de semnal

Conectori 5 - 2p

Conectori 2 - 3p

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

3 - 2n3904 tranzistori

2 - GL5516 LDR (sau similar)

Rezistențe de 2 - 100 ohmi

Rezistențe de 2 - 150 ohmi

Rezistor 1 - 220 ohmi

2 - 1k rezistențe

2 - 10k rezistențe

2 - 20k potențiometre variabile

Rezistor 1 - 50k

Rezistor 1 - 1 - 10m

1 - CD4023 IC (porți NAND triple cu intrare dublă)

Priză 1 - 14 pini

1 - detector de evitare a obstacolelor (așa)

Pe placa mea de circuit am folosit un mosfet IRLM6402 P-ch pe o mică placă SOT-23. Am găsit că mosfetele SOT-23 p-ch sunt mai ieftine decât factorul de formă T0-92. Oricare va funcționa pe placa de circuit, deoarece pinouturile sunt aceleași.

Totul este încă un lucru în desfășurare și cred că se pot face încă unele valori ale rezistenței sau unele îmbunătățiri!

Pasul 5: placa PCB

Primele mele versiuni de lucru ale plăcii de circuite au fost realizate pe o placă de calcul. Când s-a dovedit că funcționează conceptul, am lipit manual întregul circuit, ceea ce poate consuma foarte mult timp și, în general, am conectat întotdeauna ceva greșit. Circuitul meu actual de lucru, care este acum versiunea 3 și include porțile triple NAND (versiunile anterioare foloseau intrările CD4011 dual NAND gate) și, așa cum se arată în videoclip, este o placă cu circuite imprimate cu fișiere de ieșire generate de Kicad, care este software de modelare a circuitelor.

Am folosit acest site pentru a comanda PCB-urile:

Aici, în Canada, costul pentru 5 plăci este mai mic de 3 USD. Transportul tinde să fie cea mai scumpă componentă. Voi comanda de obicei 4 sau 5 plăci de circuite diferite. (A doua și mai multe plăci de circuite sunt aproximativ duble față de prețul primelor 5). Costurile tipice de expediere (prin poștă către Canada din diferite motive) sunt de aproximativ 20 USD. Având placa de circuit pre-construită, așa că trebuie doar să lipesc componentele, este un economisitor excelent de timp!

Iată un link către fișierele Gerber pe care le puteți încărca în jlcpcb sau în oricare dintre ceilalți producători de prototipuri PCB.