Model železničního osvětlení automatického tunelu: 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Toto je můj oblíbený obvod. Moje modelové uspořádání železnice (stále probíhá) má několik tunelů, a přestože to pravděpodobně není prototyp, chtěl jsem mít osvětlení tunelu, které se rozsvítilo, když se vlak blížil k tunelu. Můj první impuls byl koupit elektronickou stavebnici s díly a LED, což jsem udělal. Ukázalo se, že je to sada Arduino, ale netušil jsem, co je Arduino. Zjistil jsem to. A to vedlo k dobrodružství s učením se nějaké elektroniky. Alespoň dost na to, aby se udělalo tunelové osvětlení! A bez Arduina.

Toto je alespoň moje třetí verze desky s obvody tunelů. Základní design jsem objevil v jednom z projektů knihy Elektronické obvody pro Evil Genius 2E. Je to skvělá učebnice! Objevil jsem také použití čipů s integrovanými obvody, konkrétně čtyřkanálové vstupní brány NAND CD4011.

Krok 1: Schéma obvodu

Do obvodu světel tunelu jsou tři signální vstupy. Dva jsou vstupy LDR (odpory závislé na světle) a jeden je volitelná deska s obvody detektoru překážek. Vstupní signály těchto zařízení jsou logicky vyhodnocovány vstupy NAND brány na CD4023 (trojité vstupní brány NAND).

K dispozici je jedna zelená/červená společná anoda LED (která bude použita na zobrazovacím panelu indikujícím, že vlak okupuje konkrétní tunel nebo se blíží k tunelu). Zelená bude ukazovat na čistý tunel a červená na obsazený tunel. Když svítí červená LED, rozsvítí se také světla tunelu.

Když některý ze tří vstupů detekuje stav signálu, výstup brány NAND bude VYSOKÝ. Jedinou podmínkou, kdy je první výstup brány NAND LOW, je jediná podmínka, když jsou všechny vstupy VYSOKÉ (všechny detektory ve výchozím stavu).

Obvod obsahuje mosfet P-CH, který se používá k ochraně obvodu před špatně zapojeným napájením a zemí. To se může snadno stát při zapojování desky plošných spojů pod tabulku rozvržení. V předchozích verzích desky jsem v obvodu používal diodu k ochraně obvodu před přepínáním zemních a napájecích vodičů, ale dioda spotřebovala 0,7 voltů z 5 voltů, které jsou k dispozici. Mosfet neklesá žádné napětí a přesto chrání obvod, pokud se vám špatně spletou vodiče.

VYSOKÝ výstup první brány NAND prochází diodou do další brány NAND a je také připojen k obvodu časového zpoždění rezistoru/kondenzátoru. Tento obvod udržuje vstup HIGH do druhé brány NAND po dobu 4 nebo 5 sekund v závislosti na hodnotě odporu a kondenzátoru. Toto zpoždění brání tomu, aby světla tunelu blikala a zhasínala, když je LDR vystaven světlu mezi projíždějícími vozy, a také se zdá být přiměřenou dobou, protože zpoždění poskytne poslednímu vozu čas na vjezd do tunelu nebo výstup z tunelu.

Uvnitř tunelu bude detektor překážek udržovat obvod aktivovaný, protože také monitoruje průjezd aut. Tyto obvody detektorů lze nastavit tak, aby vyhledávaly automobily jen několik centimetrů daleko a také aby nebyly spouštěny protější stěnou tunelu.

Pokud se rozhodnete nepřipojit detektor překážek uvnitř tunelu (krátký tunel nebo obtížný), stačí připojit VCC k výstupu na 3pinový terminál detektoru překážek a tím bude na vstupu brány NAND udržován VYSOKÝ signál.

Dvě brány NAND se používají k umožnění implementace místa pro RC obvod. Kondenzátor se zapne, když je první brána NAND VYSOKÁ. Tento signál je vstupem do druhé brány NAND. Když první brána NAND klesne na NÍZKOU (vše je jasné), kondenzátor udrží signál do druhé brány NAND VYSOKÝ, zatímco se pomalu vybíjí přes odpor 10 m. Dioda zabraňuje vybíjení kondenzátoru jako jímka přes výstup brány NAND.

Protože všechny tři vstupy druhé brány NAND jsou spojeny dohromady, když je vstup VYSOKÝ, výstup bude NÍZKÝ a když je vstup NÍZKÝ, výstup bude VYSOKÝ.

Když je výstup z druhé brány NAND VYSOKÝ, zapne se tranzistor Q1 a rozsvítí se zelená LED třívodičová červená/zelená LED. Q2 je také zapnutý, ale slouží pouze k vypnutí Q4. Když je výstup NÍZKÝ, Q2 se vypne, což způsobí zapnutí Q4 (a také Q1 je vypnuto). Tím se vypne zelená LED, rozsvítí se červená LED a také se rozsvítí světelné diody tunelu.

Krok 2: Obrázky světelného tunelu

První obrázek nahoře ukazuje vlak vjíždějící do tunelu se zapnutou horní LED.

Druhý obrázek ukazuje LDR zabudovaný ve stopě a předřadníku. Když motor a auta cestují po LDR, vrhají dostatek stínu, aby se rozsvítily LED diody tunelu. Na každém konci tunelu je LED dioda.

Krok 3: Dělič napětí brány NAND

Jednotky LDR jednotlivě vytvářejí obvod děliče napětí pro každý ze vstupů do bran NAND. Hodnoty odporu LDR se zvyšují se snižováním množství světla.

Brány NAND logicky určují, že vstupní napětí 1/2 nebo větší ve srovnání se zdrojovým napětím jsou považována za VYSOKOU hodnotu a vstupní napětí menší než 1/2 zdrojového napětí jsou považována za NÍZKÝ signál.

Ve schématu jsou LDR připojeny ke vstupnímu napětí a napětí signálu je bráno jako napětí za LDR. Dělič napětí je pak tvořen 10k odporem a také variabilním 20k potenciometrem. Potenciometr slouží k ovládání hodnoty vstupního signálu. Při měnících se světelných podmínkách může mít LDR normální hodnotu 2k - 5k ohmů nebo, pokud je na tmavším místě rozvržení, může být 10k - 15k. Přidání potenciometru pomáhá kontrolovat výchozí světelné podmínky.

Výchozí stav (žádný vlak v tunelu nebo se k němu blíží) má nízké hodnoty odporu pro LDR (obecně 2 k - 5 k ohmů), což znamená, že vstupy do bran NAND jsou považovány za VYSOKÉ. Pokles napětí po LDR (za předpokladu 5v vstupu a 5k na LDR a kombinovaných 15k pro odpor a potenciometr) bude 1,25v ponechat 3,75v jako vstup do brány NAND. Když se zvýší odpor LDR, protože je zakrytý nebo zastíněný, VSTUP brány NAND klesne.

Když vlak přejde přes LDR v koleji, odpor LDR se zvýší na 20k nebo více (v závislosti na světelných podmínkách) a výstupní napětí (nebo vstup do brány NAND) klesne na přibližně 2,14v, což je méně než 1/2 zdrojového napětí, které proto mění vstup ze signálu HIGH na signál LOW.

Krok 4: Spotřební materiál

1 - 1uf kondenzátor

1 - 4148 signální dioda

Konektory 5 - 2p

2 - 3p konektory

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

3 - 2n3904 tranzistory

2 - GL5516 LDR (nebo podobný)

2 - 100 ohmové odpory

2 - 150 ohmové odpory

Odpor 1 - 220 ohmů

2 - 1k odpory

2 - 10k odpory

2 - 20k variabilní potenciometry

1 - 50k odpor

Odpor 1 - 1 - 10 m

1 - CD4023 IC (dvojitý trojitý vstup NAND brány)

Zásuvka 1 - 14 pinů

1 - detektor vyhýbání se překážkám (takto)

Na desce s obvody jsem použil mosfet IRLM6402 P-ch na malou desku SOT-23. Zjistil jsem, že mosfety SOT-23 p-ch jsou levnější než tvarový faktor T0-92. Každý z nich bude fungovat na desce s obvody, protože vývody jsou stejné.

To vše je stále nedokončená práce a myslím, že některé hodnoty odporu nebo některá vylepšení je stále možné provést!

Krok 5: Deska plošných spojů

Moje první pracovní verze desky s obvody byly provedeny na prkénku. Když se ukázalo, že koncept funguje, ručně jsem pájel celý obvod, což může být časově velmi náročné a obecně jsem vždy zapojil něco špatného. Moje současná pracovní deska s obvody, která je nyní verzí 3 a obsahuje trojité brány NAND (předchozí verze používaly dvojité vstupy NAND brány CD4011) a jak je ukázáno na videu, je deska s plošnými spoji s výstupními soubory generovanými Kicadem, což je moje software pro modelování obvodů.

Použil jsem tento web pro objednání desek plošných spojů:

Tady v Kanadě jsou náklady na 5 desek nižší než 3 dolary. Doprava je obvykle nejdražší. Obvykle objednám 4 nebo 5 různých obvodových desek. (Druhý a více obvodových desek je zhruba dvojnásobek ceny prvních 5). Typické náklady na dopravu (poštou do Kanady z různých důvodů) jsou asi 20 $. Mít předem vyrobenou desku s obvody, takže musím jen pájet součástky, je skvělá úspora času!

Zde je odkaz na soubory Gerber, které můžete nahrát na jlcpcb nebo na jiného výrobce prototypů DPS.