Nízkorozpočtová rychlostní značka radaru: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Chtěli jste někdy postavit vlastní levnou radarovou rychlostní značku? Žiji na ulici, kde auta jezdí příliš rychle, a mám strach o bezpečnost svých dětí. Říkal jsem si, že by bylo mnohem bezpečnější, kdybych mohl nainstalovat vlastní radarovou rychlostní značku, která zobrazuje rychlost, abych mohl přimět řidiče zpomalit. Podíval jsem se online na koupi radarové značky rychlosti, ale zjistil jsem, že většina značek stojí přes 1 000 USD, což je dost drahé. Také nechci projít dlouhým procesem instalace značky na město, protože jsem slyšel, že je to může stát více než 5 000–10 000 $. Místo toho jsem se rozhodl postavit levné řešení sám a ušetřit nějaké peníze a přitom se pobavit.

Objevil jsem OmniPreSense, který nabízí levný modul radarového senzoru krátkého dosahu ideální pro mou aplikaci. Formát modulu PCB je velmi malý, má pouze 2,1 x 2,3 x 0,5 palce a váží pouhých 11 g. Elektronika je samostatná a plně integrovaná, takže zde nejsou žádné výkonové elektronky, objemná elektronika ani potřeba velkého výkonu. Dosah pro velký předmět, jako je auto, je 50 stop až 100 stop (15 m až 30 m). Modul provádí všechna měření rychlosti, zpracovává veškeré zpracování signálu a poté jednoduše odesílá surová data o rychlosti přes svůj USB port. K přijímání dat používám levný Raspberry Pi (nebo Arduino nebo cokoli jiného, co má port USB). S trochou kódování pythonu a několika velkými levnými LED diodami namontovanými na desce mohu zobrazit rychlost. Moje zobrazovací deska může být připevněna na sloupu na okraji silnice. Přidáním značky s nápisem „Speed Checked by RADAR“nad displej mám nyní vlastní radarovou rychlostní značku, která poutá pozornost řidičů a zpomaluje je! To vše za méně než 500 $!

Krok 1: Materiály a nástroje

• 1 radarový senzor OPS241-A s krátkým dosahem
• 1 držák OPS241-A (3D tisk)
• 1 Raspberry Pi Model B v1.2
• 1 5V microUSB napájecí zdroj
• 1 Rhino Model AS-20 110V až 12V/5V 4pinový molex napájecí zdroj a napájecí kabel
• 1 Svorkovnice 3pólové svislé, středy 5,0 mm
• 1 Micro USB na standardní USB kabel
• 4 Distanční podložky, šrouby, matice
• 1 Rozvaděč a pokovená deska plošných spojů
• 4 Šrouby pro montáž na desku plošných spojů
• 3 odpory 1/8W 330 ohmů
• 3 tranzistor NTE 490 FET
• 1 NTE 74HCT04 Integrovaný TTL vysokorychlostní hexadecimální měnič CMOS
• 1 mini pečicí deska OSEPP s lepivou podložkou
• 2 0,156”kolíkový čtvercový přímý vodič, 8 obvodů
• 20 6”F/F prémiové propojovací vodiče 22AWG
• 1 dřevěná montážní deska 1 1 x 12 x 24 palců
• 1 Černá barva ve spreji
• 2 7segmentový displej Sparkfun - 6,5”(červený)
• 2 Sparkfun velká číslicová deska řidiče (SLDD)
• 1 Značka „Rychlost kontrolovaná radarem“

Krok 2: Plánování podlahy desky plošných spojů elektroniky

Začal jsem s hlavním ovládacím hardwarem, kterým je Raspberry Pi. Zde se předpokládá, že již máte Raspberry Pi s operačním systémem a máte nějaké zkušenosti s kódováním Pythonu. Raspberry Pi ovládá radarový senzor OPS241-A a přijímá informace o rychlosti. Ten se poté převede tak, aby se zobrazoval na velkém 7segmentovém LED displeji.

A. Chci umístit všechny elektrické součásti jiné než radarový senzor a LED displeje na jedinou uzavřenou desku plošných spojů elektroniky namontovanou na zadní straně desky displeje. To udržuje desku mimo dohled a v bezpečí před živly. Tímto způsobem je potřeba, aby ze zadní části desky vedly dopředu pouze dva kabely. Jeden kabel je kabel USB, který napájí modul OPS241-A a přijímá data o naměřené rychlosti. Druhý kabel pohání 7segmentový displej.

b. Deska plošných spojů musí umožnit dostatek místa pro Raspberry Pi, který zabírá většinu plochy. Také se musím ujistit, že po připojení budu moci snadno přistupovat k několika jeho portům. Porty, ke kterým potřebuji přístup, jsou USB port (rychlostní data modulu OPS241-A), ethernetový port (PC rozhraní pro vývoj/ladění kódu Pythonu), port HDMI (zobrazení okna Raspberry Pi a ladění/vývoj) a port micro USB (5V napájení pro Raspberry Pi).

C. Aby byl zajištěn přístup k těmto portům, jsou v krytu vyřezány otvory, které odpovídají umístění portů na Raspberry Pi.

d. Dále potřebuji najít místo pro desku s chlebem, která obsahuje diskrétní elektronické součástky pro napájení LED diod. Jedná se o druhou největší položku. Kolem něj musí být dostatek místa, abych k němu mohl propojit vodiče z Raspberry Pi a výstupní signály do záhlaví pro řízení LED diod. V ideálním případě, kdybych měl více času, bych místo použití breadboardu připájel komponenty a vodiče přímo na desku plošných spojů, ale pro mé účely je to dost dobré.

E. Plánuji mít záhlaví ovladače displeje vedle prkénka na okraji desky plošných spojů, abych udržel krátké délky vodičů, a také abych mohl vyříznout otvor v krytu a zapojit kabel do konektoru.

F. Nakonec nechávám na desce plošných spojů místo pro napájecí blok. Systém vyžaduje 5 V pro řadiče úrovně a ovladač displeje a 12 V pro LED diody. K napájecímu bloku připojuji standardní napájecí konektor 5V/12V, poté směruji silové signály z bloku na prkénko a LED záhlaví. Vyřízl jsem otvor v krytu, abych mohl k napájecímu konektoru připojit napájecí kabel 12V/5V.

G. Takto vypadá konečný půdorys elektroniky PCB (s krytem):

Krok 3: Montáž Raspberry Pi

Namontoval jsem svůj Raspberry Pi na děrovanou a pokovenou desku plošných spojů pomocí 4 distančních podložek, šroubů a matic. Rád používám pokovenou desku plošných spojů, abych mohl v případě potřeby pájet součástky a vodiče.

Krok 4: Přepínače úrovně signálu LED

Raspberry Pi GPIO může napájet maximálně 3,3 V každý. LED displej však vyžaduje 5V řídicí signály. Proto jsem potřeboval navrhnout jednoduchý, levný obvod pro posunutí řídicích signálů Pi z 3,3 V na 5 V. Obvod, který jsem použil, se skládá ze 3 diskrétních tranzistorů FET, 3 diskrétních odporů a 3 integrovaných měničů. Vstupní signály pocházejí z GPIO Raspberry Pi a výstupní signály jsou směrovány do záhlaví, které je připojeno ke kabelu z LED diod. Tři signály, které jsou převedeny, jsou GPIO23 na SparkFun LDD CLK, GPIO4 na SparkFun LDD LAT a SPIO5 na SparkFun LDD SER.

Krok 5: Velký LED sedmisegmentový displej

Pro zobrazení rychlosti jsem použil dvě velké LED diody, které jsem našel na SparkFun. Jsou 6,5 vysoké, což by mělo být čitelné z dobré vzdálenosti. Aby byly čitelnější, použil jsem modrou pásku na zakrytí bílého pozadí, i když černá může poskytnout větší kontrast.

Krok 6: LED Driver Board

Každá LED dioda vyžaduje sériový posuvný registr a západku pro držení řídicích signálů z Raspberry Pi a pohon LED segmentů. SparkFun má velmi dobrý zápis, jak to udělat zde. Raspberry Pi odesílá sériová data na sedmisegmentové LED displeje a ovládá časování západky. Desky ovladačů jsou namontovány na zadní straně LED a nejsou zepředu viditelné.

Krok 7: Montáž radarového modulu OPS241-A

Radarový snímač OPS241-A je stažen do 3D tištěného držáku, který pro mě vyrobil přítel. Alternativně jsem to mohl přišroubovat přímo do desky. Radarový senzor je namontován na přední straně desky vedle LED diod. Senzorový modul je namontován tak, aby byly antény (zlaté nášivky v horní části desky) namontovány vodorovně, i když podle specifikačního listu je vzor antény velmi symetrický v horizontálním i vertikálním směru, takže otočení o 90 ° by bylo pravděpodobně v pořádku. Když je radarový senzor připevněn k telefonnímu sloupu, směřuje ven po ulici. Vyzkoušelo se několik různých výšek a zjistilo se, že umístění je asi 2 metry vysoké jako nejlepší. Jakákoli vyšší a navrhoval bych případně naklonit desku trochu dolů.

Krok 8: Připojení napájení a signálu

Pro toto znamení existují dva zdroje energie. Jedním z nich je převedený napájecí zdroj HDD, který poskytuje napětí 12 V i 5 V. 7segmentový displej vyžaduje 12V pro LED diody a úrovně signálu 5V. Deska převodníku odebírá signály 3,3 V z Raspberry Pi a úroveň je posouvá na 5 V pro displej, jak bylo uvedeno výše. Druhým napájecím zdrojem je standardní 5V USB adaptér pro mobilní telefon nebo tablet s mikro konektorem USB pro Raspberry Pi.

Krok 9: Konečná montáž

Aby bylo možné držet radarový senzor, diody LED a řídicí desku, bylo vše namontováno na kus dřeva o rozměrech 12”x 24” x 1 “. LED diody byly namontovány na přední straně spolu s radarovým senzorem a řídicí deskou v jeho krytu na Zadní strana. Dřevo bylo natřeno černou barvou, aby bylo LED lépe čitelné. Napájení a řídicí signály pro LED byly směrovány otvorem ve dřevě za LED diodami. Radarový senzor byl namontován na přední straně vedle LED diod. Napájecí a ovládací kabel USB pro radarový senzor byl omotán přes horní část na dřevěnou desku. Pár otvorů v horní části desky se stahovacími páskami poskytlo prostředky pro připevnění desky na telefonní tyč vedle nápisu „Rychlost zkontrolována Radar “.

Deska řadiče byla přišroubována k zadní straně desky spolu s napájecím adaptérem.

Krok 10: Python kód

Ke spojení systému byl použit Python běžící na Raspberry Pi. Kód se nachází na GitHubu. Hlavní částí kódu je nastavení konfigurace, čtení dat přes USB sériový port z radarového senzoru, převod dat rychlosti na zobrazení a ovládání časování zobrazení.

Výchozí konfigurace na radarovém senzoru OPS241-A je v pořádku, ale zjistil jsem, že pro konfiguraci spouštění bylo zapotřebí několik úprav. Jednalo se o změnu z m/s hlášení na mph, změnu vzorkovací frekvence na 20ksps a úpravu nastavení squelch. Rychlost vzorkování přímo určuje nejvyšší rychlost, kterou lze hlásit (139 mph), a rychlost hlášení zrychluje.

Klíčovým učením je nastavení hodnoty squelch. Zpočátku jsem zjistil, že radarový senzor nezachytil auta na velmi velkou vzdálenost, možná jen 15-30 stop (5-10 m). Myslel jsem, že jsem mohl mít radarový senzor nastavený příliš vysoko, protože byl umístěn asi 7 stop nad ulicí. Snížení dolů na 4 stopy zřejmě nepomohlo. Pak jsem viděl nastavení squelch v dokumentu API a změnil jej na nejcitlivější (QI nebo 10). Díky tomu se detekční dosah výrazně zvýšil na 10 až 30 metrů.

Převzetí dat přes sériový port a překlad pro odeslání na diody LED bylo docela jednoduché. Při rychlosti 20 kps se údaje o rychlosti hlásí přibližně 4–6krát za sekundu. To je trochu rychlé a není dobré, aby se displej tak rychle měnil. Byl přidán ovládací kód displeje, aby se vyhledala nejrychlejší zaznamenaná rychlost každou sekundu a poté se zobrazilo toto číslo. Nahlášení čísla se tím prodlouží o jednu sekundu, ale to je v pořádku nebo je lze snadno upravit.

Krok 11: Výsledky a vylepšení

Udělal jsem si vlastní testování, když jsem řídil auto kolem něj při nastavených rychlostech a hodnoty poměrně dobře odpovídaly mé rychlosti. Společnost OmniPreSense uvedla, že modul nechali otestovat a může projít stejným testem, jakým prochází standardní policejní radarová zbraň s přesností 0,5 mph.

Když to shrnu, byl to skvělý projekt a pěkný způsob, jak vybudovat jistotu pro mou ulici. Existuje několik vylepšení, díky nimž je to ještě užitečnější, na což se podívám v následné aktualizaci. Prvním je nalezení větších a jasnějších LED diod. Datový list uvádí, že se jedná o 200-300 mcd (millicandela). Rozhodně je potřeba něco vyššího, než je slunce, které se při denním světle snadno vymývalo. Alternativně přidání stínění kolem okrajů LED může zabránit slunečnímu světlu.

Pokud bude toto řešení trvale zveřejněno, bude nutné zajistit ochranu před povětrnostními vlivy. Naštěstí je to radar a signály budou snadno procházet plastovým pouzdrem, stačí najít ten správný rozměr, který je také voděodolný.

Konečně přidání modulu kamery k Raspberry Pi, aby se vyfotil každý, kdo překročí rychlostní limit v naší ulici, by bylo opravdu skvělé. Mohl bych to dále rozšířit využitím palubního WiFi a odesláním upozornění a obrázku jedoucího auta. Přidání časového razítka, data a detekované rychlosti do obrázku by opravdu skončilo. Možná existuje dokonce i jednoduchá aplikace, která dokáže pěkně prezentovat informace.