Modeli Dritat e Tunelit Automatik të Hekurudhave: 5 Hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Ky është bordi im i preferuar i qarkut. Modeli im model i hekurudhës (ende në progres) ka një numër tunelesh dhe megjithëse ndoshta nuk është prototipik, doja të kisha dritat e tunelit që ndizeshin kur treni i afrohej tunelit. Impulsi im i parë ishte të blija një çantë elektronike me pjesë dhe led, gjë që e bëra. Doli të ishte një çantë Arduino, por unë nuk e kisha idenë se çfarë ishte një Arduino. E kuptova. Dhe kjo çoi në një aventurë për të mësuar disa pajisje elektronike. Të paktën sa për të bërë dritat e tunelit! Dhe pa një Arduino.

Ky është të paktën versioni im i tretë i bordit të qarkut të dritave të tunelit. Dizajni bazë që zbulova në një nga projektet e librit Qarqet Elektronike për Gjenin e Keq 2E. Ky është një libër i shkëlqyeshëm mësimi! Unë gjithashtu zbulova përdorimin e çipave të qarkut të integruar, veçanërisht portat NAND me katër hyrje CD4011.

Hapi 1: Skema e Qarkut

Ekzistojnë tre hyrje sinjali në qarkun e dritave të tunelit. Dy janë hyrje LDR (rezistorë të varur nga drita) dhe një është një bord qarkor i detektorit të pengesave opsionale. Sinjalet hyrëse të këtyre pajisjeve vlerësohen logjikisht nga hyrjet e portës NAND të CD4023 (porta të trefishta NAND Gates).

Ekziston një LED anode e gjelbër/e kuqe e zakonshme (e cila do të përdoret në panelin e ekranit që tregon se një tren po zë një tunel specifik ose po i afrohet tunelit). E gjelbër do të tregojë një tunel të qartë dhe e kuqja do të tregojë një tunel të zënë. Kur drita e kuqe është e ndezur, dritat e tunelit gjithashtu do të jenë të ndezura.

Kur ndonjë nga tre hyrjet zbulon një gjendje sinjali, dalja e portës NAND do të jetë LART. Kushti i vetëm kur dalja e parë e portës NAND është LOW është kushti i vetëm kur të gjitha hyrjet janë LART (të gjithë detektorët në gjendje të paracaktuar).

Qarku përfshin një mosfet P-CH i cili përdoret për të mbrojtur qarkun nga fuqia dhe toka e gabuar. Kjo mund të ndodhë lehtësisht kur lidhni tabelën e qarkut nën tryezën e paraqitjes. Në versionet e mëparshme të bordit kam përdorur një diodë në qark për të mbrojtur qarkun nga ndërrimi i telave të tokëzimit dhe energjisë, por dioda ka konsumuar.7 volt nga 5 voltët në dispozicion. Mosfet nuk bie asnjë tension dhe prapë mbron qarkun nëse gaboni telat.

Dalja e Lartë e portës së parë NAND kalon përmes një diodë në portën tjetër NAND dhe është gjithashtu e lidhur me një qark të vonesës së rezistencës/kondensatorit. Ky qark mban hyrjen HIGH në portën e dytë NAND për 4 ose 5 sekonda në varësi të vlerës së rezistencës dhe kondensatorit. Kjo vonesë parandalon që dritat e tunelit të ndizen dhe fiken kur LDR është e ekspozuar ndaj dritës midis makinave që kalojnë dhe gjithashtu duket një kohë e arsyeshme pasi vonesa do t'i japë kohë makinës së fundit për të hyrë në tunel ose për të dalë nga tuneli.

Brenda tunelit detektori i pengesave do ta mbajë qarkun të aktivizuar pasi monitoron gjithashtu kalimin e makinave. Këto qarqe detektor mund të rregullohen për të dalluar makinat vetëm disa centimetra larg dhe gjithashtu të mos nxiten nga muri i kundërt i tunelit.

Nëse zgjidhni të mos e lidhni detektorin e pengesave brenda tunelit (tunel i shkurtër ose i vështirë) thjesht lidhni VCC në dalje në terminalin e detektorit të pengesave me 3 kunja dhe kjo do të mbajë një sinjal të Lartë në atë hyrje të portës NAND.

Dy porta NAND përdoren për të lejuar zbatimin e një vendi për qarkun RC. Kondensatori ndizet kur porta e parë NAND është LART. Ky sinjal është hyrja në portën e dytë NAND. Kur porta e parë NAND shkon LOW (krejtësisht e qartë) kondensatori e mban sinjalin në portën e dytë NAND LART HIGH ndërsa shkarkohet ngadalë përmes rezistencës 1 10m. Dioda parandalon që kondensatori të shkarkohet si një lavaman përmes daljes së portës NAND një.

Meqenëse të tre hyrjet e portës së dytë NAND janë të lidhura së bashku, kur hyrja është HIGH dalja do të jetë LOW dhe kur hyrja është LOW, dalja do të jetë LART.

Kur dalja është LART nga porta e dytë NAND, tranzistori Q1 ndizet dhe kjo ndez dritën e gjelbër të led me tre tela të kuq/jeshil. Q2 është gjithashtu i ndezur, por kjo shërben vetëm për të mbajtur Q4 të fikur. Kur dalja është e ULOWT, Q2 është i fikur gjë që bën që Q4 të ndizet (dhe gjithashtu Q1 është i fikur). Kjo e fik dritën e gjelbër, e ndez atë të kuqe dhe gjithashtu ndez dritat e tunelit.

Hapi 2: Imazhet e dritës së tunelit

Imazhi i parë më sipër tregon një tren që hyn në tunel me LED -in e sipërm të ndezur.

Imazhi i dytë tregon një LDR të ngulitur në pistë dhe çakëll. Kur motori dhe makinat udhëtojnë mbi LDR ato hedhin një hije të mjaftueshme për të bërë që LED -të e tunelit të ndizen. Ekziston një LED në çdo skaj të tunelit.

Hapi 3: Ndarës i tensionit të portës NAND

LDR -të krijojnë individualisht një qark ndarës të tensionit për secilën nga hyrjet në portat NAND. Vlerat e rezistencës së LDR rriten me zvogëlimin e sasisë së dritës.

Portat NAND logjikisht përcaktojnë që tensionet hyrëse prej 1/2 ose më të mëdha kur krahasohen me tensionin e burimit konsiderohen si një vlerë e Lartë dhe tensionet hyrëse më pak se 1/2 e tensionit të burimit konsiderohen një sinjal i ULT.

Në skemën, LDR -të lidhen me tensionin hyrës dhe tensioni i sinjalit merret si tension pas LDR -së. Ndarësi i tensionit përbëhet nga një rezistencë 10k dhe gjithashtu një potenciometër i ndryshueshëm 20k. Potenciometri përdoret për të lejuar kontrollin e vlerës së sinjalit hyrës. Me kushte të ndryshme të dritës, LDR mund të ketë një vlerë normale prej 2k - 5k Ohm ose, nëse në një vend të errët të paraqitjes mund të jetë 10k - 15k. Shtimi i potenciometrit ndihmon për të kontrolluar gjendjen e paracaktuar të dritës.

Gjendja e paracaktuar (asnjë tren brenda ose duke iu afruar një tuneli) ka vlera të ulëta të rezistencës për LDR -të (përgjithësisht 2k - 5k Ohm) që do të thotë se hyrjet në portat NAND konsiderohen të LARTA. Rënia e tensionit pas LDR (duke supozuar hyrje 5v dhe 5k në LDR dhe një kombinim 15k për rezistencën dhe potenciometrin) do të jetë 1.25v duke lënë 3.75v si hyrje në portën NAND. Kur rezistenca e një LDR rritet sepse është e mbuluar ose e mbuluar me hije, HYRJA e portës NAND shkon poshtë.

Kur treni kalon mbi LDR në binarë, rezistenca e LDR do të rritet në 20k ose më shumë (në varësi të kushteve të ndriçimit) dhe tensioni i daljes (ose hyrja në portën NAND) do të bjerë në rreth 2.14v, që është më pak se 1/2 tensioni i burimit i cili prandaj ndryshon hyrjen nga një sinjal i Lartë në një sinjal të UL.

Hapi 4: Furnizimet

Kondensator 1 - 1uf

Diodë sinjali 1 - 4148

Lidhës 5 - 2p

Lidhës 2 - 3p

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

3 - 2n3904 transistorë

2 - GL5516 LDR (ose të ngjashme)

Rezistorë 2 - 100 Ohm

Rezistenca 2 - 150 ohm

Rezistencë 1 - 220 ohm

2 - 1k rezistorë

2 - 10k rezistorë

2 - 20k potenciometra të ndryshueshëm

Rezistencë 1 - 50k

Rezistencë 1 - 1 - 10m

1 - CD4023 IC (dy hyrje e trefishtë NAND Gates)

Fole 1 - 14 pin

1 - detektor i shmangies së pengesave (si ky)

Në bordin tim qark kam përdorur një IRLM6402 P-ch mosfet në një tabelë të vogël SOT-23. Kam gjetur se mosfetë SOT-23 p-ch janë më të lira se faktori i formës T0-92. Secila prej tyre do të punojë në tabelën e qarkut pasi pinoutet janë të njëjta.

E gjithë kjo është ende një punë në progres dhe unë mendoj se disa vlera të rezistencës ose disa përmirësime ende mund të bëhen!

Hapi 5: Bordi i PCB

Versionet e mia të para të punës të bordit të qarkut u bënë në një dërrasë buke. Kur koncepti u vërtetua se funksionoi, atëherë bashkova me dorë të gjithë qarkun, i cili mund të marrë shumë kohë dhe në përgjithësi unë gjithmonë instalova diçka të gabuar. Bordi im aktual i qarkut, i cili tani është versioni 3 dhe përfshin portat e trefishta NAND (versionet e mëparshme përdorën hyrjet e dyfishta të portës CD4011 NAND), dhe siç tregohet në video, është një tabelë qarku e shtypur me skedarë dalës të gjeneruar nga Kicad i cili është imi softuer i modelimit të qarkut.

Unë kam përdorur këtë faqe për të porositur PCB -të:

Këtu në Kanada kostoja për 5 dërrasa është më pak se 3 dollarë. Transporti tenton të jetë komponenti më i shtrenjtë. Zakonisht do të porosis 4 ose 5 tabela të ndryshme qarkore. (Tabelat e dyta dhe më shumë janë rreth dyfishi i çmimit të 5 të parave). Shpenzimet tipike të transportit (me postë në Kanada për arsye të ndryshme) është rreth 20 dollarë. Të kesh bordin e qarkut të ndërtuar paraprakisht kështu që unë vetëm duhet të bashkoj në përbërës është një kursimtar i shkëlqyeshëm i kohës!

Këtu është një lidhje me Dosjet Gerber që mund të ngarkoni në jlcpcb ose në cilindo nga prodhuesit e tjerë të prototipit të PCB.