Model spoorweg outomatiese tonnelligte: 5 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Dit is my gunsteling printplaat. My model spoorweguitleg (nog aan die gang) het 'n aantal tonnels, en hoewel dit waarskynlik nie prototipies was nie, wou ek tonnelligte laat aanskakel terwyl die trein die tonnel nader. My eerste impuls was om 'n elektroniese kit met onderdele en LED's te koop, wat ek gedoen het. Dit blyk 'n Arduino -kit te wees, maar ek het geen idee gehad wat 'n Arduino is nie. Ek het wel uitgevind. En dit het gelei tot 'n avontuur om elektronika te leer. Ten minste genoeg om tonnelligte te doen! En sonder 'n Arduino.

Dit is ten minste my derde weergawe van die kringbord vir tonnelligte. Die basiese ontwerp het ek ontdek in een van die projekte van die boek Electronic Circuits for the Evil Genius 2E. Dit is 'n wonderlike leerboek! Ek het ook ontdek met behulp van geïntegreerde kringskyfies, spesifiek die CD4011 vier -ingang NAND -hekke.

Stap 1: Die kringskema

Daar is drie seininvoer na die tonnelligkring. Twee is LDR -insette (ligafhanklike weerstande) en die een is 'n opsionele kringkaart vir hindernisverklikkers. Die insetseine van hierdie toestelle word logies beoordeel deur die NAND -hekke -insette van die CD4023 (drie -ingang NAND -hekke).

Daar is een groen/rooi gewone anode -LED (wat op die vertoonpaneel gebruik sal word om aan te dui dat 'n trein 'n spesifieke tonnel beslaan of die tonnel nader). Die groen sal 'n duidelike tonnel aandui en die rooi dui op 'n besette tonnel. As die rooi led aan is, is die tonnelligte ook aan.

As een van die drie insette 'n seintoestand opspoor, is die NAND -hekuitset HOOG. Die enigste voorwaarde wanneer die eerste NAND -hek -uitset LAAG is, is die enkele voorwaarde wanneer alle insette HOOG is (alle detektore in standaardtoestand).

Die kring bevat 'n P-CH mosfet wat gebruik word om die stroombaan te beskerm teen verkeerde bedrading en grond. Dit kan maklik gebeur as u die bord onder die uitlegtafel aansluit. In vorige weergawes van die bord het ek 'n diode in die stroombaan gebruik om die stroombaan te beskerm teen die omskakeling van die grond- en kragdrade, maar die diode verbruik 0,7 volt van die 5 volt wat beskikbaar is. Die mosfet laat geen spanning val nie en beskerm steeds die stroombaan as u die drade verkeerd kry.

Die HOOG -uitset van die eerste NAND -hek gaan deur 'n diode na die volgende NAND -hek en is ook gekoppel aan 'n weerstand/kapasitor tydvertragingskring. Hierdie kring behou die HOOG -inset vir die tweede NAND -hek vir 4 of 5 sekondes, afhangende van die waarde van die weerstand en die kapasitor. Hierdie vertraging verhoed dat die tonnelligte aan en af flits wanneer die LDR blootgestel word aan lig tussen motors wat verbyry, en dit lyk ook redelik lank, aangesien die vertraging die laaste motor tyd sal gee om die tonnel binne te gaan of die tonnel te verlaat.

Binne die tonnel hou die hindernisdetektor die kring geaktiveer, aangesien dit ook die verbygaan van die motors monitor. Hierdie detektorkringe kan aangepas word om motors net 'n paar sentimeter verder te sien en kan ook nie deur die teenoorgestelde muur van die tonnel veroorsaak word nie.

As u besluit om nie die hindernisdetektor in die tonnel aan te sluit nie (kort tonnel of moeilik), koppel die VCC aan op die uitset op die 3 -pen hindernisdetektorterminal, en dit sal 'n HOOG sein op die NAND -hek -ingang behou.

Twee NAND -hekke word gebruik om 'n plek vir die RC -kring toe te laat. Die kapasitor word aangeskakel wanneer die eerste NAND -hek HOOG is. Hierdie sein is die invoer van die tweede NAND -hek. As die eerste NAND -hek LOW (heeltemal skoon) gaan, hou die kondensator die sein na die tweede NAND -hek HOOG terwyl dit stadig deur die weerstand van 1 m loop. Die diode verhoed dat die kondensator as 'n wasbak deur die afvoer van die NAND -hek een ontlaai.

Aangesien al drie die insette van die tweede NAND -hek aan mekaar vasgemaak is, sal die inset HOOG wees wanneer die inset HOOG is, en die inset LAAG is, sal die uitset HOOG wees.

As die uitset HOOG is vanaf die tweede NAND -hek, word die Q1 -transistor aangeskakel en dit skakel die groen LED van die drie -draad rooi/groen LED aan. Q2 is ook aangeskakel, maar dit dien net om Q4 af te hou. As die uitset LAAG is, word Q2 afgeskakel, wat veroorsaak dat Q4 aanskakel (en ook Q1 word afgeskakel). Dit skakel die groen led uit, skakel die rooi led aan en skakel ook die tonnelligte aan.

Stap 2: Tunnel Light Images

Die eerste foto hierbo toon 'n trein wat die tonnel binnegaan met die oorhoofse LED aan.

Die tweede beeld toon 'n LDR wat in die baan en ballas ingebed is. As die enjin en motors oor die LDR ry, gooi dit genoeg skaduwee om die tonnel -LED's aan te skakel. Daar is 'n LED aan elke kant van die tonnel.

Stap 3: NAND Gate Voltage Divider

Die LDR's skep afsonderlik 'n spanningsverdelerkring vir elk van die insette na die NAND -hekke. Weerstandswaardes van die LDR's neem toe namate die hoeveelheid lig afneem.

Die NAND -hekke bepaal logies dat ingangsspannings van 1/2 of groter in vergelyking met die bronspanning as 'n HOOG waarde beskou word en dat ingangsspannings minder as 1/2 van die bronspanning as 'n LAE sein beskou word.

In die skema word die LDR's verbind met die ingangsspanning en word die seinspanning as die spanning na die LDR beskou. Die spanningsverdeler bestaan dan uit 'n 10k -weerstand en ook 'n veranderlike 20k -potensiometer. Die potensiometer word gebruik om die ingangsein se waarde te beheer. By wisselende ligomstandighede kan die LDR 'n normale waarde van 2k - 5k ohm hê, of as dit op 'n donkerder plek van die uitleg 10k - 15k kan wees. Deur die potensiometer by te voeg, help dit om die standaard ligtoestand te beheer.

Die standaardtoestand (geen trein in of nader 'n tonnel nie) het lae weerstandswaardes vir die LDR's (gewoonlik 2k - 5k ohm), wat beteken dat die insette van die NAND -hekke as HOOG beskou word. Die spanningsval na die LDR (veronderstel 5v inset en 5k op die LDR en 'n gesamentlike 15k vir die weerstand en potensiometer) sal 1,25v wees en 3,75v verlaat as ingang na die NAND -hek. As die weerstand van 'n LDR verhoog word omdat dit bedek of in die skadu is, word die INVOER van die NAND -hek laag.

As die trein oor die LDR in die spoor ry, sal die weerstand van die LDR toeneem tot 20k of meer (afhangende van beligtingstoestande) en die uitsetspanning (of insette na die NAND -hek) sal daal tot ongeveer 2.14v, wat minder is as 1/2 bronspanning wat die ingang van 'n HOOG sein na 'n LAE sein verander.

Stap 4: Voorrade

1 - 1uf kapasitor

1 - 4148 seindiode

5 - 2p verbindings

2 - 3p verbindings

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

3 - 2n3904 transistors

2 - GL5516 LDR (of soortgelyk)

2 - 100 ohm weerstande

2 - 150 ohm weerstande

1 - 220 ohm weerstand

2 - 1k weerstande

2 - 10k weerstande

2 - 20k veranderlike potensiometers

1 - 50k weerstand

1 - 1 - 10m weerstand

1 - CD4023 IC (dubbele drie -ingang NAND -hekke)

1 - 14 -pen aansluiting

1 - Hindernis -vermydingsdetektor (soos hierdie)

Op my bord het ek 'n IRLM6402 P-ch mosfet op 'n klein SOT-23-bord gebruik. Ek het gevind dat die SOT-23 p-ch mosfets goedkoper is as die T0-92 vormfaktor. Beide werk in die printplaat, aangesien die pinouts dieselfde is.

Dit word nog steeds aan die gang gehou, en ek dink dat daar nog weerstandswaardes of verbeterings aangebring kan word!

Stap 5: Die PCB -bord

My eerste werkweergawes van die bord is op 'n broodbord gedoen. Toe die konsep blyk te werk, het ek die hele stroombaan met die hand gesoldeer, wat baie tydrowend kan wees en gewoonlik het ek altyd iets verkeerds bedraad. My huidige werkplaat, wat nou weergawe 3 is en die drievoudige NAND -hekke bevat (vorige weergawes het die CD4011 -dubbele NAND -hekke -ingange gebruik), en soos in die video getoon, is 'n gedrukte kring met uitvoerlêers wat deur Kicad gegenereer is, wat my kringmodelleringsagteware.

Ek het hierdie webwerf gebruik om die PCB's te bestel:

Hier in Kanada is die koste vir 5 planke minder as $ 3. Versending is gewoonlik die duurste komponent. Ek bestel gewoonlik 4 of 5 verskillende stroombane. (Die tweede en meer stroombane is ongeveer dubbel die prys van die eerste 5). Tipiese afleweringskoste (per pos na Kanada om verskillende redes) is ongeveer $ 20. Dit is 'n goeie tydsbesparing om die printplaat vooraf te laat bou, sodat ek net die komponente moet soldeer.

Hier is 'n skakel na die Gerber -lêers wat u na jlcpcb of enige van die ander vervaardigers van die PCB -prototipe kan oplaai.