Vasútmodell automata alagútfények: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Ez a kedvenc áramköri lapom. A vasútmodell elrendezésem (még folyamatban van) számos alagúttal rendelkezik, és bár valószínűleg nem prototípusos, azt akartam, hogy legyenek alagútlámpák, amelyek bekapcsolnak, amikor a vonat közeledik az alagúthoz. Az első impulzusom az volt, hogy vettem egy elektronikus készletet alkatrészekkel és ledekkel, amit meg is tettem. Kiderült, hogy Arduino készlet, de fogalmam sem volt, mi az Arduino. Megtudtam. És ez kalandhoz vezetett, amikor megtanult néhány elektronikát. Legalább elég alagútvilágításhoz! És Arduino nélkül.

Ez az alagútlámpák áramköri lapjának legalább a harmadik verziója. Az alaptervet felfedeztem az Electronic Circuits for the Evil Genius 2E könyv egyik projektjében. Ez egy nagyszerű tanulságos könyv! Felfedeztem az integrált áramköri lapkák használatát is, különösen a CD4011 négybemenetes NAND kapukat.

1. lépés: Az áramkör vázlata

Három jelbemenet van az alagútlámpák áramkörében. Kettő LDR bemenet (fényfüggő ellenállás), egy pedig opcionális akadályérzékelő áramköri kártya. Ezen eszközök bemeneti jeleit a CD4023 NAND kapu bemenetei logikailag értékelik (hármas bemenetű NAND kapuk).

Van egy zöld/piros közös anód LED (amely a kijelzőpanelen jelenik meg, jelezve, hogy a vonat elfoglal egy adott alagutat, vagy közeledik az alagúthoz). A zöld jelzi a tiszta alagutat, a piros pedig a foglalt alagutat. Amikor a piros LED világít, az alagút lámpái is kigyulladnak.

Ha a három bemenet közül bármelyik jelállapotot észlel, a NAND kapu kimenete HIGH lesz. Az egyetlen feltétel, amikor az első NAND kapu kimenet LOW, az egyetlen feltétel, ha minden bemenet HIGH (minden érzékelő alapértelmezett állapotban).

Az áramkör P-CH mosfetet tartalmaz, amely megvédi az áramkört a rosszul bekötött áramtól és a földeléstől. Ez könnyen megtörténhet, amikor az áramköri lapot az elrendezési táblázat alá kapcsolja. A tábla korábbi verzióiban diódát használtam az áramkörben, hogy megvédjem az áramkört a földelés és a tápvezetékek kapcsolásától, de a dióda 0,7 voltot fogyasztott a rendelkezésre álló 5 voltból. A mosfet nem csökkenti a feszültséget, és továbbra is védi az áramkört, ha rosszul vezeti be a vezetékeket.

Az első NAND kapu HIGH kimenete egy diódán áthalad a következő NAND kapuhoz, és egy ellenállás/kondenzátor időkésleltető áramkörhöz is csatlakozik. Ez az áramkör az ellenállás és a kondenzátor értékétől függően 4 vagy 5 másodpercig fenntartja a HIGH bemenetet a második NAND kapuhoz. Ez a késleltetés megakadályozza, hogy az alagút lámpái be- és kikapcsoljanak, amikor az LDR fénynek van kitéve az elhaladó autók között, és ésszerű időnek tűnik, mivel a késleltetés megadja az utolsó időt az alagútba való belépéshez vagy az alagútból való kilépéshez.

Az alagútban az akadályérzékelő aktiválva tartja az áramkört, mivel figyeli az autók elhaladását is. Ezeket az érzékelő áramköröket úgy lehet beállítani, hogy csak néhány hüvelyk távolságra észleljék az autókat, és az alagút szemközti fala sem váltja ki őket.

Ha úgy dönt, hogy nem csatlakoztatja az akadályérzékelőt az alagút belsejébe (rövid alagút vagy nehéz), csak csatlakoztassa a VCC -t a 3 tűs akadályérzékelő terminál kimenetéhez, és ez fenntartja a MAGAS jelet az adott NAND kapu bemenetén.

Két NAND kaput használnak arra, hogy helyet biztosítsanak az RC áramkör számára. A kondenzátor bekapcsolt állapotban van, amikor az első NAND kapu MAGAS. Ez a jel a második NAND kapu bemenete. Amikor az első NAND kapu LOW (teljesen tiszta) lesz, a kondenzátor tartja a jelet a második NAND kapu HIGH alatt, miközben lassan kisül az 1 10 m -es ellenálláson. A dióda megakadályozza, hogy a kondenzátor lemerüljön, mint mosogató a NAND első kapu kimenetén keresztül.

Mivel a második NAND -kapu mindhárom bemenete össze van kötve, ha a bemenet HIGH, a kimenet LOW lesz, és amikor a bemenet LOW, a kimenet HIGH lesz.

Ha a kimenet MAGAS a második NAND kapun keresztül, a Q1 tranzisztor bekapcsol, és ez bekapcsolja a három vezetékes piros/zöld LED zöld ledjét. A Q2 is be van kapcsolva, de ez csak arra szolgál, hogy ne legyen Q4. Ha a kimenet LOW, a Q2 ki van kapcsolva, ami bekapcsolja a Q4 -et (és a Q1 is ki van kapcsolva). Ez kikapcsolja a zöld LED -et, bekapcsolja a piros LED -et, és bekapcsolja az alagút fényjelzőit is.

2. lépés: Alagútfényképek

A fenti első kép egy vonatot mutat be az alagútba, amikor a felső LED be van kapcsolva.

A második képen a sávba és előtétbe ágyazott LDR látható. Amikor a motor és az autók az LDR fölött haladnak, elegendő árnyékot vetnek az alagút LED -jeinek bekapcsolására. Az alagút mindkét végén van egy LED.

3. lépés: NAND kapu feszültségosztó

Az LDR -ek egyenként feszültségosztó áramkört hoznak létre a NAND kapuk minden bemenetéhez. Az LDR ellenállási értékei a fény mennyiségének csökkenésével nőnek.

A NAND kapuk logikailag meghatározzák, hogy a 1/2 vagy nagyobb bemeneti feszültségeket a forrásfeszültséghez képest HIGH értéknek, a bemeneti feszültségeket pedig a 1/2 értéknél alacsonyabbnak LOW jelnek tekintik.

A sematikus ábrán az LDR -ek bemeneti feszültséghez vannak csatlakoztatva, és a jelfeszültséget veszik feszültségnek az LDR után. A feszültségosztó ezután egy 10 k -os ellenállásból és egy 20 k -es potenciométerből áll. A potenciométerrel szabályozható a bemeneti jel értéke. Változó fényviszonyok mellett az LDR normál értéke 2–5 k ohm lehet, vagy ha az elrendezés sötétebb helyen van, akkor 10–15 k. A potenciométer hozzáadása segít szabályozni az alapértelmezett fényállapotot.

Az alapértelmezett feltétel (nincs vonat az alagútban vagy ahhoz közeledve) alacsony ellenállási értékekkel rendelkezik az LDR -ekhez (általában 2–5 k ohm), ami azt jelenti, hogy a NAND kapuk bemenetei magasak. A feszültségcsökkenés az LDR után (feltételezve, hogy 5v bemenet és 5k az LDR -en, és együttesen 15k az ellenálláson és a potenciométeren) 1,25v lesz, így 3,75v marad a NAND kapu bemeneteként. Ha az LDR ellenállása megnövekszik, mert fedett vagy árnyékolt, akkor a NAND kapu BEMENETE alacsony lesz.

Amikor a vonat áthalad az LDR -n a vágányon, az LDR ellenállása 20k -ra vagy annál nagyobbra nő (a fényviszonyoktól függően), és a kimeneti feszültség (vagy a NAND kapu bemenete) körülbelül 2,14v -ra csökken, ami kevesebb, mint 1/2 forrásfeszültség, amely ezért a bemenetet HIGH jelről LOW jelre változtatja.

4. lépés: Kellékek

1 - 1uf kondenzátor

1 - 4148 jelző dióda

5 - 2p csatlakozók

2-3p csatlakozók

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

3 - 2n3904 tranzisztorok

2 - GL5516 LDR (vagy hasonló)

2-100 ohmos ellenállások

2-150 ohmos ellenállások

1 - 220 ohmos ellenállás

2-1k ellenállások

2-10 ezer ellenállás

2 - 20 ezer változó potenciométer

1-50k ellenállás

1 - 1 - 10 m ellenállás

1 - CD4023 IC (kettős hármas bemenetű NAND kapuk)

1 - 14 tűs aljzat

1 - akadálykerülő érzékelő (ilyen)

Az áramköri lapomon egy IRLM6402 P-ch mosfet-et használtam egy kis SOT-23 táblán. Azt találtam, hogy a SOT-23 p-ch mosfets olcsóbb, mint a T0-92 forma. Bármelyik fog működni az áramköri lapon, mivel a pinoutok azonosak.

Mindez még folyamatban van, és úgy gondolom, hogy bizonyos ellenállásértékek vagy javítások még végrehajthatók!

5. lépés: A NYÁK lap

Az áramköri lap első működő verzióit kenyérlapon készítettem. Amikor bebizonyosodott, hogy működik a koncepció, kézzel forrasztottam az egész áramkört, ami nagyon időigényes lehet, és általában mindig rosszul kötöttem be valamit. A jelenlegi működő áramköri lapom, amely most a 3. verzió, és tartalmazza a hármas NAND kapukat (a korábbi verziók a CD4011 kettős NAND kapu bemeneteket használták), és ahogy a videóban látható, egy nyomtatott áramköri kártya, a Kicad által generált kimeneti fájlokkal áramkör modellező szoftver.

Ezt az oldalt használtam PCB -k megrendeléséhez:

Itt Kanadában az 5 tábla költsége kevesebb, mint 3 dollár. A szállítás a legdrágább alkatrész. Általában 4 vagy 5 különböző áramköri lapot rendelek. (A második és több áramköri lap körülbelül kétszerese az első 5 árának). A tipikus szállítási költségek (postai úton Kanadába különböző okokból) körülbelül 20 dollár. Az áramköri lap előkészítése, így csak be kell forrasztanom az alkatrészeket, nagy időmegtakarítás!

Itt van egy link a Gerber fájlokhoz, amelyeket feltölthet a jlcpcb -re vagy bármely más PCB prototípusgyártóra.