Model Demiryolu Otomatik Tünel Işıkları: 5 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Bu benim en sevdiğim devre kartım. Model demiryolu düzenim (hala devam ediyor) birkaç tünele sahip ve muhtemelen prototip olmasa da, tren tünele yaklaştıkça yanan tünel ışıklarına sahip olmak istedim. İlk düşüncem, parçaları ve ledleri olan bir elektronik kit satın almak oldu, ben de öyle yaptım. Arduino kiti olduğu ortaya çıktı ama Arduino'nun ne olduğu hakkında hiçbir fikrim yoktu. öğrendim. Bu da biraz elektronik öğrenme serüvenine yol açtı. En azından tünel ışıklarını yapacak kadar! Ve Arduino olmadan.

Bu, tünel ışıkları devre kartının en azından üçüncü versiyonum. Evil Genius 2E için Elektronik Devreler kitabının projelerinden birinde keşfettiğim temel tasarım. Bu harika bir öğrenme kitabı! Ayrıca, özellikle CD4011 dört girişli NAND kapıları olmak üzere tümleşik devre yongaları kullanmayı keşfettim.

Adım 1: Devre Şeması

Tünel ışıkları devresine üç sinyal girişi vardır. İkisi LDR girişleridir (ışığa bağlı dirençler) ve biri isteğe bağlı bir engel dedektörü devre kartıdır. Bu cihazların giriş sinyalleri, CD4023'ün (üçlü girişli NAND Kapıları) NAND geçit girişleri tarafından mantıksal olarak değerlendirilir.

Bir yeşil/kırmızı ortak anot LED'i vardır (bir trenin belirli bir tüneli işgal ettiğini veya tünele yaklaştığını gösteren gösterge panelinde kullanılacaktır). Yeşil, açık bir tüneli ve kırmızı, dolu bir tüneli gösterecektir. Kırmızı led yandığında tünel ışıkları da yanacaktır.

Üç girişten herhangi biri bir sinyal durumu tespit ettiğinde, NAND geçidi çıkışı YÜKSEK olacaktır. İlk NAND geçidi çıkışının DÜŞÜK olduğu tek koşul, tüm girişlerin YÜKSEK olduğu tek koşuldur (tüm dedektörler varsayılan koşulda).

Devre, devreyi yanlış bağlanmış güç ve topraktan korumak için kullanılan bir P-CH mosfet içerir. Bu, devre kartını yerleşim tablosunun altına kablolarken kolayca gerçekleşebilir. Kartın önceki sürümlerinde devreyi toprak ve güç kablolarını değiştirmekten korumak için devrede bir diyot kullandım, ancak diyot mevcut 5 voltun 0,7 voltunu tüketiyordu. Mosfet herhangi bir voltaj düşürmez ve kabloları yanlış alırsanız devreyi korur.

İlk NAND geçidinin YÜKSEK çıkışı bir diyottan sonraki NAND geçidine geçer ve ayrıca bir direnç/kapasitör zaman geciktirme devresine bağlanır. Bu devre, direnç ve kapasitörün değerine bağlı olarak ikinci NAND geçidine YÜKSEK girişi 4 veya 5 saniye tutar. Bu gecikme, LDR üzerinden geçen arabalar arasında ışığa maruz kaldığında tünel ışıklarının yanıp sönmesini engeller ve gecikme, arabanın tünele girmesi veya tünelden çıkması için son zamanı vereceğinden makul bir süre gibi görünmektedir.

Tünel içinde engel dedektörü, arabaların geçişini de izlerken devreyi aktif tutacaktır. Bu dedektör devreleri, arabaları sadece birkaç inç uzakta tespit edecek şekilde ayarlanabilir ve ayrıca tünelin karşı duvarı tarafından tetiklenmez.

Engel dedektörünü tünelin içine bağlamamayı seçerseniz (kısa tünel veya zor), VCC'yi 3 pinli engel dedektör terminalindeki çıkışa bağlamanız yeterlidir; bu, NAND geçit girişinde YÜKSEK sinyali koruyacaktır.

RC devresinin uygulanması için bir yer sağlamak için iki NAND Kapısı kullanılır. İlk NAND kapısı YÜKSEK olduğunda kapasitöre güç verilir. Bu sinyal, ikinci NAND geçidinin girişidir. İlk NAND geçidi DÜŞÜK (tümü temiz) olduğunda, kapasitör 1 10m'lik dirençten yavaşça boşalırken ikinci NAND geçidine giden sinyali YÜKSEK tutar. Diyot, kapasitörün NAND kapısı 1'in çıkışından bir lavabo olarak boşalmasını önler.

İkinci NAND geçidinin üç girişi de birbirine bağlı olduğundan, giriş YÜKSEK olduğunda çıkış DÜŞÜK ve giriş DÜŞÜK olduğunda çıkış YÜKSEK olacaktır.

İkinci NAND Kapısından çıkış YÜKSEK olduğunda, Q1 transistörü açılır ve bu, üç telli kırmızı/yeşil ledin yeşil ledini açar. Q2 de açıktır, ancak bu sadece Q4'ü kapalı tutmaya yarar. Çıkış DÜŞÜK olduğunda, Q2 kapanır ve bu da Q4'ün açılmasına neden olur (ve ayrıca Q1 kapanır). Bu yeşil led'i kapatır, kırmızı led'i açar ve ayrıca tünel ışık ledlerini yakar.

2. Adım: Tünel Işığı Görüntüleri

Yukarıdaki ilk görüntü, tepedeki LED açıkken tünele giren bir treni göstermektedir.

İkinci resim, ray ve balast içine yerleştirilmiş bir LDR'yi göstermektedir. Motor ve arabalar LDR'nin üzerinden geçerken tünel LED'lerinin yanmasını tetikleyecek kadar gölge oluştururlar. Tünelin her iki ucunda birer LED bulunmaktadır.

Adım 3: NAND Kapısı Voltaj Bölücü

LDR'ler, NAND geçitlerinin girişlerinin her biri için ayrı ayrı bir voltaj bölücü devre oluşturur. Işık miktarı azaldıkça LDR'lerin direnç değerleri artar.

NAND geçitleri, kaynak voltajıyla karşılaştırıldığında 1/2 veya daha büyük giriş voltajlarının YÜKSEK değer olarak kabul edildiğini ve kaynak voltajının 1/2'sinden daha düşük giriş voltajlarının DÜŞÜK sinyal olarak kabul edildiğini mantıksal olarak belirler.

Şematikte LDR'ler giriş voltajına bağlanır ve sinyal voltajı LDR'den sonraki voltaj olarak alınır. Gerilim bölücü daha sonra 10k'lik bir dirençten ve ayrıca 20k'lik bir değişken potansiyometreden oluşur. Potansiyometre, giriş sinyali değerinin kontrolüne izin vermek için kullanılır. Değişen ışık koşullarında LDR'nin normal değeri 2k - 5k ohm olabilir veya yerleşimin daha karanlık bir yerindeyse 10k - 15k olabilir. Potansiyometre eklemek, varsayılan ışık durumunu kontrol etmeye yardımcı olur.

Varsayılan koşul (tren yok veya tünele yaklaşıyor), LDR'ler için düşük direnç değerlerine sahiptir (genellikle 2k - 5k ohm), bu da NAND geçitlerine girişlerin YÜKSEK olarak kabul edildiği anlamına gelir. LDR'den sonraki voltaj düşüşü (LDR'de 5v giriş ve 5k ve direnç ve potansiyometre için birleşik 15k varsayılarak) NAND geçidine giriş olarak 3.75v bırakarak 1.25v olacaktır. Bir LDR'nin direnci örtülü veya gölgeli olduğu için arttığında, NAND geçidinin GİRİŞİ azalır.

Tren, rayda LDR'nin üzerinden geçtiğinde, LDR'nin direnci 20k veya daha fazlasına (aydınlatma koşullarına bağlı olarak) yükselecek ve çıkış voltajı (veya NAND geçidine giriş) yaklaşık 2.14v'ye düşecek ve bu da daha az olan 2.14v'ye düşecektir. 1/2 kaynak voltajı bu nedenle girişi YÜKSEK sinyalden DÜŞÜK sinyale değiştirir.

Adım 4: Sarf Malzemeleri

1 - 1uf kapasitör

1 - 4148 sinyal diyotu

5 - 2p konektörler

2 - 3p konektörler

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

3 - 2n3904 transistörler

2 - GL5516 LDR (veya benzeri)

2 - 100 ohm dirençler

2 - 150 ohm dirençler

1 - 220 ohm direnç

2 - 1k dirençler

2 - 10k dirençler

2 - 20k değişken potansiyometre

1 - 50k direnç

1 - 1 - 10m direnç

1 - CD4023 IC (çift üçlü girişli NAND Kapıları)

1 - 14 pinli soket

1 - engellerden kaçınma dedektörü (bunun gibi)

Devre kartımda küçük bir SOT-23 kartında bir IRLM6402 P-ch mosfet kullandım. SOT-23 p-ch mosfetlerini T0-92 form faktöründen daha ucuz buldum. Pin çıkışları aynı olduğu için her ikisi de devre kartında çalışacaktır.

Bunların hepsi hala devam eden bir çalışma ve bence bazı direnç değerleri veya bazı iyileştirmeler hala yapılabilir!

Adım 5: PCB Kartı

Devre kartının ilk çalışan versiyonları bir breadboard üzerinde yapıldı. Konseptin işe yaradığı kanıtlandığında, tüm devreyi elle lehimledim, bu çok zaman alıcı olabilir ve genellikle her zaman yanlış bir şeyler bağladım. Şu anda sürüm 3 olan ve üçlü NAND geçitlerini (önceki sürümler CD4011 çift NAND geçit girişlerini kullanıyordu) içeren ve videoda gösterildiği gibi, şu anda çalışan devre kartım, Kicad tarafından oluşturulan çıktı dosyalarına sahip bir baskılı devre kartıdır. devre modelleme yazılımı.

PCB'leri sipariş etmek için bu siteyi kullandım:

Burada Kanada'da 5 panonun maliyeti 3 dolardan az. Nakliye, en pahalı bileşen olma eğilimindedir. Genellikle 4 veya 5 farklı devre kartı sipariş edeceğim. (İkinci ve daha fazla devre kartı, ilk 5'in fiyatının yaklaşık iki katıdır). Tipik nakliye masrafları (çeşitli nedenlerle Kanada'ya posta yoluyla) yaklaşık 20 $ 'dır. Devre kartının önceden yapılmış olması, böylece bileşenleri lehimlemem gerekiyor, harika bir zaman tasarrufu!

İşte jlcpcb'ye veya diğer PCB prototip üreticilerinden herhangi birine yükleyebileceğiniz Gerber Dosyalarına bir bağlantı.