Lampu Terowong Automatik Model Kereta Api: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Ini adalah papan litar kegemaran saya. Susun atur kereta api model saya (masih dalam proses) mempunyai sebilangan terowong dan walaupun mungkin tidak prototaip, saya mahu lampu terowong menyala ketika kereta api menghampiri terowong. Dorongan pertama saya adalah membeli kit elektronik dengan bahagian dan lekapan, yang saya lakukan. Ternyata itu adalah kit Arduino tetapi saya tidak tahu apa itu Arduino. Saya tahu. Dan itu membawa kepada pengembaraan mempelajari beberapa elektronik. Sekurang-kurangnya cukup untuk melakukan lampu terowong! Dan tanpa Arduino.

Ini sekurang-kurangnya versi ketiga dari papan litar lampu terowong. Reka bentuk asas yang saya dapati dalam salah satu projek buku Electronic Circuits for the Evil Genius 2E. Ini adalah buku pembelajaran yang hebat! Saya juga menemui menggunakan cip litar bersepadu, khususnya gerbang NAND input quad CD4011.

Langkah 1: Skema Litar

Terdapat tiga input isyarat ke litar lampu terowong. Dua adalah input LDR (perintang bergantung cahaya) dan satu adalah papan litar pengesan halangan pilihan. Isyarat input peranti ini dinilai secara logik oleh input gerbang NAND dari CD4023 (input tiga kali ganda NAND Gates).

Terdapat satu LED anoda hijau / merah biasa (yang akan digunakan pada panel paparan yang menunjukkan kereta api menempati terowong tertentu atau menghampiri terowong). Hijau akan menunjukkan terowong yang jelas dan merah akan menunjukkan terowong yang dihuni. Apabila lampu merah menyala, lampu terowong juga akan menyala.

Apabila salah satu daripada tiga input mengesan keadaan isyarat, output pintu NAND akan TINGGI. Satu-satunya keadaan apabila output gerbang NAND pertama adalah RENDAH adalah keadaan tunggal apabila semua input TINGGI (semua pengesan pada keadaan lalai).

Litar ini merangkumi mosfet P-CH yang digunakan untuk melindungi litar dari daya dan tanah yang tidak betul. Ini boleh berlaku dengan mudah semasa memasang papan litar di bawah jadual susun atur. Dalam versi papan sebelumnya, saya menggunakan diod dalam litar untuk melindungi litar daripada menukar wayar dan wayar kuasa, tetapi diod menghabiskan 7 volt dari 5 volt yang ada. Mosfet tidak menjatuhkan voltan dan masih melindungi litar jika wayar salah.

Output TINGGI gerbang NAND pertama melewati diod ke pintu NAND seterusnya dan juga disambungkan ke litar penangguhan masa perintang / kapasitor. Litar ini mengekalkan input TINGGI ke gerbang NAND kedua selama 4 atau 5 saat bergantung pada nilai perintang dan kapasitor. Kelewatan ini menghalang lampu terowong menyala dan mati ketika LDR terkena cahaya di antara kereta yang melintas dan juga nampaknya masa yang munasabah kerana kelewatan ini akan memberi masa terakhir kereta memasuki terowong atau keluar dari terowong.

Di dalam terowong pengesan halangan akan memastikan litar tetap aktif kerana juga memantau perjalanan kereta. Litar pengesan ini dapat disesuaikan dengan kereta spot yang hanya berjarak beberapa inci dan juga tidak boleh dipicu oleh dinding terowong yang bertentangan.

Sekiranya anda memilih untuk tidak menyambung pengesan halangan di dalam terowong (terowong pendek atau sukar), sambungkan VCC ke output pada terminal pengesan halangan 3 pin dan ini akan mengekalkan isyarat TINGGI pada input pintu NAND itu.

Dua NAND Gates digunakan untuk membolehkan tempat litar RC dilaksanakan. Kapasitor dihidupkan apabila pintu NAND pertama TINGGI. Isyarat ini adalah input ke gerbang NAND kedua. Apabila gerbang NAND pertama turun RENDAH (semua jelas) kapasitor menyimpan isyarat ke pintu NAND kedua TINGGI semasa perlahan-lahan melepaskan melalui perintang 1 10m. Diod menghalang kapasitor melepaskan sebagai sink melalui output pintu NAND satu.

Oleh kerana ketiga-tiga input dari gerbang NAND kedua diikat bersama, ketika input adalah output TINGGI akan RENDAH dan ketika inputnya RENDAH, output akan menjadi TINGGI.

Apabila keluarannya TINGGI dari NAND Gate kedua, transistor Q1 dihidupkan dan ini menyalakan led hijau dari tiga wayar merah / hijau led. Q2 juga dihidupkan tetapi ini berfungsi untuk mengelakkan Q4 dimatikan. Apabila output RENDAH, Q2 dimatikan yang menyebabkan Q4 dihidupkan (dan juga Q1 dimatikan). Ini mematikan lampu hijau, menyalakan lampu merah dan juga menyalakan lampu terowong.

Langkah 2: Imej Terowong Cahaya

Gambar pertama di atas menunjukkan kereta api memasuki terowong dengan LED overhead dihidupkan.

Gambar kedua menunjukkan LDR tertanam di trek dan pemberat. Apabila enjin dan kereta bergerak di atas LDR, mereka memberikan bayangan yang cukup untuk memicu LED terowong untuk menyala. Terdapat LED di setiap hujung terowong.

Langkah 3: Pembahagi Voltan Pintu NAND

LDR secara individu membuat litar pembahagi voltan untuk setiap input ke pintu NAND. Nilai rintangan kenaikan LDR ketika jumlah cahaya berkurang.

Gerbang NAND secara logik menentukan bahawa voltan input 1/2 atau lebih besar jika dibandingkan dengan voltan sumber dianggap sebagai nilai TINGGI dan voltan input kurang daripada 1/2 voltan sumber dianggap sebagai isyarat RENDAH.

Dalam skematik, LDR disambungkan ke voltan masukan dan voltan isyarat diambil sebagai voltan selepas LDR. Pembahagi voltan kemudiannya terdiri daripada perintang 10k dan juga potensiometer 20k berubah-ubah. Potensiometer digunakan untuk membolehkan kawalan nilai isyarat input. Dengan keadaan cahaya yang berbeza-beza, LDR mungkin mempunyai nilai normal 2k - 5k ohm atau, jika di susun atur lokasi yang lebih gelap mungkin 10k - 15k. Menambah potensiometer membantu mengawal keadaan cahaya lalai.

Keadaan lalai (tidak ada kereta api masuk atau mendekati terowong) mempunyai nilai rintangan rendah untuk LDR (umumnya 2k - 5k ohm) yang bermaksud input ke gerbang NAND dianggap TINGGI. Penurunan voltan selepas LDR (dengan andaian 5v input dan 5k pada LDR dan gabungan 15k untuk perintang dan potensiometer) akan menjadi 1.25v meninggalkan 3.75v sebagai input ke pintu NAND. Apabila rintangan LDR meningkat kerana ditutup atau berlorek, INPUT pintu NAND menjadi rendah.

Apabila kereta api melewati LDR di trek, rintangan LDR akan meningkat menjadi 20k atau lebih (bergantung kepada keadaan pencahayaan) dan voltan keluaran (atau input ke gerbang NAND) akan turun menjadi sekitar 2.14v yang kurang dari 1/2 voltan sumber yang dengan itu mengubah input dari isyarat TINGGI menjadi isyarat RENDAH.

Langkah 4: Bekalan

Kapasitor 1 - 1uf

1 - 4148 diod isyarat

Penyambung 5 - 2p

Penyambung 2 - 3p

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

3 - 2n3904 transistor

2 - GL5516 LDR (atau serupa)

Perintang 2 - 100 ohm

Perintang 2 - 150 ohm

Perintang 1 - 220 ohm

Perintang 2 - 1k

2 - 10k perintang

Potensiometer pemboleh ubah 2 - 20k

Perintang 1 - 50k

Perintang 1 - 1 - 10m

1 - CD4023 IC (dual triple input NAND Gates)

Soket 1 - 14 pin

1 - pengesan penghalang halangan (seperti ini)

Pada papan litar saya, saya telah menggunakan mosfet P-ch IRLM6402 pada papan SOT-23 kecil. Saya mendapati mosfet p-ch SOT-23 lebih murah daripada faktor bentuk T0-92. Mana-mana satu akan berfungsi di papan litar kerana pinoutnya sama.

Ini semua masih dalam proses dan saya rasa beberapa nilai perintang atau beberapa penambahbaikan masih boleh dibuat!

Langkah 5: Papan PCB

Versi kerja papan litar pertama saya dibuat di papan roti. Apabila konsep itu terbukti berfungsi, saya kemudian menyolder seluruh litar, yang boleh memakan masa dan biasanya saya selalu melakukan sesuatu yang salah. Papan litar kerja saya sekarang, yang sekarang adalah versi 3 dan merangkumi gerbang NAND tiga (versi sebelumnya menggunakan input gerbang NAND dwi CD4011), dan seperti yang ditunjukkan dalam video, adalah papan litar bercetak dengan fail output yang dihasilkan oleh Kicad yang merupakan perisian pemodelan litar.

Saya telah menggunakan laman web ini untuk memesan PCB:

Di Kanada, kos untuk 5 papan kurang dari $ 3. Penghantaran cenderung menjadi komponen yang paling mahal. Saya biasanya akan memesan 4 atau 5 papan litar yang berbeza. (Papan litar kedua dan lebih kurang dua kali ganda daripada harga 5 yang pertama). Kos penghantaran biasa (melalui pos ke Kanada kerana pelbagai sebab) adalah sekitar $ 20. Mempunyai papan litar yang telah dibina jadi saya hanya perlu menyolder komponen adalah penjimat masa yang tepat!

Berikut adalah pautan ke Gerber Files yang boleh anda muat naik ke jlcpcb atau mana-mana pengeluar prototaip PCB yang lain.