مدل چراغ تونل اتوماتیک راه آهن: 5 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

این برد مدار مورد علاقه من است. طرح راه آهن من (هنوز در حال پیشرفت است) دارای تعدادی تونل است و اگرچه احتمالاً نمونه اولیه نیست ، من می خواستم چراغ های تونل را روشن کنم که با نزدیک شدن قطار به تونل روشن شود. اولین انگیزه من خرید یک کیت الکترونیکی با قطعات و لامپ بود ، که من این کار را کردم. این یک کیت آردوینو بود اما من نمی دانستم که آردوینو چیست. من متوجه شدم و این منجر به ماجراجویی یادگیری برخی وسایل الکترونیکی شد. حداقل به اندازه کافی برای انجام چراغ تونل! و بدون آردوینو

این حداقل سومین نسخه من از برد مدار چراغ تونل است. طرح اولیه ای که در یکی از پروژه های کتاب مدارهای الکترونیکی برای نابغه شیطانی 2E کشف کردم. این یک کتاب یادگیری عالی است! من همچنین با استفاده از تراشه های مدار مجتمع ، به ویژه گیت های NAND چهار ورودی CD4011 آشنا شدم.

مرحله 1: شماتیک مدار

سه ورودی سیگنال به مدار چراغ تونل وجود دارد. دو ورودی LDR (مقاومتهای وابسته به نور) و یکی برد مدار اختیاری آشکارساز موانع است. سیگنال های ورودی این دستگاه ها به طور منطقی توسط ورودی های NAND در CD4023 (سه گانه NAND Gates) ارزیابی می شوند.

یک LED آند معمولی سبز/قرمز وجود دارد (که روی صفحه نمایش نشان داده می شود که قطار در حال تونل خاصی است یا به تونل نزدیک می شود). سبز نشان دهنده یک تونل واضح و قرمز نشان دهنده یک تونل اشغال شده است. وقتی چراغ قرمز روشن است ، چراغ های تونل نیز روشن خواهند بود.

هنگامی که هر یک از سه ورودی یک وضعیت سیگنال را تشخیص دهد ، خروجی دروازه NAND HIGH خواهد بود. تنها شرطی که اولین خروجی گیت NAND LOW باشد ، تنها شرایطی است که همه ورودی ها HIGH باشند (همه آشکارسازها در حالت پیش فرض).

این مدار شامل یک mosfet P-CH است که برای محافظت از مدار در برابر برق و زمین سوء استفاده می شود. این می تواند به راحتی هنگام سیم کشی برد مدار زیر میز چیدمان اتفاق بیفتد. در نسخه های قبلی برد ، من از دیود در مدار برای محافظت از مدار در برابر وصل شدن سیم زمین و برق استفاده می کردم ، اما دیود 0.7 ولت از 5 ولت موجود را مصرف می کرد. mosfet هیچ ولتاژی را کاهش نمی دهد و اگر سیم ها را اشتباه دریافت کنید از مدار محافظت می کند.

خروجی HIGH اولین دروازه NAND از طریق یک دیود به دروازه NAND بعدی منتقل می شود و همچنین به یک مدار تأخیر زمانی مقاومت/خازن متصل می شود. این مدار بسته به مقدار مقاومت و خازن ، ورودی HIGH را به دومین دروازه NAND به مدت 4 یا 5 ثانیه حفظ می کند. این تأخیر از روشن شدن و خاموش شدن چراغ های تونل در هنگام قرار گرفتن LDR در معرض نور بین خودروهای عبوری جلوگیری می کند و همچنین زمان معقولی به نظر می رسد زیرا تأخیر به ماشین آخرین زمان برای ورود به تونل یا خروج از تونل می دهد.

در داخل تونل ، آشکارساز موانع مدار را فعال می کند زیرا همچنین عبور و مرور اتومبیل ها را نیز کنترل می کند. این مدارهای آشکارساز را می توان طوری تنظیم کرد که اتومبیل ها را در فاصله چند اینچی قرار دهید و همچنین توسط دیوار مقابل تونل فعال نشوند.

در صورت عدم اتصال آشکارساز موانع به داخل تونل (تونل کوتاه یا مشکل) فقط VCC را به خروجی پایانه آشکارساز موانع 3 پین متصل کنید و این یک سیگنال HIGH در ورودی دروازه NAND حفظ می کند.

دو گیت NAND برای اجازه دادن به مکانی برای اجرای مدار RC استفاده می شود. هنگامی که اولین دروازه NAND بالا باشد ، خازن روشن می شود. این سیگنال ورودی گیت دوم NAND است. هنگامی که اولین دروازه NAND پایین می رود (همه روشن است) خازن سیگنال را به دروازه دوم NAND بالا نگه می دارد در حالی که به آرامی از طریق مقاومت 1 10 متری تخلیه می شود. دیود از خروج خازن به عنوان یک سینک از طریق خروجی دروازه NAND جلوگیری می کند.

از آنجا که هر سه ورودی دومین دروازه NAND به هم متصل هستند ، وقتی ورودی HIGH باشد LOW و هنگامی که ورودی LOW باشد ، خروجی HIGH خواهد بود.

وقتی خروجی از گیت دوم NAND بالا باشد ، ترانزیستور Q1 روشن می شود و این باعث می شود که چراغ سبز سه سیم قرمز/سبز سبز روشن شود. Q2 نیز روشن است اما این فقط برای خاموش نگه داشتن Q4 مفید است. وقتی خروجی LOW باشد ، Q2 خاموش می شود که باعث روشن شدن Q4 می شود (و همچنین Q1 خاموش است). با این کار چراغ سبز خاموش می شود ، چراغ قرمز روشن می شود و همچنین چراغ های چراغ تونل روشن می شوند.

مرحله 2: تصاویر نور تونل

اولین تصویر بالا قطاری را نشان می دهد که با روشن شدن LED بالای سر وارد تونل می شود.

تصویر دوم LDR تعبیه شده در مسیر و بالاست را نشان می دهد. هنگامی که موتور و خودروها از LDR عبور می کنند ، سایه کافی ایجاد می کنند تا LED های تونل روشن شوند. در هر انتهای تونل یک LED وجود دارد.

مرحله 3: تقسیم کننده ولتاژ دروازه NAND

LDR ها به صورت جداگانه برای هر یک از ورودی های ورودی NAND مدار تقسیم ولتاژ ایجاد می کنند. مقادیر مقاومت LDR با کاهش میزان نور افزایش می یابد.

دروازه های NAND به طور منطقی تعیین می کنند که ولتاژهای ورودی 1/2 یا بیشتر در مقایسه با ولتاژ منبع به عنوان یک مقدار بالا و ولتاژهای ورودی کمتر از 1/2 ولتاژ منبع یک سیگنال LOW تلقی می شوند.

در شماتیک ، LDR ها به ولتاژ ورودی متصل می شوند و ولتاژ سیگنال به عنوان ولتاژ پس از LDR در نظر گرفته می شود. سپس تقسیم ولتاژ از یک مقاومت 10k و همچنین یک پتانسیومتر متغیر 20k تشکیل شده است. پتانسیومتر برای کنترل مقدار سیگنال ورودی استفاده می شود. با شرایط مختلف نور ، LDR ممکن است دارای مقدار طبیعی 2k - 5k اهم باشد یا اگر در مکان تاریک تر از طرح 10 تا 15k باشد. افزودن پتانسیومتر به کنترل شرایط پیش فرض نور کمک می کند.

شرایط پیش فرض (بدون قطار در داخل یا نزدیک شدن به یک تونل) دارای مقادیر مقاومت کم برای LDR ها (به طور کلی 2k - 5k اهم) است که به این معنی است که ورودی به دروازه NAND بالا در نظر گرفته می شود. افت ولتاژ پس از LDR (با فرض ورودی 5v و 5k در LDR و 15k ترکیبی برای مقاومت و پتانسیومتر) 1.25v خواهد بود و 3.75v به عنوان ورودی به دروازه NAND باقی می ماند. هنگامی که مقاومت LDR به دلیل پوشیده شدن یا سایه دار شدن افزایش می یابد ، INPUT دروازه NAND پایین می آید.

هنگامی که قطار از LDR در مسیر عبور می کند ، مقاومت LDR به 20k یا بیشتر (بسته به شرایط نور) افزایش می یابد و ولتاژ خروجی (یا ورودی به دروازه NAND) به حدود 2.14v کاهش می یابد که کمتر از 1/2 ولتاژ منبع که بنابراین ورودی را از سیگنال HIGH به سیگنال LOW تغییر می دهد.

مرحله 4: لوازم

خازن 1 - 1uf

1 - 4148 دیود سیگنال

اتصالات 5 - 2p

اتصالات 2 - 3p

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

3 - ترانزیستورهای 2n3904

2 - GL5516 LDR (یا مشابه)

2 - مقاومت 100 اهم

2 - مقاومت 150 اهم

مقاومت 1 - 220 اهم

مقاومتهای 2 - 1k

مقاومتهای 2 - 10k

2 - 20k پتانسیومتر متغیر

مقاومت 1 - 50k

مقاومت 1 - 1 - 10 متر

1 - CD4023 IC (دو ورودی سه گانه NAND Gates)

سوکت 1 - 14 پین

1 - آشکارساز اجتناب از موانع (مانند این)

در برد مدار من از یک IRLM6402 P-ch mosfet روی یک برد کوچک SOT-23 استفاده کرده ام. من دریافته ام که mosfets SOT-23 p-ch ارزان تر از فاکتور فرم T0-92 است. هر کدام در برد مدار کار می کنند زیرا پین ها یکسان هستند.

این همه هنوز در حال پیشرفت است و من فکر می کنم برخی از مقادیر مقاومت یا برخی بهبودها هنوز هم قابل انجام است!

مرحله 5: برد PCB

اولین نسخه های کاری من از برد مدار روی تخته نان انجام شد. وقتی اثبات شد که مفهوم کار می کند ، من کل مدار را با دست لحیم کردم ، که می تواند بسیار وقت گیر باشد و به طور کلی من همیشه چیزی را اشتباه نصب می کردم. برد مدار فعلی من ، که در حال حاضر نسخه 3 است و شامل سه دروازه NAND (نسخه های قبلی از ورودی های دوگانه NAND gate CD4011 استفاده می کردند) ، و همانطور که در فیلم نشان داده شده است ، یک برد مدار چاپی با فایل های خروجی تولید شده توسط Kicad است. نرم افزار مدلسازی مدار

من از این سایت برای سفارش PCB استفاده کردم:

در کانادا هزینه 5 تخته کمتر از 3 دلار است. حمل و نقل گران ترین قطعه است. من معمولاً 4 یا 5 برد مدار مختلف سفارش می دهم. (تابلوهای مدار دوم و بیشتر تقریباً دو برابر 5 مورد اول است). هزینه حمل و نقل معمولی (از طریق پست به کانادا به دلایل مختلف) حدود 20 دلار است. داشتن برد مدار از پیش ساخته شده ، بنابراین من فقط باید قطعات را لحیم کنم ، در زمان صرفه جویی بسیار خوبی است!

در اینجا پیوندی به Gerber Files وجود دارد که می توانید در jlcpcb یا سایر تولید کنندگان نمونه اولیه PCB بارگذاری کنید.