Mallin Railroad automaattiset tunnelivalot: 5 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tämä on suosikkini piirilevy. Mallini rautatieasettelussa (vielä kesken) on useita tunneleita, ja vaikka se ei todennäköisesti ole prototyyppinen, halusin saada tunnelivalot, jotka syttyivät, kun juna lähestyi tunnelia. Ensimmäinen impulssi oli ostaa elektroninen sarja osilla ja ledeillä, minkä tein. Se osoittautui Arduino -paketiksi, mutta minulla ei ollut aavistustakaan, mikä Arduino oli. Otin selvää. Ja se johti seikkailuun oppia jonkin verran elektroniikkaa. Ainakin tarpeeksi tunnelivalojen tekemiseen! Ja ilman Arduinoa.

Tämä on ainakin kolmas versio tunnelivalojen piirilevystä. Perussuunnitelma, jonka löysin eräässä kirjassa Electronic Circuits for the Evil Genius 2E. Tämä on loistava oppimiskirja! Löysin myös käyttämällä integroituja piirisiruja, erityisesti CD4011 -nelitulon NAND -portteja.

Vaihe 1: Piirikaavio

Tunnelin valopiirissä on kolme signaalituloa. Kaksi on LDR -tulot (valosta riippuvat vastukset) ja yksi on valinnainen esteilmaisimen piirilevy. Näiden laitteiden tulosignaalit arvioidaan loogisesti CD4023: n NAND -porttituloilla (triple input NAND Gates).

On yksi vihreä/punainen yhteinen anodivalo (jota käytetään näyttöpaneelissa, mikä osoittaa, että juna on tietyssä tunnelissa tai lähestyy tunnelia). Vihreä ilmaisee selkeän tunnelin ja punainen ilmaisee, että tunneli on käytössä. Kun punainen led palaa, myös tunnelin valot syttyvät.

Kun jokin kolmesta tulosta havaitsee signaalitilan, NAND -portin lähtö on HIGH. Ainoa ehto, kun ensimmäinen NAND -portin ulostulo on LOW, on yksittäinen ehto, kun kaikki tulot ovat HIGH (kaikki ilmaisimet oletustilassa).

Piiri sisältää P-CH-mosfetin, jota käytetään suojaamaan piiriä väärältä johdolta ja maadoitukselta. Tämä voi tapahtua helposti, kun piirilevy kytketään asettelutaulukon alle. Aiemmissa levyn versioissa käytin piirissä diodia suojaamaan piiriä maa- ja virtajohtojen kytkemiseltä, mutta diodi kulutti 0,7 volttia käytettävissä olevista 5 voltista. Mosfet ei pudota jännitettä ja suojaa silti piiriä, jos johdot väärin.

Ensimmäisen NAND -portin HIGH -ulostulo kulkee diodin läpi seuraavaan NAND -porttiin ja on myös kytketty vastuksen/kondensaattorin aikaviivepiiriin. Tämä piiri ylläpitää HIGH -tuloa toiseen NAND -porttiin 4 tai 5 sekunnin ajan vastuksen ja kondensaattorin arvosta riippuen. Tämä viive estää tunnelin valot vilkkumasta ja sammumasta, kun LDR on alttiina valolle ohitettavien autojen välillä, ja vaikuttaa myös kohtuulliselta ajalta, koska viive antaa viimeiselle autolle aikaa päästä tunneliin tai poistua tunnelista.

Tunnelin sisällä esteetunnistin pitää piirin aktiivisena, koska se valvoo myös autojen ohitusta. Nämä ilmaisinpiirit voidaan säätää havaitsemaan autoja vain muutaman tuuman päässä, eikä niitä voi laukaista myöskään tunnelin vastakkaisesta seinästä.

Jos päätät olla kytkemättä estetunnistinta tunnelin sisälle (lyhyt tunneli tai vaikea), kytke VCC 3 -napaisen esteetunnistimen liittimeen ja tämä säilyttää HIGH -signaalin kyseisessä NAND -porttitulossa.

Kaksi NAND -porttia käytetään sallimaan paikka RC -piirille. Kondensaattori käynnistyy, kun ensimmäinen NAND -portti on KORKEA. Tämä signaali on tulo toiseen NAND -porttiin. Kun ensimmäinen NAND -portti laskee LOW (kaikki tyhjä), kondensaattori pitää signaalin toiselle NAND -portille HIGH samalla kun se purkautuu hitaasti 10 m: n vastuksen läpi. Diodi estää kondensaattorin purkautumisen pesualtaana NAND -portin ensimmäisen lähdön kautta.

Koska kaikki toisen NAND -portin kolme tuloa on sidottu yhteen, kun tulo on HIGH, lähtö on LOW ja kun tulo on LOW, lähtö on HIGH.

Kun ulostulo on HIGH toisesta NAND -portista, Q1 -transistori kytkeytyy päälle ja tämä sytyttää kolmen johtimen punaisen/vihreän ledin vihreän ledin. Q2 on myös päällä, mutta tämä vain pitää Q4: n pois päältä. Kun lähtö on LOW, Q2 kytketään pois päältä, mikä saa Q4: n päälle (ja myös Q1 on pois päältä). Tämä sammuttaa vihreän ledin, sytyttää punaisen ledin ja sytyttää myös tunnelin valot.

Vaihe 2: Tunnelin valokuvat

Yllä olevassa ensimmäisessä kuvassa junan tulee tunneliin, kun yläpuolella oleva LED on päällä.

Toisessa kuvassa on LDR, joka on upotettu kiskoon ja liitäntälaitteeseen. Kun moottori ja autot kulkevat LDR: n yli, he heittävät tarpeeksi varjoa, jotta tunnelin LED -valot syttyvät. Tunnelin molemmissa päissä on LED.

Vaihe 3: NAND -portin jännitteenjakaja

LDR: t luovat erikseen jännitteenjakajapiirin kullekin NAND -porttien tulolle. LDR: n vastusarvot kasvavat valon määrän vähentyessä.

NAND -portit määrittävät loogisesti, että tulojännitteitä, jotka ovat 1/2 tai suurempia verrattuna lähtöjännitteeseen, pidetään HIGH -arvona ja tulojännitteitä, jotka ovat pienempiä kuin 1/2 lähdejännitteestä, LOW -signaalina.

Kaaviossa LDR: t kytketään tulojännitteeseen ja signaalijännite otetaan jännitteeksi LDR: n jälkeen. Jännitteenjakaja koostuu sitten 10k: n vastuksesta ja myös muuttuvasta 20k -potentiometristä. Potentiometriä käytetään tulosignaalin arvon säätämiseen. Vaihtelevissa valaistusolosuhteissa LDR: n normaali arvo voi olla 2 k - 5 k ohmia tai, jos asettelun tummempi sijainti, se voi olla 10 k - 15 k. Potentiometrin lisääminen auttaa hallitsemaan oletusvaloa.

Oletusolosuhteissa (ei junaa tunnelissa tai sen lähestymisessä) on alhaiset vastusarvot LDR: ille (yleensä 2 k - 5 k ohmia), mikä tarkoittaa, että NAND -porttien tuloja pidetään KORKEA. Jännitehäviö LDR: n jälkeen (olettaen 5v sisääntulo ja 5k LDR: ssä ja yhdistetty 15k vastuksessa ja potentiometrissä) on 1,25v jättäen 3,75v tuloksi NAND -portille. Kun LDR: n vastus kasvaa, koska se on peitetty tai varjostettu, NAND -portin tulo laskee.

Kun juna kulkee radan LDR: n yli, LDR: n vastus kasvaa 20 k: iin tai enemmän (valaistusolosuhteista riippuen) ja lähtöjännite (tai tulo NAND -porttiin) laskee noin 2,14 V: iin, joka on pienempi kuin 1/2 lähdejännite, joka muuttaa tulon HIGH -signaalista LOW -signaaliksi.

Vaihe 4: Tarvikkeet

1 - 1uf kondensaattori

1-4848 signaalidiodi

5 - 2p liittimet

2-3p liittimet

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

3 - 2n3904 transistorit

2 - GL5516 LDR (tai vastaava)

2-100 ohmin vastukset

2-150 ohmin vastukset

1 - 220 ohmin vastus

2-1k vastukset

2-10k vastukset

2 - 20 000 potentiometriä

1-50k vastus

1 - 1 - 10 m vastus

1 - CD4023 IC (kaksi kolminkertaista tuloa NAND -portit)

1 - 14 -napainen pistorasia

1 - esteiden välttämisen ilmaisin (näin)

Piirilevylläni olen käyttänyt IRLM6402 P-ch mosfetia pienellä SOT-23-levyllä. Olen huomannut, että SOT-23 p-ch mosfets on halvempaa kuin T0-92-muoto. Kumpi tahansa toimii piirilevyssä, koska pinoutit ovat samat.

Tämä kaikki on vielä kesken, ja mielestäni joitain vastusarvoja tai parannuksia voidaan vielä tehdä!

Vaihe 5: Piirilevylevy

Ensimmäiset piirilevyn versiot tehtiin leipälevyllä. Kun konsepti osoittautui toimivaksi, juotin sitten koko piirin käsin, mikä voi olla hyvin aikaa vievää ja yleensä johdotin aina jotain väärin. Nykyinen toimiva piirilevyni, joka on nyt versio 3 ja sisältää kolminkertaiset NAND -portit (aiemmat versiot käyttivät CD4011 -kaksois -NAND -porttituloja), ja kuten videossa näkyy, on piirilevy, jossa on Kicadin tuottamia tulostiedostoja piirin mallinnusohjelmisto.

Olen käyttänyt tätä sivustoa piirilevyjen tilaamiseen:

Täällä Kanadassa 5 levyn hinta on alle 3 dollaria. Toimitus on yleensä kallein komponentti. Tilaan yleensä 4 tai 5 erilaista piirilevyä. (Toinen ja useampia piirilevyjä ovat noin kaksinkertaiset ensimmäisten 5 hintaan). Tyypilliset toimituskulut (postitse Kanadaan eri syistä) ovat noin 20 dollaria. Piirilevyn esivalmistaminen, joten minun on vain juotettava komponentit sisään, säästää paljon aikaa!

Tässä on linkki Gerber -tiedostoihin, jotka voit ladata jlcpcb: lle tai muille PCB -prototyyppivalmistajille.