Đèn đường hầm tự động mô hình: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Đây là bảng mạch yêu thích của tôi. Bố cục đường ray mô hình của tôi (vẫn đang được thực hiện) có một số đường hầm và mặc dù có lẽ không phải là nguyên mẫu, nhưng tôi muốn đèn đường hầm bật sáng khi tàu đến gần đường hầm. Sự thôi thúc đầu tiên của tôi là mua một bộ phụ kiện điện tử với các bộ phận và đèn led, tôi đã mua. Hóa ra đó là một bộ Arduino nhưng tôi không biết Arduino là gì. Tôi đã tìm ra. Và điều đó dẫn đến một cuộc phiêu lưu tìm hiểu một số thiết bị điện tử. Ít nhất là đủ để làm đèn đường hầm! Và không có Arduino.

Đây ít nhất là phiên bản thứ ba của bảng mạch đèn đường hầm. Thiết kế cơ bản mà tôi đã khám phá ra trong một trong những dự án của cuốn sách Mạch điện tử cho thiên tài ác quỷ 2E. Đây là một cuốn sách học tập tuyệt vời! Tôi cũng đã phát hiện ra việc sử dụng chip mạch tích hợp, cụ thể là các cổng NAND đầu vào bốn đầu vào CD4011.

Bước 1: Sơ đồ mạch

Có ba đầu vào tín hiệu cho mạch đèn đường hầm. Hai là đầu vào LDR (điện trở phụ thuộc ánh sáng) và một là bảng mạch phát hiện chướng ngại vật tùy chọn. Các tín hiệu đầu vào của các thiết bị này được đánh giá một cách logic bằng các đầu vào cổng NAND của CD4023 (Cổng NAND đầu vào ba đầu vào).

Có một đèn LED cực dương chung màu xanh lá cây / màu đỏ (sẽ được sử dụng trên bảng hiển thị cho biết tàu đang đi vào một đường hầm cụ thể hoặc đang đến gần đường hầm). Màu xanh lá cây sẽ cho biết một đường hầm rõ ràng và màu đỏ sẽ cho biết một đường hầm bị chiếm đóng. Khi đèn led đỏ bật, đèn đường hầm cũng sẽ sáng.

Khi bất kỳ đầu vào nào trong ba đầu vào phát hiện điều kiện tín hiệu, đầu ra cổng NAND sẽ ở mức CAO. Điều kiện duy nhất khi đầu ra cổng NAND đầu tiên là THẤP là điều kiện duy nhất khi tất cả các đầu vào là CAO (tất cả các bộ dò ở điều kiện mặc định).

Mạch bao gồm một MOSFET P-CH được sử dụng để bảo vệ mạch khỏi nguồn sai dây và đất. Điều này có thể dễ dàng xảy ra khi đấu dây bảng mạch dưới bảng bố trí. Trong các phiên bản trước của bo mạch, tôi đã sử dụng một diode trong mạch để bảo vệ mạch khỏi việc chuyển đổi đất và dây nguồn, nhưng diode này đã tiêu thụ.7 volt trong số 5 volt có sẵn. MOSFET không bị sụt áp và vẫn bảo vệ mạch nếu bạn mắc sai dây.

Đầu ra CAO của cổng NAND đầu tiên đi qua một diode đến cổng NAND tiếp theo và cũng được kết nối với mạch trễ thời gian điện trở / tụ điện. Mạch này duy trì đầu vào CAO cho cổng NAND thứ hai trong 4 hoặc 5 giây tùy thuộc vào giá trị của điện trở và tụ điện. Độ trễ này ngăn không cho đèn đường nhấp nháy và tắt khi LDR tiếp xúc với ánh sáng giữa các xe ô tô chạy qua và cũng có vẻ là một khoảng thời gian hợp lý vì độ trễ này sẽ cho xe ô tô cuối cùng đi vào đường hầm hoặc ra khỏi đường hầm.

Bên trong đường hầm, máy dò chướng ngại vật sẽ giữ cho mạch điện được kích hoạt vì nó cũng giám sát sự chạy qua của xe ô tô. Các mạch dò này có thể được điều chỉnh để phát hiện những chiếc xe cách đó chỉ vài inch và cũng không bị kích hoạt bởi bức tường đối diện của đường hầm.

Nếu bạn chọn không kết nối bộ phát hiện chướng ngại vật bên trong đường hầm (đường hầm ngắn hoặc khó), chỉ cần kết nối VCC với đầu ra trên đầu cuối phát hiện chướng ngại vật 3 chân và điều này sẽ duy trì tín hiệu CAO trên đầu vào cổng NAND đó.

Hai cổng NAND được sử dụng để cho phép một vị trí cho mạch RC được thực hiện. Tụ điện được cấp nguồn khi cổng NAND đầu tiên ở mức CAO. Tín hiệu này là đầu vào cho cổng NAND thứ hai. Khi cổng NAND đầu tiên ở mức THẤP (tất cả đều rõ ràng), tụ điện sẽ giữ tín hiệu đến cổng NAND thứ hai ở mức CAO trong khi nó phóng điện từ từ qua điện trở 1 10m. Diode ngăn tụ điện phóng điện như một bộ chìm thông qua đầu ra của cổng NAND một.

Vì cả ba đầu vào của cổng NAND thứ hai được gắn với nhau, khi đầu vào CAO, đầu ra sẽ THẤP và khi đầu vào THẤP, đầu ra sẽ CAO.

Khi đầu ra CAO từ Cổng NAND thứ hai, bóng bán dẫn Q1 được bật và điều này sẽ bật đèn LED màu xanh lá cây của đèn màu đỏ / xanh lá cây ba dây. Q2 cũng được bật nhưng điều này chỉ đóng vai trò giữ cho Q4 tắt. Khi đầu ra THẤP, Q2 bị tắt khiến Q4 bật (và Q1 cũng bị tắt). Thao tác này sẽ tắt đèn led xanh, bật đèn led đỏ và bật cả đèn led ống hầm.

Bước 2: Hình ảnh ánh sáng đường hầm

Hình ảnh đầu tiên ở trên cho thấy một đoàn tàu đi vào đường hầm với đèn LED trên cao được bật.

Hình ảnh thứ hai cho thấy một LDR được nhúng trong rãnh và chấn lưu. Khi động cơ và ô tô di chuyển qua LDR, chúng tạo đủ bóng để kích hoạt đèn LED đường hầm bật sáng. Có một đèn LED ở mỗi cuối đường hầm.

Bước 3: Bộ chia điện áp cổng NAND

Các LDR tạo riêng một mạch phân áp cho từng đầu vào đến cổng NAND. Các giá trị điện trở của LDR tăng khi lượng ánh sáng giảm.

Các cổng NAND xác định một cách hợp lý rằng điện áp đầu vào bằng 1/2 hoặc lớn hơn khi so sánh với điện áp nguồn được coi là giá trị CAO và điện áp đầu vào nhỏ hơn 1/2 điện áp nguồn được coi là tín hiệu THẤP.

Trong sơ đồ, các LDR được kết nối với điện áp đầu vào và điện áp tín hiệu được lấy làm điện áp sau LDR. Bộ chia điện áp sau đó được tạo thành từ một điện trở 10k và một chiết áp biến đổi 20k. Chiết áp được sử dụng để cho phép điều khiển giá trị tín hiệu đầu vào. Với các điều kiện ánh sáng khác nhau, LDR có thể có giá trị bình thường là 2k - 5k ohms hoặc, nếu ở vị trí tối hơn của bố cục, nó có thể là 10k - 15k. Thêm chiết áp giúp kiểm soát tình trạng ánh sáng mặc định.

Điều kiện mặc định (không có xe lửa nào đi vào hoặc đến gần đường hầm) có giá trị điện trở thấp đối với LDR (thường là 2k - 5k ohms), có nghĩa là đầu vào cho cổng NAND được coi là CAO. Điện áp giảm sau LDR (giả sử đầu vào 5v và 5k trên LDR và 15k kết hợp cho điện trở và chiết áp) sẽ là 1,25v để lại 3,75v là đầu vào cho cổng NAND. Khi điện trở của một LDR tăng lên do nó bị che hoặc bị che khuất, thì ĐẦU VÀO của cổng NAND sẽ ở mức thấp.

Khi tàu đi qua LDR trong đường ray, điện trở của LDR sẽ tăng lên đến 20k hoặc hơn (tùy thuộc vào điều kiện ánh sáng) và điện áp đầu ra (hoặc đầu vào cổng NAND) sẽ giảm xuống khoảng 2,14v, nhỏ hơn 1/2 điện áp nguồn do đó thay đổi đầu vào từ tín hiệu CAO thành tín hiệu THẤP.

Bước 4: Nguồn cung cấp

Tụ điện 1 - 1uf

1 - 4148 tín hiệu diode

Đầu nối 5 - 2p

Đầu nối 2 - 3p

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

3 - 2n3904 bóng bán dẫn

2 - GL5516 LDR (hoặc tương tự)

Điện trở 2 - 100 ohm

Điện trở 2 - 150 ohm

Điện trở 1 - 220 ohm

Điện trở 2 - 1k

Điện trở 2 - 10k

Chiết áp biến thiên 2 - 20k

Điện trở 1 - 50k

Điện trở 1 - 1 - 10m

1 - IC CD4023 (Cổng NAND ba đầu vào kép)

Ổ cắm 1 - 14 chân

1 - máy dò tránh chướng ngại vật (như thế này)

Trên bảng mạch của tôi, tôi đã sử dụng một IRLM6402 P-ch mosfet trên một bảng SOT-23 nhỏ. Tôi đã tìm thấy SOT-23 p-ch mosfet rẻ hơn so với hệ số dạng T0-92. Một trong hai sẽ hoạt động trong bảng mạch vì các sơ đồ chân đều giống nhau.

Đây là tất cả vẫn đang trong quá trình làm việc và tôi nghĩ rằng một số giá trị điện trở hoặc một số cải tiến vẫn có thể được thực hiện!

Bước 5: Bảng PCB

Phiên bản làm việc đầu tiên của tôi của bảng mạch được thực hiện trên một breadboard. Khi khái niệm này được chứng minh là có hiệu quả, sau đó tôi hàn toàn bộ mạch bằng tay, điều này có thể rất tốn thời gian và nói chung tôi luôn mắc phải lỗi. Bảng mạch làm việc hiện tại của tôi, bây giờ là phiên bản 3 và bao gồm ba cổng NAND (các phiên bản trước đó sử dụng đầu vào cổng NAND kép CD4011) và như được hiển thị trong video, là bảng mạch in với các tệp đầu ra do Kicad tạo ra. phần mềm mô hình hóa mạch.

Tôi đã sử dụng trang web này để đặt mua PCB:

Ở Canada, chi phí cho 5 bảng là dưới $ 3. Vận chuyển có xu hướng là thành phần đắt tiền nhất. Tôi thường sẽ đặt hàng 4 hoặc 5 bảng mạch khác nhau. (Bảng mạch thứ hai trở lên có giá gấp đôi so với bảng mạch thứ nhất). Chi phí vận chuyển điển hình (bằng thư đến Canada vì nhiều lý do khác nhau) là khoảng $ 20. Có sẵn bảng mạch nên tôi chỉ cần hàn các linh kiện vào là tiết kiệm thời gian tuyệt vời!

Đây là liên kết đến Tệp Gerber mà bạn có thể tải lên jlcpcb hoặc bất kỳ nhà sản xuất nguyên mẫu PCB nào khác.