Dấu hiệu tốc độ radar chi phí thấp: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Bạn đã bao giờ muốn xây dựng biển báo tốc độ radar chi phí thấp của riêng mình? Tôi sống trên một con phố nơi xe hơi chạy quá nhanh, và tôi lo lắng về sự an toàn của các con tôi. Tôi nghĩ sẽ an toàn hơn nhiều nếu tôi có thể cài đặt một biển báo tốc độ radar của riêng mình hiển thị tốc độ để tôi có thể yêu cầu người lái xe giảm tốc độ. Tôi đã tìm kiếm trực tuyến để mua một biển báo tốc độ radar, nhưng tôi thấy rằng hầu hết các biển báo có giá trên 1.000 đô la, khá đắt. Tôi cũng không muốn thành phố phải trải qua quá trình dài lắp đặt một bảng hiệu, vì tôi nghe nói rằng nó có thể khiến họ phải trả tới $ 5, 000-10, 000. Thay vào đó, tôi quyết định tự xây dựng một giải pháp chi phí thấp và tiết kiệm một số tiền trong khi vui chơi.

Tôi đã phát hiện ra OmniPreSense cung cấp mô-đun cảm biến radar tầm ngắn chi phí thấp lý tưởng cho ứng dụng của tôi. Hệ số hình thức mô-đun PCB rất nhỏ chỉ 2,1 x 2,3 x 0,5 inch và nặng chỉ 11g. Các thiết bị điện tử được thiết kế khép kín và tích hợp hoàn toàn, do đó không có ống nguồn, thiết bị điện tử cồng kềnh, hoặc cần nhiều điện năng. Phạm vi đối với một vật thể lớn như ô tô là 50ft đến 100ft (15m đến 30m). Mô-đun thực hiện tất cả các phép đo tốc độ, xử lý tất cả quá trình xử lý tín hiệu và sau đó chỉ cần xuất dữ liệu tốc độ thô qua cổng USB của nó. Tôi sử dụng Raspberry Pi giá rẻ (hoặc Arduino, hoặc bất kỳ thứ gì khác có cổng USB) để nhận dữ liệu. Với một chút mã hóa python và một số đèn LED lớn giá rẻ được gắn vào bảng, tôi có thể hiển thị tốc độ. Bảng hiển thị của tôi có thể được gắn trên cột ở bên đường. Bằng cách thêm một biển báo có nội dung “Đã kiểm tra tốc độ bằng RADAR” phía trên màn hình, giờ đây tôi đã có biển báo tốc độ radar của riêng mình để thu hút sự chú ý của người lái xe và giảm tốc độ của họ! Tất cả điều này với giá dưới 500 đô la!

Bước 1: Vật liệu và công cụ

• 1 cảm biến radar tầm ngắn OPS241-A
• 1 ngàm OPS241-A (in 3D)
• 1 Raspberry Pi Model B v1.2
• 1 nguồn điện 5V microUSB
• 1 Cáp nguồn và cáp nguồn molex 4 chân Rhino Model AS-20 110V đến 12V / 5V
• 1 Khối đầu cuối 3 cực dọc, tâm 5,0mm
• 1 cáp Micro-USB sang USB tiêu chuẩn
• 4 miếng đệm, vít, đai ốc
• 1 hộp bao vây và PCB mạ
• 4 vít gắn PCB mạ
• 3 điện trở 1 / 8W 330ohm
• 3 bóng bán dẫn NTE 490 FET
• 1 NTE 74HCT04 Biến tần hex CMOS tốc độ cao TTL tích hợp
• 1 bảng mạch bánh mì mini OSEPP với lớp nền chống dính
• 2 chân cắm thẳng hình vuông tiêu đề 0,156”, 8 mạch
• 20 dây jumper cao cấp 6”F / F 22AWG
• 1 Bảng gắn gỗ 1”x 12” x 24”
• 1 Sơn phun màu đen
• 2 Màn hình 7 phân đoạn Sparkfun - 6,5”(Đỏ)
• 2 bảng điều khiển chữ số lớn Sparkfun (SLDD)
• 1 Biển báo “Kiểm tra tốc độ bằng Radar”

Bước 2: Lập kế hoạch tầng của Bảng điện tử PCB

Tôi bắt đầu với phần cứng điều khiển chính là Raspberry Pi. Giả định ở đây là bạn đã có Raspberry Pi với hệ điều hành trên đó và có một số kinh nghiệm viết mã Python. Raspberry Pi điều khiển cảm biến radar OPS241-A và thu nhận thông tin tốc độ được báo cáo. Điều này sau đó được chuyển đổi để hiển thị trên màn hình LED 7 đoạn lớn.

Một. Tôi muốn đặt tất cả các thành phần điện ngoài cảm biến radar và màn hình LED lên một bảng mạch điện tử PCB kèm theo gắn vào mặt sau của bảng hiển thị. Điều này giúp bảng ngoài tầm nhìn và an toàn trước các yếu tố. Theo cách này, chỉ cần hai dây cáp chạy từ mặt sau của bo mạch đến mặt trước. Một cáp là cáp USB cấp nguồn cho mô-đun OPS241-A và nhận dữ liệu tốc độ đo được. Cáp thứ hai là ổ đĩa hiển thị 7-Segment.

NS. Bảng mạch PCB cần dành nhiều không gian cho Raspberry Pi, vốn chiếm hầu hết diện tích. Tôi cũng cần đảm bảo rằng tôi sẽ có thể dễ dàng truy cập một số cổng của nó sau khi được gắn kết. Các cổng tôi cần truy cập là cổng USB (dữ liệu tốc độ mô-đun OPS241-A), cổng Ethernet (giao diện PC để phát triển / gỡ lỗi mã Python), cổng HDMI (hiển thị cửa sổ Raspberry Pi và gỡ lỗi / phát triển) và cổng micro USB (Nguồn 5V cho Raspberry Pi).

NS. Để cung cấp quyền truy cập cho các cổng này, các lỗ được khoét trên vỏ phù hợp với các vị trí cổng trên Raspberry Pi.

NS. Tiếp theo, tôi cần tìm chỗ cho bảng mạch bánh mì chứa các thành phần điện tử rời để điều khiển các đèn LED hiển thị. Đây là mặt hàng lớn thứ hai. Cần phải có đủ không gian xung quanh nó để tôi có thể nhảy dây đến nó từ Raspberry Pi và xuất tín hiệu ra tiêu đề để điều khiển đèn LED. Tốt nhất, nếu tôi có nhiều thời gian hơn, tôi sẽ hàn các thành phần và dây dẫn trực tiếp vào bảng mạch PCB thay vì sử dụng bảng mạch, nhưng đối với mục đích của tôi, nó đủ tốt.

e. Tôi dự định đặt tiêu đề trình điều khiển màn hình bên cạnh breadboard ở cạnh PCB, để tôi có thể giữ cho chiều dài dây của mình ngắn lại và cũng để tôi có thể khoét một lỗ trên vỏ và cắm cáp vào đầu nối.

NS. Cuối cùng, tôi cho phép khoảng trống trên PCB cho một khối nguồn. Hệ thống yêu cầu 5V cho bộ chuyển mức và trình điều khiển hiển thị, và 12V cho đèn LED. Tôi kết nối đầu nối nguồn 5V / 12V tiêu chuẩn với khối nguồn, sau đó định tuyến các tín hiệu nguồn từ khối tới bảng mạch và tiêu đề LED. Tôi khoét một lỗ trên nắp để có thể nối dây nguồn 12V / 5V vào đầu nối nguồn.

NS. Đây là sơ đồ sàn PCB thiết bị điện tử cuối cùng trông như thế nào (với lớp vỏ ngoài):

Bước 3: Gắn Raspberry Pi

Tôi đã gắn Raspberry Pi của mình vào một bảng mạch PCB được đục lỗ và mạ bằng 4 miếng đệm, vít và đai ốc. Tôi thích sử dụng bảng mạch PCB được mạ để có thể hàn các linh kiện và dây điện nếu cần.

Bước 4: Bộ chuyển đổi mức tín hiệu LED

Các GPIO của Raspberry Pi có thể cấp nguồn tối đa 3,3V cho mỗi chiếc. Tuy nhiên, màn hình LED yêu cầu tín hiệu điều khiển 5V. Do đó, tôi cần thiết kế một mạch đơn giản, chi phí thấp để chuyển mức tín hiệu điều khiển Pi từ 3,3V sang 5V. Mạch tôi sử dụng bao gồm 3 bóng bán dẫn FET rời, 3 điện trở rời và 3 biến tần tích hợp. Các tín hiệu đầu vào đến từ các GPIO của Raspberry Pi và các tín hiệu đầu ra được chuyển đến một tiêu đề kết nối với cáp từ các đèn LED. Ba tín hiệu được chuyển đổi là GPIO23 thành SparkFun LDD CLK, GPIO4 thành SparkFun LDD LAT và SPIO5 thành SparkFun LDD SER.

Bước 5: Màn hình LED bảy đoạn lớn

Để hiển thị tốc độ, tôi đã sử dụng hai đèn LED lớn mà tôi tìm thấy trên SparkFun. Chúng cao 6,5 nên có thể đọc được từ khoảng cách xa. Để dễ đọc hơn, tôi đã sử dụng băng dính màu xanh để che nền trắng mặc dù màu đen có thể tạo ra nhiều độ tương phản hơn.

Bước 6: Bảng điều khiển LED

Mỗi đèn LED yêu cầu một thanh ghi dịch chuyển nối tiếp và chốt để giữ các tín hiệu điều khiển từ Raspberry Pi và điều khiển các đoạn LED. SparkFun có một bài viết rất tốt để làm điều này ở đây. Raspberry Pi gửi dữ liệu nối tiếp đến màn hình LED bảy đoạn và điều khiển thời gian chốt. Bảng điều khiển được gắn ở mặt sau của đèn LED và không thể nhìn thấy từ phía trước.

Bước 7: Gắn Mô-đun Radar OPS241-A

Cảm biến radar OPS241-A được ghép vào một giá đỡ in 3D mà một người bạn đã làm cho tôi. Ngoài ra, tôi có thể vặn nó trực tiếp vào bảng. Cảm biến radar được gắn ở mặt trước của bảng bên cạnh các đèn LED. Mô-đun cảm biến được gắn với các ăng-ten (các miếng vàng ở đầu bo mạch) được gắn theo chiều ngang mặc dù bảng thông số kỹ thuật cho biết mô-đun ăng-ten khá đối xứng theo cả chiều ngang và chiều dọc nên việc xoay nó 90 ° có thể sẽ ổn. Khi được gắn vào cột điện thoại, cảm biến radar sẽ hướng ra ngoài đường phố. Một vài độ cao khác nhau đã được thử và thấy rằng đặt nó cao khoảng 6 '(2 m) là tốt nhất. Cao hơn bất kỳ và tôi khuyên bạn có thể nghiêng bảng xuống một chút.

Bước 8: Kết nối nguồn và tín hiệu

Có hai nguồn điện cho dấu hiệu. Một là nguồn điện HDD được chuyển đổi cung cấp cả 12V và 5V. Màn hình 7 đoạn yêu cầu 12V cho đèn LED và mức tín hiệu 5V. Bảng chuyển đổi lấy tín hiệu 3.3V từ Raspberry Pi và cấp chuyển chúng thành 5V cho màn hình như đã thảo luận ở trên. Nguồn điện còn lại là bộ chuyển đổi USB 5V chuẩn điện thoại di động hoặc máy tính bảng với đầu nối micro USB cho Raspberry Pi.

Bước 9: Gắn kết cuối cùng

Để giữ cảm biến radar, đèn LED và bảng điều khiển, mọi thứ được gắn trên một miếng gỗ 12 "x 24" x 1 ". Các đèn LED được gắn ở mặt trước cùng với cảm biến radar và bảng điều khiển trong vỏ của nó. mặt sau. Gỗ được sơn đen để giúp đèn LED dễ đọc hơn. Nguồn và tín hiệu điều khiển cho đèn LED được chuyển qua một lỗ trên gỗ phía sau đèn LED. Cảm biến radar được gắn ở mặt trước bên cạnh đèn LED. Cáp điều khiển và nguồn USB dành cho cảm biến radar được quấn từ trên cùng vào bảng gỗ. Một vài lỗ trên đầu bảng có dây buộc cung cấp phương tiện để gắn bảng lên cột điện thoại bên cạnh "Đã kiểm tra tốc độ bằng Dấu hiệu rađa”.

Bo mạch điều khiển được bắt vít vào mặt sau của bo mạch cùng với bộ đổi nguồn.

Bước 10: Mã Python

Python chạy trên Raspberry Pi được sử dụng để kéo hệ thống lại với nhau. Mã này nằm trên GitHub. Các phần chính của mã là cài đặt cấu hình, đọc dữ liệu qua cổng nối tiếp USB từ cảm biến radar, chuyển đổi dữ liệu tốc độ sang hiển thị và điều khiển thời gian hiển thị.

Cấu hình mặc định trên cảm biến radar OPS241-A vẫn ổn nhưng tôi thấy cần có một vài điều chỉnh cho cấu hình khởi động. Những điều này bao gồm thay đổi từ báo cáo m / s sang mph, thay đổi tốc độ lấy mẫu thành 20ksps và điều chỉnh cài đặt squelch. Tốc độ mẫu trực tiếp quyết định tốc độ tối đa có thể được báo cáo (139mph) và tăng tốc độ báo cáo.

Bài học quan trọng là cài đặt giá trị squelch. Ban đầu, tôi nhận thấy cảm biến radar không nhận ô tô ở phạm vi rất xa, có thể chỉ 15-30 feet (5-10m). Tôi nghĩ rằng tôi có thể đã đặt cảm biến radar quá cao vì nó được đặt ở vị trí cách đường phố khoảng 7 feet. Đưa nó xuống thấp hơn 4 feet dường như không giúp được gì. Sau đó, tôi thấy cài đặt squelch trong tài liệu API và thay đổi nó thành nhạy cảm nhất (QI hoặc 10). Với điều này, phạm vi phát hiện tăng lên đáng kể lên 30-100 feet (10-30m).

Việc lấy dữ liệu qua một cổng nối tiếp và dịch để gửi đến các đèn LED khá dễ dàng. Ở 20ksps, dữ liệu tốc độ được báo cáo khoảng 4-6 lần mỗi giây. Điều đó hơi nhanh và không tốt khi màn hình thay đổi nhanh như vậy. Mã điều khiển hiển thị đã được thêm vào để tìm kiếm tốc độ được báo cáo nhanh nhất mỗi giây và sau đó hiển thị số đó. Điều này làm chậm trễ một giây trong việc báo cáo con số nhưng điều đó không sao hoặc có thể dễ dàng điều chỉnh.

Bước 11: Kết quả và cải tiến

Tôi đã thực hiện thử nghiệm của riêng mình khi lái một chiếc ô tô vượt qua nó ở tốc độ đã định và các kết quả đọc được tương đối tốt với tốc độ của tôi. OmniPreSense cho biết họ đã thử nghiệm mô-đun và nó có thể vượt qua thử nghiệm tương tự như một khẩu súng radar cảnh sát tiêu chuẩn trải qua với độ chính xác 0,5 dặm / giờ.

Tóm lại, đây là một dự án tuyệt vời và là một cách tốt để xây dựng một cách an toàn cho con phố của tôi. Có một số cải tiến có thể làm cho tính năng này hữu ích hơn mà tôi sẽ xem xét thực hiện trong bản cập nhật tiếp theo. Đầu tiên là tìm đèn LED lớn hơn và sáng hơn. Biểu dữ liệu cho biết đây là 200-300 mcd (millicandela). Chắc chắn là cần một cái gì đó cao hơn mức này vì mặt trời dễ dàng cuốn trôi khi nhìn thấy chúng dưới ánh sáng ban ngày. Ngoài ra, thêm lớp che chắn xung quanh viền đèn LED có thể ngăn ánh sáng mặt trời chiếu vào.

Làm cho toàn bộ giải pháp bằng chứng thời tiết sẽ là cần thiết nếu nó sẽ được đăng vĩnh viễn. May mắn thay, đây là radar và các tín hiệu sẽ dễ dàng đi qua một vỏ nhựa, chỉ cần tìm một chiếc có kích thước phù hợp mà cũng có khả năng chống nước.

Cuối cùng, việc thêm một mô-đun máy ảnh vào Raspberry Pi để chụp ảnh bất kỳ ai vượt quá tốc độ giới hạn trên đường phố của chúng tôi sẽ thực sự tuyệt vời. Tôi có thể làm điều này xa hơn bằng cách sử dụng WiFi trên tàu và gửi cảnh báo và hình ảnh về chiếc xe đang chạy quá tốc độ. Thêm dấu thời gian, ngày tháng và tốc độ phát hiện vào hình ảnh sẽ thực sự kết thúc mọi thứ. Thậm chí có thể có một ứng dụng đơn giản để xây dựng có thể trình bày thông tin một cách độc đáo.