Model Railroad Automatic Tunnel Lights: 5 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Dette er mitt favoritt kretskort. Jernbanemodellen min (fortsatt pågår) har en rekke tunneler, og selv om den sannsynligvis ikke var prototypisk, ønsket jeg å ha tunnellys som ble slått på da toget nærmet seg tunnelen. Min første impuls var å kjøpe et elektronisk sett med deler og lysdioder, noe jeg gjorde. Det viste seg å være et Arduino -sett, men jeg ante ikke hva en Arduino var. Jeg fant ut. Og det førte til et eventyr med å lære litt elektronikk. I hvert fall nok til å gjøre tunnellys! Og uten en Arduino.

Dette er minst min tredje versjon av kretskortet for tunnellys. Den grunnleggende designen oppdaget jeg i et av prosjektene i boken Electronic Circuits for the Evil Genius 2E. Dette er en flott lærebok! Jeg oppdaget også å bruke integrerte kretsbrikker, spesielt CD4011 quad -inngang NAND -porter.

Trinn 1: Kretsskjemaet

Det er tre signalinnganger til tunnellyskretsen. To er LDR -innganger (lysavhengige motstander) og en er et valgfritt hinderdetektor kretskort. Inngangssignalene til disse enhetene blir logisk vurdert av NAND -innganger på CD4023 (trippel inngang NAND Gates).

Det er en grønn/rød felles anode -LED (som vil bli brukt på displayet som indikerer at et tog okkuperer en bestemt tunnel eller nærmer seg tunnelen). Den grønne vil indikere en klar tunnel og den røde vil indikere en okkupert tunnel. Når den røde lysdioden er på, lyser også tunnellysene.

Når noen av de tre inngangene oppdager en signaltilstand, vil NAND -gateutgangen være HØY. Den eneste tilstanden når den første NAND -gateutgangen er LAV, er enkeltbetingelsen når alle innganger er HØY (alle detektorer i standardtilstand).

Kretsen inkluderer en P-CH mosfet som brukes til å beskytte kretsen mot feilkoblet strøm og jord. Dette kan lett skje når du kobler kretskortet under layoutbordet. I tidligere versjoner av kortet brukte jeg en diode i kretsen for å beskytte kretsen mot å bytte jord- og strømledninger, men dioden forbrukte.7 volt av de 5 voltene som er tilgjengelige. Mosfeten slipper ingen spenning og beskytter fortsatt kretsen hvis du får feil ledninger.

HIGH -utgangen til den første NAND -porten passerer gjennom en diode til den neste NAND -porten og er også koblet til en motstand/kondensator tidsforsinkelseskrets. Denne kretsen opprettholder den HØYE inngangen til den andre NAND -porten i 4 eller 5 sekunder, avhengig av verdien til motstanden og kondensatoren. Denne forsinkelsen forhindrer at tunnellysene blinker av og på når LDR blir utsatt for lys mellom biler som passerer forbi, og virker også som en rimelig tid ettersom forsinkelsen vil gi den siste bilen tid til å gå inn i tunnelen eller gå ut av tunnelen.

Inne i tunnelen vil hinderdetektoren holde kretsen aktivert, da den også overvåker passering av bilene. Disse detektorkretsene kan justeres til å se biler bare noen få centimeter unna, og kan heller ikke utløses av den motsatte veggen av tunnelen.

Hvis du velger å ikke koble til hinderdetektoren inne i tunnelen (kort tunnel eller vanskelig), er det bare å koble VCC til utgang på 3 -pinners hinderdetektorterminal, og dette vil opprettholde et HØYT signal på den NAND -inngangen.

To NAND -porter brukes til å tillate et sted for RC -kretsen å bli implementert. Kondensatoren slås på når den første NAND -porten er HØY. Dette signalet er inngangen til den andre NAND -porten. Når den første NAND -porten går LAV (helt klar) holder kondensatoren signalet til den andre NAND -porten HØY mens den sakte tømmes gjennom 1 10m motstand. Dioden forhindrer at kondensatoren tømmes som en vask gjennom utgangen til NAND gate one.

Siden alle tre inngangene til den andre NAND -porten er bundet sammen, når inngangen er HØY, vil utgangen være LAV og når inngangen er LAV, vil utgangen være HØY.

Når utgangen er HØY fra den andre NAND -porten, slås Q1 -transistoren på, og denne slår på den grønne lysdioden til de tre ledningene rød/grønn ledning. Q2 er også slått på, men dette tjener bare til å holde Q4 av. Når utgangen er LAV, slås Q2 av, noe som får Q4 til å slås på (og også Q1 er slått av). Dette slår av den grønne LED -en, den røde LED -lampen slås på og lyser også tunnellysene.

Trinn 2: Tunnel Light Images

Det første bildet ovenfor viser et tog som kommer inn i tunnelen med LED -lampen på.

Det andre bildet viser en LDR innebygd i sporet og ballasten. Når motoren og bilene beveger seg over LDR, kaster de nok av en skygge for å få tunnelens lysdioder til å slå seg på. Det er en LED i hver ende av tunnelen.

Trinn 3: NAND Gate Voltage Divider

LDR -ene oppretter individuelt en spenningsdelerkrets for hver av inngangene til NAND -portene. Motstandsverdiene til LDR øker etter hvert som mengden lys synker.

NAND -portene bestemmer logisk at inngangsspenninger på 1/2 eller høyere sammenlignet med kildespenningen regnes som en HØY verdi og inngangsspenninger mindre enn 1/2 av kildespenningen regnes som et LAVT signal.

I skjematikken kobles LDR -ene til inngangsspenningen, og signalspenningen tas som spenningen etter LDR. Spenningsdeleren består deretter av en 10k motstand og også et variabelt 20k potensiometer. Potensiometeret brukes til å tillate kontroll av inngangssignalverdien. Ved varierende lysforhold kan LDR ha en normalverdi på 2k - 5k ohm, eller hvis det på et mørkere sted i oppsettet kan være 10k - 15k. Ved å legge til potensiometeret kan du kontrollere standard lysforhold.

Standardtilstanden (ingen tog i eller nærmer seg en tunnel) har lave motstandsverdier for LDR -ene (vanligvis 2k - 5k ohm), noe som betyr at inngangene til NAND -portene regnes som HØYE. Spenningsfallet etter LDR (forutsatt 5v inngang og 5k på LDR og en kombinert 15k for motstand og potensiometer) vil være 1,25v og forlate 3,75v som inngang til NAND -porten. Når motstanden til en LDR økes fordi den er dekket eller skyggelagt, går INNGANGEN til NAND -porten lav.

Når toget passerer over LDR i sporet, vil motstanden til LDR øke til 20k eller mer (avhengig av lysforholdene) og utgangsspenningen (eller inngangen til NAND -porten) vil falle til ca 2,14v som er mindre enn 1/2 kildespenning som derfor endrer inngangen fra et HØYT signal til et LAVT signal.

Trinn 4: Rekvisita

1 - 1uf kondensator

1 - 4148 signaldiode

5 - 2p kontakter

2 - 3p kontakter

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

3 - 2n3904 transistorer

2 - GL5516 LDR (eller lignende)

2 - 100 ohm motstander

2 - 150 ohm motstander

1 - 220 ohm motstand

2 - 1k motstander

2 - 10k motstander

2 - 20k variable potensiometre

1 - 50k motstand

1 - 1 - 10m motstand

1 - CD4023 IC (dual triple input NAND Gates)

1 - 14 pinners stikkontakt

1 - detektor for unngåelse av hindringer (som denne)

På kretskortet mitt har jeg brukt en IRLM6402 P-ch mosfet på et lite SOT-23-kort. Jeg har funnet ut at SOT-23 p-ch mosfets er billigere enn T0-92 formfaktoren. Begge vil fungere i kretskortet da pinoutene er de samme.

Dette er fremdeles et arbeid som pågår, og jeg tror noen motstandsverdier eller noen forbedringer fortsatt kan gjøres!

Trinn 5: PCB -styret

Mine første arbeidsversjoner av kretskortet ble gjort på et brødbrett. Da konseptet viste seg å fungere, loddet jeg deretter hele kretsen for hånd, noe som kan være veldig tidkrevende, og vanligvis har jeg alltid koblet noe galt. Mitt nåværende kretskort, som nå er versjon 3 og inkluderer de trippel NAND -portene (tidligere versjoner brukte CD4011 doble NAND -innganger), og som vist i videoen, er et kretskort med utdatafiler generert av Kicad som er min programvare for kretsmodellering.

Jeg har brukt dette nettstedet for å bestille PCB:

Her i Canada er kostnaden for 5 brett mindre enn $ 3. Frakt har en tendens til å være den dyreste komponenten. Jeg vil vanligvis bestille 4 eller 5 forskjellige kretskort. (Det andre og flere kretskortet er omtrent det dobbelte av prisen på de første 5). Typiske fraktkostnader (per post til Canada av forskjellige årsaker) er omtrent $ 20. Å ha kretskortet forhåndsbygd, så jeg bare må lodde i komponentene, er en god tidsbesparelse!

Her er en lenke til Gerber Files som du kan laste opp til jlcpcb eller noen av de andre PCB -prototypeprodusentene.