Model Railroad automatiske tunnellys: 5 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Dette er mit yndlings printkort. Mit modeljernbanelayout (stadig i gang) har et antal tunneler, og selvom det nok ikke var prototypisk, ville jeg have tunnellys, der tændte, da toget nærmede sig tunnelen. Min første impuls var at købe et elektronisk kit med dele og lysdioder, hvilket jeg gjorde. Det viste sig at være et Arduino -kit, men jeg anede ikke, hvad en Arduino var. Jeg fandt ud af det. Og det førte til et eventyr med at lære noget elektronik. I hvert fald nok til at lave tunnellys! Og uden en Arduino.

Dette er i det mindste min tredje version af tunnellysets printkort. Det grundlæggende design opdagede jeg i et af projekterne i bogen Electronic Circuits for the Evil Genius 2E. Dette er en fantastisk lærebog! Jeg opdagede også ved hjælp af integrerede kredsløb chips, specifikt CD4011 quad input NAND porte.

Trin 1: Circuit Schematic

Der er tre signalindgange til tunnellyskredsløbet. To er LDR -indgange (lysafhængige modstande), og den ene er et valgfri forhindringsdetektor kredsløb. Indgangssignalerne fra disse enheder vurderes logisk af NAND -gateindgange på CD4023 (triple input NAND Gates).

Der er en grøn/rød fælles anode -LED (som vil blive brugt på displayet, hvilket angiver, at et tog indtager en bestemt tunnel eller nærmer sig tunnelen). Det grønne angiver en klar tunnel, og den røde angiver en besat tunnel. Når den røde lysdiode er tændt, vil tunnellysene også være tændt.

Når en af de tre indgange registrerer en signaltilstand, vil NAND -gateudgangen være HØJ. Den eneste betingelse, når den første NAND -gateudgang er LAV, er den eneste betingelse, når alle indgange er HØJ (alle detektorer ved standardtilstand).

Kredsløbet indeholder en P-CH mosfet, der bruges til at beskytte kredsløbet mod fejlkoblet strøm og jord. Dette kan let ske, når der tilsluttes printkortet under layoutbordet. I tidligere versioner af tavlen brugte jeg en diode i kredsløbet til at beskytte kredsløbet mod at skifte jord- og strømledninger, men dioden forbrugte.7 volt af de tilgængelige 5 volt. Mosfeten taber ikke nogen spænding og beskytter stadig kredsløbet, hvis du tager ledningerne forkert.

HIGH -udgangen fra den første NAND -port passerer gennem en diode til den næste NAND -port og er også forbundet til et modstand/kondensator tidsforsinkelseskredsløb. Dette kredsløb fastholder HIGH -input til den anden NAND -gate i 4 eller 5 sekunder afhængigt af værdien af modstanden og kondensatoren. Denne forsinkelse forhindrer tunnellysene i at blinke til og fra, når LDR udsættes for lys mellem biler, der passerer forbi, og synes også at være en rimelig tid, da forsinkelsen vil give den sidste bil tid til at komme ind i tunnelen eller forlade tunnelen.

Inde i tunnelen vil forhindringsdetektoren holde kredsløbet aktiveret, da det også overvåger bilernes passering. Disse detektorkredsløb kan justeres til at få øje på biler kun få centimeter væk og kan heller ikke udløses af den modsatte væg i tunnelen.

Hvis du vælger ikke at tilslutte forhindringsdetektoren inde i tunnelen (kort tunnel eller vanskelig), skal du blot tilslutte VCC til udgang på den 3 -polede forhindringsdetektorterminal, og dette vil opretholde et HØJT signal på den NAND -gateindgang.

To NAND -porte bruges til at tillade et sted for RC -kredsløbet at blive implementeret. Kondensatoren tændes, når den første NAND -port er HØJ. Dette signal er input til den anden NAND -gate. Når den første NAND -gate går LOW (helt klar), holder kondensatoren signalet til den anden NAND -gate HIGH, mens den langsomt udlades gennem 1 10m modstanden. Dioden forhindrer kondensatoren i at aflade som en vask gennem udgangen fra NAND gate one.

Da alle tre indgange i den anden NAND -gate er bundet sammen, vil input være HØJ, når input er HIGH, og når input er LOW, vil output være HIGH.

Når udgangen er HØJ fra den anden NAND -port, tændes Q1 -transistoren, og denne tænder den grønne lysdiode på de tre ledninger rød/grøn led. Q2 er også tændt, men dette tjener bare til at holde Q4 slukket. Når output er LOW, slukkes Q2, hvilket får Q4 til at tænde (og også Q1 er slukket). Dette slukker den grønne LED, tænder den røde LED og tænder også for tunnelens lysdioder.

Trin 2: Tunnel Light Images

Det første billede ovenfor viser et tog, der kommer ind i tunnelen med LED'en tændt.

Det andet billede viser en LDR indlejret i sporet og ballasten. Når motoren og bilerne kører over LDR kaster de nok af en skygge til at få tunnelens lysdioder til at tænde. Der er en LED i hver ende af tunnelen.

Trin 3: NAND Gate Voltage Divider

LDR'erne opretter individuelt et spændingsdelerkredsløb for hver af inputene til NAND -portene. Modstandsværdier for LDR'erne stiger, når mængden af lys falder.

NAND -portene bestemmer logisk, at indgangsspændinger på 1/2 eller større i forhold til kildespændingen betragtes som en HØJ værdi, og indgangsspændinger mindre end 1/2 af kildespændingen betragtes som et LAVT signal.

I skematikken forbindes LDR'erne med indgangsspændingen, og signalspændingen tages som spændingen efter LDR'en. Spændingsdeleren består derefter af en 10k modstand og også et variabelt 20k potentiometer. Potentiometeret bruges til at tillade kontrol af indgangssignalværdien. Ved varierende lysforhold kan LDR have en normal værdi på 2k - 5k ohm, eller hvis det på et mørkere sted i layoutet kan være 10k - 15k. Tilføjelse af potentiometer hjælper med at kontrollere standardlysetilstanden.

Standardbetingelsen (intet tog i eller nærmer sig en tunnel) har lave modstandsværdier for LDR'erne (generelt 2k - 5k ohm), hvilket betyder, at input til NAND -portene betragtes som HØJ. Spændingsfaldet efter LDR (forudsat 5v input og 5k på LDR og kombineret 15k for modstand og potentiometer) vil være 1,25v og efterlade 3,75v som input til NAND -porten. Når modstanden for en LDR øges, fordi den er dækket eller skraveret, går INPUT af NAND -porten lavt.

Når toget passerer over LDR i sporet, vil LDR's modstand stige til 20k eller mere (afhængigt af lysforholdene), og udgangsspændingen (eller input til NAND -porten) vil falde til ca. 2,14v, hvilket er mindre end 1/2 kildespænding, som derfor ændrer input fra et HIGH signal til et LOW signal.

Trin 4: Forbrugsvarer

1 - 1uf kondensator

1 - 4148 signaldiode

5 - 2p stik

2 - 3p stik

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

3 - 2n3904 transistorer

2 - GL5516 LDR (eller lignende)

2 - 100 ohm modstande

2 - 150 ohm modstande

1 - 220 ohm modstand

2 - 1k modstande

2 - 10k modstande

2 - 20k variable potentiometre

1 - 50k modstand

1 - 1 - 10m modstand

1 - CD4023 IC (dual triple input NAND Gates)

1 - 14 ben stik

1 - forhindringsmåler (som denne)

På mit printkort har jeg brugt en IRLM6402 P-ch mosfet på et lille SOT-23-kort. Jeg har fundet SOT-23 p-ch mosfets til at være billigere end T0-92 formfaktoren. Begge vil arbejde i kredsløbskortet, da pinouterne er de samme.

Alt dette er stadig i gang, og jeg tror, at nogle modstandsværdier eller nogle forbedringer stadig kan foretages!

Trin 5: PCB -kortet

Mine første arbejdsversioner af printkortet blev udført på et brødbræt. Da konceptet viste sig at fungere, lodde jeg derefter hele kredsløbet, hvilket kan være meget tidskrævende, og generelt har jeg altid forbundet noget forkert. Mit nuværende arbejdskort, som nu er version 3 og indeholder de tredobbelte NAND -porte (tidligere versioner brugte CD4011 dual NAND gate -indgange), og som vist i videoen, er et printkort med outputfiler genereret af Kicad, som er min kredsløbsmodelleringssoftware.

Jeg har brugt dette websted til at bestille PCB'erne:

Her i Canada er prisen for 5 tavler mindre end $ 3. Forsendelse har en tendens til at være den dyreste komponent. Jeg vil normalt bestille 4 eller 5 forskellige printkort. (Det andet og flere printkort er cirka det dobbelte af prisen på de første 5). Typiske forsendelsesomkostninger (pr. Post til Canada af forskellige årsager) er omkring $ 20. At have printkortet forudbygget, så jeg bare skal lodde komponenterne, er en god tidsbesparelse!

Her er et link til Gerber Files, som du kan uploade til jlcpcb eller en hvilken som helst af de andre PCB -prototypeproducenter.