Model Railroad Automatic Tunnel Lights: 5 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:39

Detta är mitt favorit kretskort. Min modelljärnvägslayout (pågår fortfarande) har ett antal tunnlar och även om det förmodligen inte är prototypiskt, ville jag ha tunnlampor som tändes när tåget närmade sig tunneln. Min första impuls var att köpa ett elektroniskt kit med delar och lysdioder, vilket jag gjorde. Det visade sig vara ett Arduino -kit men jag hade ingen aning om vad en Arduino var. Jag fick reda på det. Och det ledde till ett äventyr att lära sig lite elektronik. Åtminstone tillräckligt för att göra tunnelbelysning! Och utan en Arduino.

Detta är åtminstone min tredje version av tunnelbelysningens kretskort. Grunddesignen upptäckte jag i ett av projekten i boken Electronic Circuits for the Evil Genius 2E. Det här är en bra lärandebok! Jag upptäckte också att använda integrerade kretschips, specifikt CD4011 quad -ingång NAND -portar.

Steg 1: Kretsschemat

Det finns tre signalingångar till tunnelbelysningskretsen. Två är LDR -ingångar (ljusberoende motstånd) och en är ett valfritt hinderdetektor kretskort. Ingångssignalerna för dessa enheter bedöms logiskt av NAND -gateingångar på CD4023 (trippel ingång NAND Gates).

Det finns en grön/röd gemensam anod -LED (som kommer att användas på displayen som indikerar att ett tåg upptar en specifik tunnel eller närmar sig tunneln). Den gröna indikerar en klar tunnel och den röda indikerar en upptagen tunnel. När den röda lysdioden lyser tänds också tunnelbelysningen.

När någon av de tre ingångarna detekterar ett signaltillstånd kommer NAND -grindutgången att vara HÖG. Det enda villkoret när den första NAND -grindutgången är LÅG är det enda villkoret när alla ingångar är HIGH (alla detektorer vid standardläge).

Kretsen innehåller en P-CH mosfet som används för att skydda kretsen från felkopplad ström och jord. Detta kan lätt hända när kretskortet kopplas under layoutbordet. I tidigare versioner av kortet använde jag en diod i kretsen för att skydda kretsen från att byta jord- och strömkablar, men dioden förbrukade.7 volt av de 5 volt som finns. Mosfeten tappar ingen spänning och skyddar fortfarande kretsen om du får fel ledningar.

HIGH -utgången från den första NAND -grinden passerar genom en diod till nästa NAND -grind och är också ansluten till en motstånd/kondensator tidsfördröjningskrets. Denna krets behåller HIGH -ingången till den andra NAND -grinden i 4 eller 5 sekunder beroende på värdet på motståndet och kondensatorn. Denna fördröjning hindrar tunnelbelysningen från att blinka och släckas när LDR utsätts för ljus mellan bilar som passerar förbi och verkar också vara rimlig tid eftersom fördröjningen ger den sista bilen tid att gå in i tunneln eller lämna tunneln.

Inne i tunneln kommer hinderdetektorn att hålla kretsen aktiverad eftersom den också övervakar bilarnas förbipasserande. Dessa detektorkretsar kan justeras för att upptäcka bilar bara några centimeter bort och kan inte heller utlösas av tunnelns motsatta vägg.

Om du väljer att inte ansluta hinderdetektorn inuti tunneln (kort tunnel eller svår) är det bara att ansluta VCC till utgången på 3 -stifts hinderdetektorterminalen och detta kommer att bibehålla en HIGH -signal på den NAND -grindingången.

Två NAND -portar används för att tillåta en plats för RC -kretsen att implementeras. Kondensatorn startas när den första NAND -grinden är HÖG. Denna signal är ingången till den andra NAND -grinden. När den första NAND -grinden går LÅG (helt klar) håller kondensatorn signalen till den andra NAND -grinden HÖG medan den långsamt urladdas genom 1 10m -motståndet. Dioden förhindrar att kondensatorn urladdas som ett handfat genom utgången från NAND gate one.

Eftersom alla tre ingångarna i den andra NAND -grinden är bundna, kommer ingången att vara HÖG när utgången är LÅG och när ingången är LÅG, kommer utgången att vara HÖG.

När utgången är HÖG från den andra NAND -porten slås Q1 -transistorn på och detta tänder den gröna lysdioden på den tre ledare röda/gröna lysdioden. Q2 är också påslagen men detta tjänar bara till att hålla Q4 avstängd. När utgången är LÅG stängs Q2 av vilket gör att Q4 slås på (och även Q1 stängs av). Detta stänger av den gröna lysdioden, tänder den röda lysdioden och tänder även tunnelbelysningens lysdioder.

Steg 2: Tunnel Light Images

Den första bilden ovan visar ett tåg som går in i tunneln med LED -lampan tänd.

Den andra bilden visar en LDR inbäddad i spåret och ballasten. När motorn och bilarna färdas över LDR kastar de tillräckligt med skugga för att trigga tunnelens lysdioder. Det finns en lysdiod i varje ände av tunneln.

Steg 3: NAND Gate Voltage Divider

LDR: erna skapar individuellt en spänningsdelarkrets för var och en av ingångarna till NAND -grindarna. Motståndsvärdena för LDR: er ökar när mängden ljus minskar.

NAND -grindarna bestämmer logiskt att ingångsspänningar på 1/2 eller högre jämfört med källspänningen betraktas som ett HÖGT värde och ingångsspänningar mindre än 1/2 av källspänningen betraktas som en LÅG signal.

I schemat är LDR: er anslutna till ingångsspänning och signalspänningen tas som spänningen efter LDR. Spänningsdelaren består sedan av ett 10k motstånd och även en variabel 20k potentiometer. Potentiometern används för att möjliggöra kontroll av insignalens värde. Vid varierande ljusförhållanden kan LDR ha ett normalvärde på 2k - 5k ohm eller, om det på en mörkare plats i layouten kan vara 10k - 15k. Att lägga till potentiometern hjälper till att kontrollera standardljuset.

Standardvillkoret (inget tåg i eller närmar sig en tunnel) har låga motståndsvärden för LDR: erna (i allmänhet 2k - 5k ohm) vilket innebär att ingångarna till NAND -portarna anses HIGH. Spänningsfallet efter LDR (förutsatt 5v ingång och 5k på LDR och en kombinerad 15k för motståndet och potentiometern) blir 1,25v och lämnar 3,75v som ingång till NAND -grinden. När motståndet för en LDR ökar på grund av att det är täckt eller skuggat, går NAND -portens INGÅNG lågt.

När tåget passerar över LDR i spåret kommer LDR: s motstånd att öka till 20k eller mer (beroende på ljusförhållanden) och utspänningen (eller ingången till NAND -grinden) kommer att sjunka till ca 2,14v vilket är mindre än 1/2 källspänning som därför ändrar ingången från en HIGH -signal till en LOW -signal.

Steg 4: Tillbehör

1 - 1uf kondensator

1 - 4148 signaldiod

5 - 2p kontakter

2 - 3p kontakter

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

3 - 2n3904 transistorer

2 - GL5516 LDR (eller liknande)

2 - 100 ohm motstånd

2 - 150 ohm motstånd

1 - 220 ohm motstånd

2 - 1k motstånd

2 - 10k motstånd

2 - 20k variabla potentiometrar

1 - 50k motstånd

1 - 1 - 10m motstånd

1 - CD4023 IC (dubbel trippel ingång NAND -portar)

1 - 14 -stifts uttag

1 - hinderundvikande detektor (så här)

På mitt kretskort har jag använt en IRLM6402 P-ch mosfet på ett litet SOT-23-kort. Jag har funnit att SOT-23 p-ch mosfets är billigare än formfaktorn T0-92. Endera kommer att arbeta i kretskortet eftersom pinouterna är desamma.

Allt detta pågår fortfarande och jag tror att vissa motståndsvärden eller några förbättringar fortfarande kan göras!

Steg 5: PCB -kortet

Mina första arbetsversioner av kretskortet gjordes på en brödbräda. När konceptet visade sig fungera lödde jag sedan hela kretsen, vilket kan vara mycket tidskrävande och i allmänhet har jag alltid kopplat något fel. Mitt nuvarande kretskort, som nu är version 3 och innehåller de tre NAND -grindarna (tidigare versioner använde CD4011 dubbla NAND -ingångar), och som visas i videon, är ett kretskort med utdatafiler genererade av Kicad som är min kretsmodelleringsprogram.

Jag har använt denna webbplats för att beställa kretskort:

Här i Kanada är kostnaden för 5 brädor mindre än $ 3. Frakt tenderar att vara den dyraste komponenten. Jag brukar beställa 4 eller 5 olika kretskort. (De andra och fler kretskorten är ungefär dubbelt så mycket som de första 5). Typiska fraktkostnader (per post till Kanada av olika skäl) är cirka $ 20. Att ha kretskortet förbyggt så att jag bara måste lödda i komponenterna är en bra tidsbesparing!

Här är en länk till Gerber Files som du kan ladda upp till jlcpcb eller någon av de andra tillverkarna av PCB -prototyper.