Model Lampu Terowongan Kereta Api Otomatis: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Ini adalah papan sirkuit favorit saya. Tata letak kereta api model saya (masih dalam proses) memiliki sejumlah terowongan dan meskipun mungkin tidak prototipe, saya ingin memiliki lampu terowongan yang menyala saat kereta mendekati terowongan. Dorongan pertama saya adalah untuk membeli kit elektronik dengan suku cadang dan led, yang saya lakukan. Ternyata itu adalah kit Arduino tetapi saya tidak tahu apa itu Arduino. Aku tahu. Dan itu mengarah pada petualangan mempelajari beberapa elektronik. Setidaknya cukup untuk melakukan lampu terowongan! Dan tanpa Arduino.

Ini setidaknya versi ketiga saya dari papan sirkuit lampu terowongan. Desain dasar yang saya temukan di salah satu proyek buku Sirkuit Elektronik untuk Evil Genius 2E. Ini adalah buku pembelajaran yang bagus! Saya juga menemukan menggunakan chip sirkuit terintegrasi, khususnya gerbang NAND input quad CD4011.

Langkah 1: Skema Sirkuit

Ada tiga input sinyal ke rangkaian lampu terowongan. Dua adalah input LDR (resistor bergantung cahaya) dan satu adalah papan sirkuit detektor hambatan opsional. Sinyal input perangkat ini secara logis dinilai oleh input gerbang NAND dari CD4023 (pintu tiga Gerbang NAND).

Ada satu LED anoda umum berwarna hijau/merah (yang akan digunakan pada panel tampilan yang menunjukkan kereta api sedang menempati terowongan tertentu atau mendekati terowongan). Hijau akan menunjukkan terowongan yang bersih dan merah akan menunjukkan terowongan yang diduduki. Ketika led merah menyala, lampu terowongan juga akan menyala.

Ketika salah satu dari tiga input mendeteksi kondisi sinyal, output gerbang NAND akan menjadi TINGGI. Satu-satunya kondisi ketika output gerbang NAND pertama LOW adalah kondisi tunggal ketika semua input HIGH (semua detektor pada kondisi default).

Rangkaian ini mencakup MOSFET P-CH yang digunakan untuk melindungi rangkaian dari daya dan ground yang salah kabel. Ini dapat dengan mudah terjadi saat memasang papan sirkuit di bawah tabel tata letak. Dalam versi papan sebelumnya saya menggunakan dioda di sirkuit untuk melindungi sirkuit dari peralihan kabel ground dan kabel daya, tetapi dioda mengkonsumsi 0,7 volt dari 5 volt yang tersedia. MOSFET tidak menjatuhkan tegangan apa pun dan masih melindungi sirkuit jika Anda salah memasang kabel.

Output TINGGI dari gerbang NAND pertama melewati dioda ke gerbang NAND berikutnya dan juga terhubung ke rangkaian waktu tunda resistor/kapasitor. Sirkuit ini mempertahankan input TINGGI ke gerbang NAND kedua selama 4 atau 5 detik tergantung pada nilai resistor dan kapasitor. Penundaan ini mencegah lampu terowongan menyala dan mati ketika LDR terkena cahaya di antara mobil yang lewat dan juga tampaknya merupakan waktu yang wajar karena penundaan akan memberikan waktu terakhir bagi mobil untuk memasuki terowongan atau keluar terowongan.

Di dalam terowongan, detektor rintangan akan menjaga sirkuit tetap aktif karena juga memantau mobil yang lewat. Sirkuit detektor ini dapat disesuaikan untuk mendeteksi mobil hanya beberapa inci jauhnya dan juga tidak dipicu oleh dinding terowongan yang berlawanan.

Jika Anda memilih untuk tidak menghubungkan detektor hambatan di dalam terowongan (terowongan pendek atau sulit) cukup sambungkan VCC ke output pada terminal detektor hambatan 3 pin dan ini akan mempertahankan sinyal TINGGI pada input gerbang NAND tersebut.

Dua Gerbang NAND digunakan untuk memungkinkan tempat sirkuit RC diimplementasikan. Kapasitor dinyalakan ketika gerbang NAND pertama TINGGI. Sinyal ini merupakan input ke gerbang NAND kedua. Ketika gerbang NAND pertama menjadi RENDAH (semua bersih) kapasitor menyimpan sinyal ke gerbang NAND kedua TINGGI sementara perlahan-lahan melepaskan melalui resistor 1 10m. Dioda mencegah kapasitor dari pemakaian sebagai wastafel melalui output gerbang NAND satu.

Karena ketiga input dari gerbang NAND kedua diikat bersama, ketika input HIGH, output akan LOW dan ketika input LOW, output akan HIGH.

Ketika output TINGGI dari Gerbang NAND kedua, transistor Q1 dihidupkan dan ini menyalakan led hijau dari tiga kabel merah/hijau led. Q2 juga dihidupkan tetapi ini hanya berfungsi untuk menjaga Q4 mati. Ketika output LOW, Q2 dimatikan yang menyebabkan Q4 menyala (dan juga Q1 dimatikan). Ini mematikan led hijau, menyalakan led merah dan juga menyalakan led lampu terowongan.

Langkah 2: Gambar Cahaya Terowongan

Gambar pertama di atas menunjukkan kereta memasuki terowongan dengan LED overhead menyala.

Gambar kedua menunjukkan LDR tertanam di trek dan ballast. Saat mesin dan mobil melewati LDR, mereka memberikan cukup banyak bayangan untuk memicu LED terowongan menyala. Ada LED di setiap ujung terowongan.

Langkah 3: Pembagi Tegangan Gerbang NAND

LDR secara individual membuat rangkaian pembagi tegangan untuk setiap input ke gerbang NAND. Nilai resistansi LDR meningkat seiring dengan berkurangnya jumlah cahaya.

Gerbang NAND secara logis menentukan bahwa tegangan input 1/2 atau lebih besar jika dibandingkan dengan tegangan sumber dianggap sebagai nilai TINGGI dan tegangan input kurang dari 1/2 tegangan sumber dianggap sebagai sinyal RENDAH.

Dalam skema, LDR dihubungkan ke tegangan input dan tegangan sinyal diambil sebagai tegangan setelah LDR. Pembagi tegangan kemudian terdiri dari resistor 10k dan juga potensiometer variabel 20k. Potensiometer digunakan untuk memungkinkan kontrol nilai sinyal input. Dengan kondisi cahaya yang bervariasi, LDR mungkin memiliki nilai normal 2k - 5k ohm atau, jika di lokasi yang lebih gelap dari tata letak, mungkin 10k - 15k. Menambahkan potensiometer membantu mengontrol kondisi cahaya default.

Kondisi default (tidak ada kereta di atau mendekati terowongan) memiliki nilai resistansi rendah untuk LDR (umumnya 2k - 5k ohm) yang berarti input ke gerbang NAND dianggap TINGGI. Penurunan tegangan setelah LDR (dengan asumsi input 5v dan 5k pada LDR dan gabungan 15k untuk resistor dan potensiometer) akan menjadi 1,25v meninggalkan 3,75v sebagai input ke gerbang NAND. Ketika resistansi LDR meningkat karena tertutup atau diarsir, INPUT gerbang NAND menjadi rendah.

Ketika kereta melewati LDR di trek, resistansi LDR akan meningkat menjadi 20k atau lebih (tergantung pada kondisi pencahayaan) dan tegangan output (atau input ke gerbang NAND) akan turun menjadi sekitar 2.14v yang kurang dari 1/2 tegangan sumber yang karenanya mengubah input dari sinyal TINGGI menjadi sinyal RENDAH.

Langkah 4: Persediaan

1 - 1uf kapasitor

1 - 4148 sinyal dioda

konektor 5 - 2p

konektor 2 - 3p

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

3 - 2n3904 transistor

2 - GL5516 LDR (atau serupa)

2 - 100 ohm resistor

2 - 150 ohm resistor

1 - 220 ohm resistor

2 - 1k resistor

2 - 10k resistor

2 - potensiometer variabel 20k

1 - resistor 50k

1 - 1 - 10m resistor

1 - IC CD4023 (Gerbang NAND masukan rangkap tiga)

1 - 14 pin soket

1 - detektor penghindaran rintangan (seperti ini)

Pada papan sirkuit saya, saya telah menggunakan MOSFET IRLM6402 P-ch pada papan SOT-23 kecil. Saya telah menemukan MOSFET p-ch SOT-23 lebih murah daripada faktor bentuk T0-92. Salah satunya akan bekerja di papan sirkuit karena pinoutnya sama.

Ini semua masih dalam proses dan saya pikir beberapa nilai resistor atau beberapa perbaikan masih bisa dilakukan!

Langkah 5: Papan PCB

Versi kerja pertama saya dari papan sirkuit dilakukan pada papan tempat memotong roti. Ketika konsep itu terbukti berhasil, saya kemudian menyolder seluruh rangkaian dengan tangan, yang bisa sangat memakan waktu dan umumnya saya selalu memasang kabel yang salah. Papan sirkuit kerja saya saat ini, yang sekarang versi 3 dan termasuk gerbang NAND rangkap tiga (versi sebelumnya menggunakan input gerbang NAND ganda CD4011), dan seperti yang ditunjukkan dalam video, adalah papan sirkuit tercetak dengan file keluaran yang dihasilkan oleh Kicad yang merupakan perangkat lunak pemodelan sirkuit.

Saya telah menggunakan situs ini untuk memesan PCB:

Di sini, di Kanada, biaya untuk 5 papan kurang dari $3. Pengiriman cenderung menjadi komponen yang paling mahal. Saya biasanya akan memesan 4 atau 5 papan sirkuit yang berbeda. (Papan sirkuit kedua dan lebih banyak sekitar dua kali lipat dari harga 5 yang pertama. Biaya pengiriman tipikal (melalui surat ke Kanada karena berbagai alasan) adalah sekitar $20. Memiliki papan sirkuit yang sudah jadi jadi saya hanya perlu menyolder komponennya adalah penghemat waktu yang hebat!

Berikut ini tautan ke File Gerber yang dapat Anda unggah ke jlcpcb atau produsen prototipe PCB lainnya.