สัญญาณความเร็วเรดาร์ต้นทุนต่ำ: 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

คุณเคยต้องการที่จะสร้างสัญญาณความเร็วเรดาร์ต้นทุนต่ำของคุณเองหรือไม่? ฉันอาศัยอยู่บนถนนที่รถขับเร็วเกินไป และฉันกังวลเรื่องความปลอดภัยของลูกๆ ของฉัน ฉันคิดว่ามันจะปลอดภัยกว่ามากถ้าฉันสามารถติดตั้งป้ายบอกความเร็วเรดาร์ของตัวเองซึ่งแสดงความเร็วเพื่อที่ฉันจะได้ให้คนขับลดความเร็วลง ฉันดูทางออนไลน์เกี่ยวกับการซื้อป้ายบอกความเร็วเรดาร์ แต่ฉันพบว่าป้ายส่วนใหญ่มีราคาสูงกว่า 1, 000 เหรียญซึ่งค่อนข้างแพง ฉันไม่ต้องการที่จะดำเนินการขั้นตอนอันยาวนานของเมืองในการติดตั้งป้าย เพราะฉันได้ยินมาว่าราคานั้นมีราคาสูงถึง $5, 000-10, 000 ฉันตัดสินใจสร้างโซลูชันราคาถูกด้วยตัวเองและประหยัด เงินบางส่วนในขณะที่มีความสนุกสนาน

ฉันค้นพบ OmniPreSense ซึ่งมีโมดูลเซ็นเซอร์เรดาร์ระยะสั้นราคาประหยัดซึ่งเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันของฉัน ฟอร์มแฟกเตอร์ของโมดูล PCB มีขนาดเล็กมากเพียง 2.1 x 2.3 x 0.5 นิ้ว และหนักเพียง 11 กรัม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นแบบในตัวและแบบครบวงจร ดังนั้นจึงไม่มีหลอดไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดใหญ่ หรือต้องการพลังงานจำนวนมาก ระยะสำหรับวัตถุขนาดใหญ่ เช่น รถยนต์ คือ 50 ฟุต ถึง 100 ฟุต (15 เมตร ถึง 30 เมตร) โมดูลนี้ใช้การวัดความเร็วทั้งหมด จัดการการประมวลผลสัญญาณทั้งหมด จากนั้นเพียงแค่ส่งออกข้อมูลความเร็วดิบผ่านพอร์ต USB ฉันใช้ Raspberry Pi ราคาประหยัด (หรือ Arduino หรืออย่างอื่นที่มีพอร์ต USB) เพื่อรับข้อมูล ด้วยการเข้ารหัสงูหลามเล็กน้อยและไฟ LED ราคาประหยัดขนาดใหญ่บางตัวที่ติดตั้งบนบอร์ด ฉันสามารถแสดงความเร็วได้ บอร์ดแสดงผลของฉันสามารถติดบนเสาข้างถนนได้ การเพิ่มป้ายที่เขียนว่า "Speed Checked by RADAR" เหนือจอแสดงผล ตอนนี้ฉันมีป้ายบอกความเร็วเรดาร์ของตัวเองที่จะดึงความสนใจของผู้ขับขี่และทำให้ช้าลง! ทั้งหมดนี้น้อยกว่า $500!

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุและเครื่องมือ

• 1 OPS241-A เซ็นเซอร์เรดาร์ระยะสั้น
• 1 OPS241-A เม้าท์ (พิมพ์ 3D)
• 1 Raspberry Pi รุ่น B v1.2
• 1 5V แหล่งจ่ายไฟ microUSB
• 1 แรด รุ่น AS-20 110V to 12V/5V 4-pin molex power supply and power cable
• 1 ขั้วต่อเทอร์มินัล 3 ขั้ว แนวตั้ง 5.0 มม. ศูนย์กลาง
• 1 สาย Micro-USB เป็น USB มาตรฐาน
• 4 สเปเซอร์ สกรู น็อต
• 1 กล่องใส่ของและ PCB ชุบ
• สกรูยึด PCB 4 ตัว
• ตัวต้านทาน 3 1/8W 330ohm
• 3 NTE 490 FET ทรานซิสเตอร์
• 1 NTE 74HCT04 Integrated TTL ความเร็วสูง CMOS hex inverter
• 1 แผ่นขนมปังขนาดเล็ก OSEPP พร้อมแผ่นรองกาว
• 2 0.156” พินลวดตรงส่วนหัวสี่เหลี่ยมจัตุรัส 8 วงจร
• 20 6” สายจัมเปอร์พรีเมียม F/F 22AWG
• 1 1” x 12” x 24” กระดานยึดไม้
• 1 สีสเปรย์สีดำ
• 2 Sparkfun 7-Segment Display - 6.5” (สีแดง)
• บอร์ดไดรเวอร์ตัวเลขใหญ่ Sparkfun 2 ตัว (SLDD)
• 1 ป้าย “ตรวจสอบความเร็วด้วยเรดาร์”

ขั้นตอนที่ 2: การวางผังพื้นของบอร์ด PCB อิเล็กทรอนิกส์

ฉันเริ่มต้นด้วยฮาร์ดแวร์ควบคุมหลักซึ่งก็คือ Raspberry Pi สมมติฐานที่นี่คือคุณมี Raspberry Pi พร้อมระบบปฏิบัติการอยู่แล้วและมีประสบการณ์ในการเขียนโค้ด Python Raspberry Pi ควบคุมเซ็นเซอร์เรดาร์ OPS241-A และรับข้อมูลความเร็วที่รายงาน จากนั้นจะถูกแปลงให้แสดงผลบนจอแสดงผล LED 7 ส่วนขนาดใหญ่

NS. ฉันต้องการวางส่วนประกอบทางไฟฟ้าทั้งหมดนอกเหนือจากเซ็นเซอร์เรดาร์และจอแสดงผล LED ไว้บนบอร์ด PCB อิเล็กทรอนิกส์แบบปิดเพียงแผ่นเดียวซึ่งติดตั้งอยู่ที่ด้านหลังของแผงแสดงผล สิ่งนี้ทำให้กระดานไม่อยู่ในสายตาและปลอดภัยจากองค์ประกอบต่างๆ ในลักษณะนี้ ต้องเดินสายเคเบิลเพียงสองสายจากด้านหลังของบอร์ดไปด้านหน้า สายเคเบิลหนึ่งเส้นคือสาย USB ที่จ่ายไฟให้กับโมดูล OPS241-A และรับข้อมูลความเร็วที่วัดได้ สายเคเบิลที่สองคือไดรฟ์จอแสดงผล 7-Segment

NS. บอร์ด PCB ต้องมีพื้นที่เพียงพอสำหรับ Raspberry Pi ซึ่งกินพื้นที่ส่วนใหญ่ ฉันยังต้องการให้แน่ใจว่าจะสามารถเข้าถึงพอร์ตต่างๆ ของมันได้อย่างง่ายดายเมื่อติดตั้งแล้ว พอร์ตที่ฉันต้องเข้าถึงคือพอร์ต USB (ข้อมูลความเร็วโมดูล OPS241-A), พอร์ตอีเธอร์เน็ต (อินเทอร์เฟซพีซีสำหรับการพัฒนา/แก้จุดบกพร่องรหัส Python), พอร์ต HDMI (แสดงหน้าต่าง Raspberry Pi และการดีบัก/พัฒนา) และพอร์ต micro USB (กำลังไฟ 5V สำหรับ Raspberry Pi)

ค. เพื่อให้สามารถเข้าถึงพอร์ตเหล่านี้ได้ รูจะถูกตัดในกล่องหุ้มซึ่งตรงกับตำแหน่งพอร์ตบน Raspberry Pi

NS. ต่อไปฉันต้องหาที่ว่างสำหรับบอร์ดขนมปังที่มีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แบบแยกส่วนเพื่อขับเคลื่อนจอแสดงผล LED นี่เป็นรายการที่ใหญ่เป็นอันดับสอง ต้องมีที่ว่างรอบๆ เพียงพอที่ฉันสามารถต่อสายจัมเปอร์จาก Raspberry Pi และส่งสัญญาณไปยังส่วนหัวสำหรับขับ LED ได้ ตามหลักการแล้ว ถ้าฉันมีเวลามากขึ้น ฉันจะประสานส่วนประกอบและสายไฟเข้ากับบอร์ด PCB โดยตรง แทนที่จะใช้เขียงหั่นขนม แต่สำหรับจุดประสงค์ของฉัน มันก็ดีพอแล้ว

อี ฉันวางแผนที่จะมีส่วนหัวของไดรเวอร์การแสดงผลถัดจากเขียงหั่นขนมที่ขอบของ PCB เพื่อที่ฉันจะได้รักษาความยาวของสายให้สั้น และเพื่อที่ฉันจะได้ตัดรูที่ฝาครอบและเสียบสายเคเบิลเข้ากับตัวเชื่อมต่อ

NS. สุดท้ายนี้ ฉันอนุญาตให้มีที่ว่างบน PCB สำหรับบล็อกไฟ ระบบต้องการ 5V สำหรับตัวปรับระดับและไดรเวอร์จอแสดงผล และ 12V สำหรับ LED ฉันเชื่อมต่อขั้วต่อไฟมาตรฐาน 5V/12V กับแผงจ่ายไฟ จากนั้นกำหนดเส้นทางสัญญาณไฟจากบล็อกไปยังเขียงหั่นขนมและส่วนหัว LED ฉันเจาะรูที่ฝาครอบเพื่อต่อสายไฟ 12V/5V เข้ากับขั้วต่อสายไฟ

NS. นี่คือสิ่งที่แผนผังชั้น PCB อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสุดท้ายดูเหมือน (พร้อมฝาปิด):

ขั้นตอนที่ 3: ติดตั้ง Raspberry Pi

ฉันติดตั้ง Raspberry Pi กับบอร์ด PCB แบบเจาะรูและชุบโดยใช้สเปเซอร์ สกรู และน็อต 4 ตัว ฉันชอบใช้บอร์ด PCB แบบชุบเพื่อให้สามารถบัดกรีส่วนประกอบและสายไฟได้หากต้องการ

ขั้นตอนที่ 4: ตัวเลื่อนระดับสัญญาณ LED

Raspberry Pi GPIO สามารถจ่ายไฟได้สูงสุด 3.3V ต่อตัว อย่างไรก็ตาม จอแสดงผล LED ต้องใช้สัญญาณควบคุม 5V ดังนั้นฉันจึงต้องออกแบบวงจรต้นทุนต่ำที่เรียบง่ายเพื่อปรับระดับสัญญาณควบคุม Pi จาก 3.3V เป็น 5V วงจรที่ฉันใช้ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ FET แบบแยก 3 ตัว ตัวต้านทานแบบแยก 3 ตัว และอินเวอร์เตอร์แบบรวม 3 ตัว สัญญาณอินพุตมาจาก Raspberry Pi GPIO และสัญญาณเอาต์พุตจะถูกส่งไปยังส่วนหัวที่เชื่อมต่อกับสายเคเบิลจาก LED สัญญาณสามตัวที่แปลงคือ GPIO23 เป็น SparkFun LDD CLK, GPIO4 เป็น SparkFun LDD LAT และ SPIO5 เป็น SparkFun LDD SER

ขั้นตอนที่ 5: จอแสดงผลเจ็ดส่วน LED ขนาดใหญ่

สำหรับการแสดงความเร็ว ฉันใช้ไฟ LED ขนาดใหญ่สองดวงที่พบใน SparkFun พวกมันสูง 6.5 นิ้ว ซึ่งควรอ่านได้จากระยะไกล เพื่อให้อ่านง่ายขึ้น ฉันใช้เทปสีน้ำเงินปิดพื้นหลังสีขาว แม้ว่าสีดำอาจให้คอนทราสต์มากกว่า

ขั้นตอนที่ 6: LED Driver Board

LED แต่ละตัวต้องใช้รีจิสเตอร์และสลักแบบอนุกรมเพื่อยึดสัญญาณควบคุมจาก Raspberry Pi และขับส่วน LED SparkFun มีบทความที่ดีมากสำหรับการทำเช่นนี้ที่นี่ Raspberry Pi ส่งข้อมูลอนุกรมไปยังจอแสดงผล LED เจ็ดส่วนและควบคุมเวลาสลัก แผงไดรเวอร์ติดตั้งอยู่ที่ด้านหลังของ LED และมองไม่เห็นจากด้านหน้า

ขั้นตอนที่ 7: การติดตั้งโมดูลเรดาร์ OPS241-A

เซ็นเซอร์เรดาร์ OPS241-A ถูกขันให้เข้ากับแท่นพิมพ์ 3 มิติที่เพื่อนสร้างขึ้นเพื่อฉัน อีกทางหนึ่งฉันสามารถขันเข้าไปในบอร์ดได้โดยตรง เซ็นเซอร์เรดาร์ติดตั้งอยู่ที่ด้านหน้าของบอร์ดถัดจากไฟ LED โมดูลเซ็นเซอร์ติดตั้งด้วยเสาอากาศ (แผ่นทองที่ด้านบนของบอร์ด) ติดตั้งในแนวนอน แม้ว่าแผ่นข้อมูลจำเพาะระบุว่ารูปแบบเสาอากาศค่อนข้างสมมาตรทั้งในทิศทางแนวนอนและแนวตั้ง ดังนั้นการหมุน 90° ก็น่าจะดี เมื่อติดตั้งกับเสาโทรศัพท์ เซ็นเซอร์เรดาร์จะหันออกไปด้านนอกของถนน มีการทดลองใช้ความสูงที่แตกต่างกันสองสามแบบและพบว่าความสูงประมาณ 6 ฟุต (2 ม.) จะดีที่สุด สูงกว่านี้และฉันขอแนะนำให้คว่ำกระดานลงเล็กน้อย

ขั้นตอนที่ 8: การเชื่อมต่อพลังงานและสัญญาณ

มีสองแหล่งพลังงานสำหรับสัญญาณ หนึ่งคือแหล่งจ่ายไฟ HDD ที่แปลงซึ่งให้ทั้ง 12V และ 5V จอแสดงผล 7 ส่วนต้องการ 12V สำหรับ LED และระดับสัญญาณ 5V บอร์ดคอนเวอร์เตอร์ใช้สัญญาณ 3.3V จาก Raspberry Pi และระดับจะเปลี่ยนเป็น 5V สำหรับจอแสดงผลตามที่กล่าวไว้ข้างต้น แหล่งจ่ายไฟอื่น ๆ คืออะแดปเตอร์ USB สำหรับโทรศัพท์มือถือหรือแท็บเล็ตมาตรฐาน 5V พร้อมขั้วต่อ USB micro สำหรับ Raspberry Pi

ขั้นตอนที่ 9: การติดตั้งขั้นสุดท้าย

ในการจับเซ็นเซอร์เรดาร์ ไฟ LED และแผงควบคุม ทุกอย่างถูกติดตั้งบนชิ้นไม้ขนาด 12” x 24” x 1” ไฟ LED ถูกติดตั้งที่ด้านหน้าพร้อมกับเซ็นเซอร์เรดาร์และแผงควบคุมในตู้ ด้านหลัง ไม้ทาสีดำเพื่อช่วยให้อ่าน LED ได้ง่ายขึ้น สัญญาณกำลังและการควบคุมสำหรับ LED ถูกส่งผ่านรูในไม้หลัง LEDs เซ็นเซอร์เรดาร์ถูกติดตั้งที่ด้านหน้าถัดจาก LED สายไฟ USB และสายควบคุมสำหรับเซ็นเซอร์เรดาร์ถูกหุ้มไว้ด้านบนสุดของกระดานไม้ รู 2 รูที่ด้านบนของบอร์ดพร้อมสายรัดช่วยให้สามารถติดตั้งบอร์ดบนเสาโทรศัพท์ถัดจาก ตรวจสอบความเร็วโดย ป้ายเรดาร์”

บอร์ดควบคุมถูกยึดเข้ากับด้านหลังของบอร์ดพร้อมกับอะแดปเตอร์จ่ายไฟ

ขั้นตอนที่ 10: รหัสหลาม

Python ที่ทำงานบน Raspberry Pi ถูกใช้เพื่อดึงระบบเข้าด้วยกัน รหัสตั้งอยู่บน GitHub ส่วนหลักของรหัสคือการตั้งค่าการกำหนดค่า ข้อมูลที่อ่านผ่านพอร์ตอนุกรม USB จากเซ็นเซอร์เรดาร์ การแปลงข้อมูลความเร็วเป็นการแสดงผล และการควบคุมเวลาแสดง

การกำหนดค่าเริ่มต้นบนเซ็นเซอร์เรดาร์ OPS241-A นั้นใช้ได้ แต่ฉันพบว่าจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยสำหรับการกำหนดค่าการเริ่มต้น ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนจากการรายงาน m/s เป็น mph การเปลี่ยนอัตราสุ่มตัวอย่างเป็น 20ksp และการปรับการตั้งค่า squelch อัตราตัวอย่างจะกำหนดความเร็วสูงสุดที่สามารถรายงานได้โดยตรง (139 ไมล์ต่อชั่วโมง) และเพิ่มความเร็วของอัตราการรายงาน

การเรียนรู้ที่สำคัญคือการตั้งค่าค่า squelch ตอนแรกฉันพบว่าเซ็นเซอร์เรดาร์ไม่รับรถในระยะที่ไกลมาก อาจจะเพียง 15-30 ฟุต (5-10 เมตร) ฉันคิดว่าฉันอาจตั้งเซ็นเซอร์เรดาร์ไว้สูงเกินไป เนื่องจากอยู่เหนือถนนประมาณ 7 ฟุต การลดระดับลงเหลือ 4 ฟุตดูเหมือนจะไม่ช่วยอะไร จากนั้นฉันเห็นการตั้งค่า squelch ในเอกสาร API และเปลี่ยนเป็นการตั้งค่าที่ละเอียดอ่อนที่สุด (QI หรือ 10) ด้วยเหตุนี้ช่วงการตรวจจับจึงเพิ่มขึ้นอย่างมากเป็น 30-100 ฟุต (10-30 ม.)

การรับข้อมูลผ่านพอร์ตอนุกรมและการแปลเพื่อส่งไปยัง LED นั้นค่อนข้างตรงไปตรงมา ที่ 20ksps ข้อมูลความเร็วจะถูกรายงานประมาณ 4-6 ครั้งต่อวินาที ค่อนข้างเร็วและไม่ดีที่หน้าจอจะเปลี่ยนเร็วมาก เพิ่มรหัสควบคุมการแสดงผลเพื่อค้นหาความเร็วที่รายงานเร็วที่สุดทุกวินาทีแล้วแสดงหมายเลขนั้น ทำให้การรายงานตัวเลขล่าช้าไปหนึ่งวินาที แต่ไม่เป็นไรหรือปรับเปลี่ยนได้ง่าย

ขั้นตอนที่ 11: ผลลัพธ์และการปรับปรุง

ฉันทำการทดสอบด้วยตัวเองว่าขับรถผ่านด้วยความเร็วที่ตั้งไว้ และค่าที่อ่านได้นั้นตรงกับความเร็วของฉันค่อนข้างดี OmniPreSense กล่าวว่าพวกเขาได้รับการทดสอบโมดูลและสามารถผ่านการทดสอบเดียวกันกับปืนเรดาร์ตำรวจมาตรฐานที่ผ่านการทดสอบด้วยความแม่นยำ 0.5 ไมล์ต่อชั่วโมง

สรุปแล้ว นี่เป็นโครงการที่ยอดเยี่ยมและเป็นวิธีที่ดีในการสร้างความปลอดภัยให้กับถนนของฉัน มีการปรับปรุงบางอย่างที่สามารถทำให้สิ่งนี้มีประโยชน์มากยิ่งขึ้น ซึ่งฉันจะพิจารณาดำเนินการในการอัปเดตที่ตามมา ประการแรกคือการค้นหา LED ที่ใหญ่และสว่างกว่า แผ่นข้อมูลระบุว่าสิ่งเหล่านี้คือ 200-300 mcd (มิลลิแคนเดลา) แน่นอนว่าต้องมีอะไรที่สูงกว่านี้อย่างแน่นอนเนื่องจากแสงแดดจะพัดพาออกไปในเวลากลางวัน อีกทางหนึ่ง การเพิ่มการป้องกันรอบๆ ขอบ LED สามารถกันแสงแดดได้

จำเป็นต้องมีการพิสูจน์สภาพอากาศของโซลูชันทั้งหมดหากมีการโพสต์อย่างถาวร โชคดีที่นี่คือเรดาร์และสัญญาณจะลอดผ่านกล่องพลาสติกได้อย่างง่ายดาย เพียงแค่ต้องหาขนาดที่เหมาะสมซึ่งกันน้ำได้

ในที่สุดการเพิ่มโมดูลกล้องลงใน Raspberry Pi เพื่อถ่ายภาพใครก็ตามที่ความเร็วเกินกำหนดบนถนนของเราจะดีมาก ฉันสามารถทำได้มากกว่านี้โดยใช้ WiFi บนรถ และส่งการแจ้งเตือนและรูปภาพของรถที่กำลังเร่งความเร็ว การเพิ่มการประทับเวลา วันที่ และความเร็วที่ตรวจพบให้กับรูปภาพจะทำให้สิ่งต่างๆ หมดไปจริงๆ อาจมีแม้กระทั่งแอปง่ายๆ ที่สร้างซึ่งสามารถนำเสนอข้อมูลได้อย่างสวยงาม