ระบบช่วยจอดรถย้อนกลับในโรงรถโดยใช้เซ็นเซอร์ความปลอดภัยและวงจรแอนะล็อกที่มีอยู่: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ฉันสงสัยว่าสิ่งประดิษฐ์มากมายในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติเกิดขึ้นเพราะภรรยาบ่น เครื่องซักผ้าและตู้เย็นดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม "สิ่งประดิษฐ์" เล็ก ๆ ของฉันที่อธิบายไว้ในคำแนะนำนี้เป็นผู้ช่วยที่จอดรถในโรงรถอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเป็นผลมาจาก (ใช่คุณเดาได้) การร้องเรียนภรรยา:)

ฉันชอบจอดรถในโรงรถแบบถอยหลังเพื่อออกรถอย่างรวดเร็วในตอนเช้า ถ้าฉันจอดรถไว้ไกลเกินไป ภรรยาของฉันจะไม่พอใจกับทางเดินแคบๆ เข้าประตูบ้าน ถ้าฉันจอดรถไว้ไม่ไกลพอ แสดงว่ากันชนหน้าขวางทางประตูโรงรถที่ควบคุมด้วยรีโมท จุดที่เหมาะที่สุดคือให้กันชนหน้าห่างจากประตูที่ปิด 1-2 นิ้ว ซึ่งทำได้ยากทุกครั้ง

วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุดคือลูกเทนนิสคลาสสิกบนเชือกที่ห้อยลงมาจากเพดาน แน่นอนว่ามันจะได้ผล แต่ความสนุกอยู่ที่ไหน? สำหรับมือสมัครเล่นอิเล็กทรอนิกส์อย่างฉัน ความคิดแรกคือการสร้างวงจร! มี Instructables อย่างน้อยโหลที่อธิบายตัวค้นหาระยะในโรงรถตามเซ็นเซอร์อัลตราซาวนด์ Arduino และสัญญาณไฟบางชนิดโดยใช้ LED ดังนั้น เพื่อให้น่าสนใจยิ่งขึ้น ฉันจึงเลือกใช้โซลูชันทางเลือกที่ใช้ประโยชน์จากเซ็นเซอร์ถอยหลังเพื่อความปลอดภัยที่มีอยู่ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของประตูโรงรถอัตโนมัติที่ผลิตโดย LiftMaster วิดีโอต่อไปนี้จะอธิบายวิธีการทำงาน ซึ่งช่วยให้ฉันไม่ต้องเขียนอะไรมาก

ตัวรับสัญญาณของเซ็นเซอร์ส่งสัญญาณ "ชัดเจน" ทันทีที่กันชนหน้าหยุดตัดกับลำแสงอินฟราเรด สมบูรณ์แบบ! ทั้งหมดที่ฉันต้องทำคือสกัดกั้นสัญญาณนี้ใช่ไหม พูดง่ายกว่าทำ…

(ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: ในการดำเนินการต่อในขั้นตอนต่อไป คุณรับทราบว่าคุณมีความเชี่ยวชาญด้านอิเล็กทรอนิกส์และตระหนักดีว่าโครงการนี้มีการดัดแปลงอุปกรณ์ความปลอดภัยที่มีอยู่ มันใช้งานได้ดีหากทำอย่างถูกต้อง แต่ถ้าคุณทำผิดพลาด คุณอาจเสี่ยงที่จะดำเนินการดังกล่าว อุปกรณ์ความปลอดภัยไม่ได้ผล ดำเนินการตามความเสี่ยงของคุณเอง ฉันจะไม่รับผิดชอบต่อผลร้ายใดๆ เช่น สัตว์เลี้ยงที่ตาย/บาดเจ็บ เด็ก ฯลฯ ซึ่งเป็นผลมาจากการปฏิบัติตามคำแนะนำนี้ของคุณ)

ขั้นตอนที่ 1: ปัญหาที่ 1: จะสกัดกั้นและใช้ประโยชน์จากสัญญาณจากเซ็นเซอร์ความปลอดภัยของ LiftMaster ได้อย่างไร

เมื่อเส้นทางของลำแสงอินฟราเรด (IR) ระหว่างตัวปล่อยและตัวรับมีความชัดเจน ตัวรับจะส่งผ่านสายคู่สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม 156 Hz ตามที่แสดงในภาพแรก ในช่วงเวลาเดียว 6.5 ms ของ ~6 V สูง ตามด้วยไม่เกิน 0.5 ms ของ ~0 V ต่ำ (ภาพที่สองและสาม) เมื่อลำแสงอินฟราเรดไปพบกับสิ่งกีดขวาง เครื่องรับจะไม่ส่งสัญญาณใดๆ และสายจะยังคงสูงที่แรงดันไฟฟ้า (ภาพที่สี่) ที่น่าสนใจคือแหล่งจ่ายไฟสำหรับทั้งตัวส่งและตัวรับ เช่นเดียวกับสัญญาณของตัวรับ มาจากขั้วคู่เดียวที่ด้านหลังของเครื่องเปิด LiftMaster (ภาพที่ห้า)

ดังนั้นสาระสำคัญของปัญหานี้คือวิธีการตรวจจับสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมในภาพที่ 1 จากสัญญาณ DC ในรูปที่ 4 ไม่จำเป็นต้องสร้างวงล้อขึ้นใหม่เนื่องจากปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยผู้อื่นด้วยวงจร Missing Pulse Detector. มีการนำไปใช้งานหลายอย่าง ฉันได้เลือกหนึ่งรายการจากหน้า Circuits Today นี้และแก้ไขเล็กน้อยตามที่แสดงในภาพที่ห้า หน้าเดิมอธิบายหลักการทำงานโดยละเอียด กล่าวโดยย่อ ตัวจับเวลา NE555 ที่ทำงานในโหมดโมโนสเตเบิลจะรักษาพิน OUTPUT ให้สูงตราบเท่าที่ช่วงเวลาของคลื่นสี่เหลี่ยมที่เข้ามา (เชื่อมต่อกับ TRIGGER) นั้นสั้นกว่าช่วงเวลาบนพิน THRESHOLD+DISCHARGE หลังขึ้นอยู่กับค่าของ R1 และ C2 แรงดันไฟตรงบน TRIGGER จะทำให้ C2 ชาร์จเกินค่าเกณฑ์และพิน OUTPUT จะลดลง แก้ไขปัญหา!

ขั้นตอนที่ 2: ปัญหาที่ 2: จะระบุสถานะของ OUTPUT Pin ของตัวจับเวลาด้วยสายตาได้อย่างไร

นี้เป็นเกมง่ายๆ: ใช้ LED ให้ปิดเมื่อลำแสง IR ไม่เสียหายและ OUTPUT สูง (ซึ่งเกิดขึ้น 99.999% ของเวลาทั้งหมด) และเปิดเครื่องเมื่อลำแสงถูกขัดจังหวะและ OUTPUT ต่ำ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ให้กลับสัญญาณ OUTPUT เพื่อจ่ายไฟให้กับ LED สวิตช์ที่ง่ายที่สุดของประเภทนี้ IMHO ใช้ทรานซิสเตอร์ P-channel MOSFET ดังที่แสดงในภาพด้านบน OUTPUT ของตัวจับเวลาเชื่อมต่อกับเกต ทรานซิสเตอร์อยู่ในโหมดอิมพีแดนซ์สูงและไฟ LED ดับ ตราบใดที่สูง และในทางกลับกัน แรงดันไฟต่ำบนเกตจะทำให้กระแสไหลได้ ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น R4 ช่วยให้มั่นใจได้ว่าประตูจะไม่ห้อยต่องแต่งและอยู่ในสถานะที่ต้องการ แก้ไขปัญหา!

ขั้นตอนที่ 3: ปัญหาที่ 3: จะจ่ายไฟให้กับวงจรที่อธิบายได้อย่างไร

เครื่องตรวจจับชีพจรที่ขาดหายไปที่แสดงในขั้นตอนที่ 1 ต้องการแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่ ฉันสามารถใช้แบตเตอรี่หรือซื้ออะแดปเตอร์ AC/DC ที่เหมาะสม Meh ปัญหามากเกินไป แล้วการใช้เซ็นเซอร์ความปลอดภัยที่จัดหาให้โดย LiftMaster ล่ะ? ปัญหาคือมันส่งสัญญาณของตัวรับสัญญาณ IR ซึ่งไม่ "คงที่" หรือ "DC" แต่สามารถกรองและปรับให้เรียบได้อย่างเหมาะสมด้วยวงจรง่ายๆ ที่แสดงด้านบน ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ขนาดใหญ่ 1 mF เป็นตัวกรองที่ดีเพียงพอ และไดโอดที่ต่ออยู่ช่วยให้แน่ใจว่าจะไม่คายประจุกลับเมื่อสัญญาณต่ำ แก้ไขปัญหา!

เคล็ดลับคืออย่าดึงกระแสไฟจาก LiftMaster มากเกินไป มิฉะนั้นการทำงานของเซ็นเซอร์ความปลอดภัยอาจถูกบุกรุก ด้วยเหตุผลนี้ ฉันจึงไม่ได้ใช้ตัวจับเวลา NE555 มาตรฐาน แต่เป็น CMOS clone TS555 ที่สิ้นเปลืองพลังงานน้อยมาก

ขั้นตอนที่ 4: ปัญหาที่ 4: จะรวมส่วนประกอบทั้งหมดเข้าด้วยกันได้อย่างไร

อย่างง่ายดาย; ดูวงจรทั้งหมดด้านบน นี่คือรายการชิ้นส่วนที่ฉันใช้:

• U1 = ตัวจับเวลา CMOS เดี่ยวพลังงานต่ำ TS555 ผลิตโดย STMicroelectronics
• M1 = ทรานซิสเตอร์ P-channel MOSFET IRF9Z34N
• Q1 = ทรานซิสเตอร์ PNP BJT BC157
• D1 = ไดโอด 1N4148
• D2 = ไฟ LED สีเหลือง ไม่ทราบประเภท
• C1 = ตัวเก็บประจุเซรามิก 10 nF
• C2 = ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า 10 ยูเอฟ
• C3 = 1 mF ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
• R1 และ R2 = ตัวต้านทาน 1 k-ohm
• R3 = ตัวต้านทาน 100 โอห์ม
• R4 = ตัวต้านทาน 10 k-ohm

ด้วยการจ่ายไฟ 5.2 V วงจรด้านบนจะกินไฟเพียง ~3 mA เมื่อ LED ดับและ ~25 mA เมื่อเปิดอยู่ การสิ้นเปลืองกระแสไฟสามารถลดลงได้อีกเป็น ~1 mA โดยการเปลี่ยน R1 เป็น 100 k-ohm และ C2 เป็น 100 nF ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นและการลดความจุที่จำกัดโดยการรักษาค่าคงที่ของผลิตภัณฑ์ RC (=0.01) จะไม่ลดกระแส

ฉันได้วางตัวต้านทาน LED และ R3 ไว้ในกระป๋อง Altoids ตัวเล็กน่ารักแล้วตอกเข้ากับผนัง จากนั้น ฉันเดินสายเคเบิลยาวไปจนถึงที่เปิด LiftMaster บนเพดาน วงจรขับถูกบัดกรีบนบอร์ดเอนกประสงค์ และใส่ในกล่องเล็กๆ น่ารักที่ผมได้รับจากอดาฟรุต กล่องติดอยู่กับโครงของ LiftMaster และสายไฟคู่หนึ่งติดอยู่กับขั้วต่อเซ็นเซอร์ความปลอดภัย

ขณะถอยรถเข้าไปในโรงรถ ฉันจะหยุดทันทีที่ไฟ LED ดับลง ผลลัพธ์ที่ได้คือการจัดตำแหน่งที่สมบูรณ์แบบดังแสดงในภาพสุดท้าย แก้ไขปัญหา!

ขั้นตอนที่ 5: ภาคผนวก: เบาลง แม้ว่าจะไม่สว่างกว่าตัวช่วยจอดรถ:)

10 วันหลังจากเผยแพร่คำสั่งสอนนี้ครั้งแรก ฉันได้สร้างไฟนำทางสำหรับประตูโรงรถที่สอง เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญที่นี่เนื่องจากฉันได้ทำการปรับปรุงเล็ก ๆ น้อย ๆ ในการออกแบบวงจร ดูภาพแรก อันดับแรก ฉันเลือกตัวเลือกกระแสไฟที่ต่ำกว่าสำหรับคู่ RC ที่อธิบายไว้ในขั้นตอนก่อนหน้า โดยที่ความจุต่ำที่ 100 nF ตรงกับความต้านทานที่สูงกว่าที่ 100 k-ohm ต่อไป ฉันกำจัดทรานซิสเตอร์ PMOS และตัวต้านทานแบบดึงขึ้น 10 k-ohm และเชื่อมต่อกราวด์ LED โดยตรงกับพิน OUTPUT ของ TS555 เป็นไปได้เนื่องจากวัตถุในเส้นทางของลำแสงอินฟราเรดทำให้แรงดัน OUTPUT ต่ำ และเปิด LED อย่างมีประสิทธิภาพ มีราคาที่ต้องจ่ายสำหรับการทำให้เข้าใจง่ายนี้แม้ว่า ด้วย PMOS ปัจจุบัน ฉันไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับกระแสไฟ LED: IRF9Z34N สามารถรับกระแสไฟ 19 A ดังนั้น LED จึงสามารถส่องสว่างได้มากเท่าที่ฉันต้องการ พิน OUTPUT ของ TS555 สามารถจมได้เพียง 10 mA ดังนั้นฉันจึงต้องจับคู่ LED กับตัวต้านทานที่สูงกว่า 220 โอห์ม ซึ่งทำให้ความสว่างลดลง มันยังคงมองเห็นได้ชัดเจน ดังภาพที่สี่แสดง ดังนั้นมันจึงใช้ได้ผลสำหรับฉัน รายการชิ้นส่วนสำหรับการออกแบบนี้มีดังนี้:

• U3 = ตัวจับเวลา CMOS เดี่ยวพลังงานต่ำ TS555 ผลิตโดย STMicroelectronics
• Q3 = ทรานซิสเตอร์ PNP BJT BC157
• D5 = ไดโอด 1N4148
• D6 = ไฟ LED สีเหลือง ไม่ทราบประเภท
• C7 = ตัวเก็บประจุเซรามิก 10 nF
• C8 = ตัวเก็บประจุเซรามิก 100 nF
• C9 = 1 mF ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
• R9 = ตัวต้านทาน 100 k-ohm
• R10 = ตัวต้านทาน 1 k-ohm
• R11 = ตัวต้านทาน 220 โอห์ม

วงจรกินไฟ 1 mA และ 12 mA ในสถานะ OFF และ ON ตามลำดับ