Недорогой радарный указатель скорости: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Вы когда-нибудь хотели создать свой собственный недорогой радарный указатель скорости? Я живу на улице, где машины едут слишком быстро, и беспокоюсь о безопасности своих детей. Я подумал, что было бы намного безопаснее, если бы я мог установить собственный радарный указатель скорости, который отображает скорость, чтобы я мог заставить водителей сбавить скорость. Я искал в Интернете возможность купить радарный указатель скорости, но обнаружил, что большинство указателей стоит более 1000 долларов, что довольно дорого. Я также не хочу проходить через долгий процесс установки знака в городе, так как я слышал, что это может стоить им более 5 000–10 000 долларов. Вместо этого я решил сам создать недорогое решение и сэкономить немного денег, развлекаясь.

Я обнаружил OmniPreSense, который предлагает недорогой модуль радарного датчика ближнего действия, идеально подходящий для моего приложения. Форм-фактор модуля печатной платы очень мал - всего 2,1 x 2,3 x 0,5 дюйма, а вес - всего 11 г. Электроника является автономной и полностью интегрированной, поэтому нет никаких ламп, громоздкой электроники или необходимости в большом количестве энергии. Дальность действия для большого объекта, такого как автомобиль, составляет от 50 до 100 футов (от 15 до 30 м). Модуль выполняет все измерения скорости, обрабатывает всю обработку сигналов, а затем просто выводит необработанные данные о скорости через свой порт USB. Я использую недорогой Raspberry Pi (или Arduino, или что-нибудь еще, что имеет порт USB) для получения данных. Немного написав код на Python и прикрепив к плате несколько больших недорогих светодиодов, я могу отображать скорость. Мое табло можно прикрепить к столбу на обочине дороги. Добавив знак с надписью «Скорость, проверенная радаром» над дисплеем, у меня теперь есть собственный радарный знак скорости, который привлекает внимание водителей и замедляет их! И все это менее чем за 500 долларов!

Шаг 1. Материалы и инструменты

• 1 радарный датчик ближнего действия OPS241-A
• 1 крепление OPS241-A (напечатано на 3D-принтере)
• 1 Raspberry Pi Модель B v1.2
• 1 блок питания 5V microUSB
• 1 Rhino Model AS-20 от 110 В до 12 В / 5 В, 4-контактный блок питания Molex и кабель питания
• 1 Клеммный блок 3 полюса Вертикальный, расстояние между центрами 5,0 мм
• 1 кабель Micro-USB - стандартный USB
• 4 проставки, винты, гайки
• 1 Корпус и печатная плата с покрытием
• 4 винта для крепления печатной платы с покрытием
• 3 резистора 1/8 Вт 330 Ом
• 3 транзистора NTE 490 FET
• 1 NTE 74HCT04 Встроенный высокоскоростной шестнадцатеричный преобразователь КМОП TTL
• 1 мини-макетная доска OSEPP с клейкой основой
• 2 прямой квадратный контакт 0,156 дюйма, 8-контурный
• 20 перемычек 6”F / F премиум-класса 22AWG
• 1 деревянная монтажная доска размером 1 x 12 x 24 дюйма
• 1 Черная аэрозольная краска
• 2 7-сегментный дисплей Sparkfun - 6,5 дюйма (красный)
• 2 плата драйвера для больших цифр Sparkfun (SLDD)
• 1 Знак «Скорость, проверенная радаром»

Шаг 2: Планировка пола печатной платы электроники

Я начал с основного управляющего оборудования, которым является Raspberry Pi. Предполагается, что у вас уже есть Raspberry Pi с ОС на нем и есть некоторый опыт программирования на Python. Raspberry Pi управляет радарным датчиком OPS241-A и принимает сообщенную информацию о скорости. Затем он преобразуется для отображения на большом 7-сегментном светодиодном дисплее.

а. Я хочу разместить все электрические компоненты, кроме радарного датчика и светодиодных дисплеев, на единой закрытой печатной плате для электроники, установленной на задней стороне платы дисплея. Это защищает доску из виду и защищает от непогоды. Таким образом, от задней части платы к передней необходимо проложить только два кабеля. Один кабель - это USB-кабель, который питает модуль OPS241-A и принимает данные об измеренной скорости. Второй кабель управляет 7-сегментным дисплеем.

б. На печатной плате должно быть достаточно места для Raspberry Pi, который занимает большую часть площади. Мне также нужно убедиться, что я смогу легко получить доступ к нескольким его портам после установки. Порты, к которым мне нужен доступ, - это порт USB (данные о скорости модуля OPS241-A), порт Ethernet (интерфейс ПК для разработки / отладки кода Python), порт HDMI (отображение окна Raspberry Pi и отладка / разработка) и порт micro USB. (Питание 5 В для Raspberry Pi).

c. Чтобы обеспечить доступ к этим портам, в корпусе прорезаны отверстия, соответствующие расположению портов на Raspberry Pi.

d. Затем мне нужно найти место для макетной платы, содержащей дискретные электронные компоненты для управления светодиодами дисплея. Это второй по величине предмет. Вокруг него должно быть достаточно места, чтобы я мог подключать к нему провода от Raspberry Pi и выводить сигналы на заголовок для управления светодиодами. В идеале, если бы у меня было больше времени, я бы припаял компоненты и провода непосредственно к печатной плате, а не использовал макетную плату, но для моих целей этого достаточно.

е. Я планирую разместить заголовок драйвера дисплея рядом с макетной платой на краю печатной платы, чтобы я мог сократить длину проводов, а также чтобы я мог вырезать отверстие в крышке и подключить кабель к разъему.

f. Наконец, я оставляю место на печатной плате для блока питания. Системе требуется 5 В для переключателей уровня и драйвера дисплея и 12 В для светодиодов. Я подключаю стандартный разъем питания 5 В / 12 В к блоку питания, затем маршрутизирую сигналы питания от блока на макетную плату и светодиодный заголовок. Я вырезал отверстие в крышке, чтобы можно было подключить шнур питания 12 В / 5 В к разъему питания.

грамм. Вот как выглядит окончательный план этажа печатной платы электроники (без крышки):

Шаг 3: Установка Raspberry Pi

Я установил свой Raspberry Pi на перфорированную и покрытую покрытием печатную плату, используя 4 распорки, винты и гайки. Мне нравится использовать печатную плату с покрытием, чтобы при необходимости паять компоненты и провода.

Шаг 4: светодиодные переключатели уровня сигнала

Каждый GPIO Raspberry Pi может подавать максимум 3,3 В. Однако для светодиодного дисплея требуются управляющие сигналы 5 В. Поэтому мне нужно было разработать простую и недорогую схему для сдвига уровня управляющих сигналов Pi с 3,3 В до 5 В. Схема, которую я использовал, состоит из 3 дискретных транзисторов FET, 3 дискретных резисторов и 3 интегрированных инверторов. Входные сигналы поступают от GPIO Raspberry Pi, а выходные сигналы направляются в заголовок, который подключается к кабелю от светодиодов. Преобразовываются три сигнала: GPIO23 в SparkFun LDD CLK, GPIO4 в SparkFun LDD LAT и SPIO5 в SparkFun LDD SER.

Шаг 5: большой светодиодный семисегментный дисплей

Для отображения скорости я использовал два больших светодиода, которые я нашел на SparkFun. Они имеют высоту 6,5 дюймов, и их следует читать с приличного расстояния. Чтобы сделать их более читаемыми, я использовал синюю ленту, чтобы закрыть белый фон, хотя черный может обеспечить больший контраст.

Шаг 6: плата драйвера светодиода

Для каждого светодиода требуется регистр последовательного сдвига и защелка для удержания управляющих сигналов от Raspberry Pi и управления сегментами светодиода. У SparkFun есть очень хорошая статья об этом здесь. Raspberry Pi отправляет последовательные данные на семисегментные светодиодные дисплеи и контролирует время фиксации. Платы драйверов устанавливаются на задней панели светодиода и не видны спереди.

Шаг 7: Установка модуля радара OPS241-A

Радиолокационный датчик OPS241-A врезан в крепление, напечатанное на 3D-принтере, которое сделал для меня мой друг. В качестве альтернативы я мог бы прикрутить его напрямую к плате. Датчик радара установлен на лицевой стороне платы рядом со светодиодами. Модуль датчика установлен с антеннами (золотые пятна наверху платы), установленными горизонтально, хотя в спецификации говорится, что диаграмма направленности антенны довольно симметрична как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, поэтому, вероятно, будет хорошо повернуть ее на 90 °. При установке на телефонный столб радарный датчик обращен наружу, вниз по улице. Были опробованы несколько вариантов высоты, и было обнаружено, что лучшим вариантом будет установка около 6 футов (2 м). Еще выше, и я бы посоветовал немного наклонить доску вниз.

Шаг 8: Подключение питания и сигналов

У знака есть два источника энергии. Один из них - преобразованный блок питания жесткого диска, обеспечивающий как 12 В, так и 5 В. Для 7-сегментного дисплея требуется 12 В для светодиодов и уровни сигнала 5 В. Плата преобразователя принимает сигналы 3,3 В от Raspberry Pi и сдвигает их уровень до 5 В для дисплея, как описано выше. Другой источник питания - это стандартный USB-адаптер на 5 В для сотового телефона или планшета с USB-микроразъемом для Raspberry Pi.

Шаг 9: Окончательный монтаж

Чтобы удерживать радарный датчик, светодиоды и плату контроллера, все было смонтировано на деревянной доске размером 12 x 24 x 1 дюйм. Светодиоды были установлены на передней стороне вместе с радарным датчиком и платой контроллера в корпусе на задняя сторона. Дерево было выкрашено в черный цвет, чтобы светодиоды были более читаемыми. Сигналы питания и управления для светодиода проходили через отверстие в дереве за светодиодами. Датчик радара был установлен на передней стороне рядом со светодиодами. USB-кабель питания и управления для датчика радара был намотан сверху на деревянную доску. Пара отверстий в верхней части платы с стяжками служила средством для крепления платы на телефонной стойке рядом с надписью «Скорость проверена пользователем. Радар »знак.

Плата контроллера была прикручена к задней стороне платы вместе с адаптером питания.

Шаг 10: код Python

Python, работающий на Raspberry Pi, использовался для объединения системы. Код находится на GitHub. Основными частями кода являются параметры конфигурации, считывание данных через последовательный USB-порт с радарного датчика, преобразование данных о скорости в отображение и управление синхронизацией отображения.

Конфигурация по умолчанию на датчике радара OPS241-A хороша, но я обнаружил, что для начальной конфигурации потребовалось несколько корректировок. В их число входило изменение с сообщения м / с на миль / ч, изменение частоты дискретизации до 20 кбит / с и регулировка настройки шумоподавления. Частота дискретизации напрямую определяет максимальную скорость, о которой можно сообщать (139 миль в час), и увеличивает частоту отчетов.

Ключевым моментом является установка значения шумоподавления. Сначала я обнаружил, что радарный датчик не обнаруживает автомобили на очень большом расстоянии, может быть, всего на 15-30 футов (5-10 м). Я подумал, что, возможно, я установил датчик радара слишком высоко, так как он находился на высоте около 7 футов над улицей. Понижение высоты до 4 футов, похоже, не помогло. Затем я увидел настройку шумоподавителя в документе API и изменил ее на наиболее чувствительную (QI или 10). При этом дальность обнаружения значительно увеличилась до 30-100 футов (10-30 м).

Принимать данные через последовательный порт и переводить для отправки на светодиоды было довольно просто. На скорости 20ksps данные о скорости передаются примерно 4-6 раз в секунду. Это немного быстро и нехорошо, если дисплей меняется так быстро. Код управления отображением был добавлен для поиска максимальной зарегистрированной скорости каждую секунду и последующего отображения этого числа. Это приводит к задержке в одну секунду при сообщении числа, но это нормально или может быть легко скорректировано.

Шаг 11: Результаты и улучшения

Я провел собственное тестирование, проезжая мимо него на заданной скорости, и показания относительно хорошо совпали с моей скоростью. В OmniPreSense заявили, что модуль протестирован, и он может пройти те же испытания, что и стандартный полицейский радар с точностью до 0,5 миль в час.

Подводя итог, можно сказать, что это был отличный проект и хороший способ обеспечить некоторую безопасность для моей улицы. Есть несколько улучшений, которые могут сделать это еще более полезным, и я рассмотрю их в следующем обновлении. Первый - поиск более крупных и ярких светодиодов. В таблице данных указано, что это 200-300 мкд (милликандела). Определенно необходимо что-то более высокое, чем это, поскольку солнце легко размывает их при дневном свете. В качестве альтернативы, добавление экранирования по краям светодиодов может предотвратить попадание солнечного света.

Потребуется сделать все решение погодоустойчивым, если оно будет размещено на постоянной основе. К счастью, это радар, и сигналы будут легко проходить через пластиковый корпус, просто нужно найти один подходящего размера, который также является водонепроницаемым.

Наконец, было бы здорово добавить модуль камеры к Raspberry Pi, чтобы сфотографировать любого, кто превышает ограничение скорости на нашей улице. Я мог бы пойти дальше, воспользовавшись бортовым Wi-Fi и отправив оповещение и фотографию ускоряющейся машины. Добавление отметки времени, даты и обнаруженной скорости к изображению действительно завершит работу. Может быть, есть даже простое приложение, которое может красиво представить информацию.