Помощь при парковке в обратном направлении в гараже с использованием существующего датчика безопасности и аналоговой цепи: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Я подозреваю, что многие изобретения в истории человечества были сделаны из-за жалоб жен. Стиральная машина и холодильник, безусловно, кажутся подходящими кандидатами. Мое крошечное «изобретение», описанное в этой инструкции, - это электронный помощник при парковке в гараже, который также является результатом (да, как вы уже догадались) женских жалоб.:)

Я люблю парковать машину в гараже задним ходом для быстрого выезда утром. Если я припаркую его слишком далеко, моя жена недовольна узким проходом к двери дома. Если припарковать машину недостаточно далеко, то передний бампер будет мешать дистанционно управляемым гаражным воротам. Идеальное место - иметь передний бампер в 1-2 дюймах от закрытой двери, чего всегда бывает сложно добиться.

Естественно, что самое простое решение - классический теннисный мяч на веревочке, свисающий с потолка. Конечно, это сработает, но где же самое интересное? Для такого любителя электроники, как я, первая мысль - построить схему! Существует не менее дюжины инструкций, описывающих гаражный дальномер на основе ультразвукового датчика, Arduino и какой-то световой сигнал с использованием светодиодов. Поэтому, чтобы сделать его более интересным, я выбрал альтернативное решение, которое использует преимущества существующего предохранительного реверсивного датчика, который является неотъемлемой частью автоматических гаражных ворот, производимых LiftMaster. Следующее видео объясняет, как это работает, избавляя меня от необходимости писать.

Приемник датчика сигнализирует "все очищено" в тот момент, когда передний бампер перестает пересекать инфракрасный луч. Идеально! Все, что мне нужно сделать, это перехватить этот сигнал, верно? Что ж, легче сказать, чем сделать …

(Отказ от ответственности: переходя к следующему шагу, вы подтверждаете, что хорошо разбираетесь в электронике и хорошо знаете, что этот проект возится с существующим защитным оборудованием. Он отлично работает, если все сделано правильно, но если вы что-то напортачите, вы рискуете сделать указанное оборудование для обеспечения безопасности неэффективно. Действуйте на свой страх и риск, я не буду нести ответственности за какие-либо неблагоприятные последствия, такие как мертвые / раненые домашние животные, дети и т. д., в результате выполнения вами данного Руководства.)

Шаг 1: Проблема 1: Как перехватить и использовать сигнал от датчика безопасности LiftMaster?

Когда путь инфракрасного (ИК) луча между излучателем и приемником свободен, приемник передает по паре проводов прямоугольный сигнал частотой 156 Гц, как показано на первом изображении. За один период 6,5 мс высокого напряжения ~ 6 В следует не более 0,5 мс низкого уровня ~ 0 В (второе и третье изображения). Когда ИК-луч встречает препятствие, приемник не посылает сигнал, и линия остается высокой при напряжении питания (четвертое изображение). Интересно, что источник питания как для излучателя, так и для приемника, а также для сигнала приемника, поступает от одной пары клемм на задней панели открывателя LiftMaster (пятое изображение).

Таким образом, суть этой проблемы заключается в том, как обнаружить прямоугольный сигнал на 1-м изображении из сигнала постоянного тока на изображении 4. Нет необходимости изобретать велосипед, поскольку эта проблема была решена другими с помощью схемы детектора пропущенных импульсов.. Есть много реализаций; Я выбрал один на этой странице Circuits Today и немного изменил его, как показано на пятом изображении. На исходной странице подробно описаны его принципы работы. Короче говоря, таймер NE555, работающий в моностабильном режиме, будет поддерживать свой выход OUTPUT на высоком уровне до тех пор, пока период входящей прямоугольной волны (подключенной к TRIGGER) короче, чем временной интервал на выводах THRESHOLD + DISCHARGE. Последнее зависит от значений R1 и C2. Напряжение постоянного тока на TRIGGER позволит C2 заряжаться выше порогового значения, и на выводе OUTPUT будет низкий уровень. Задача решена!

Шаг 2: Задача 2: Как визуально указать состояние ВЫХОДНОГО ПИН-кода таймера?

Это и ежу понятно: используйте светодиод. Не выключайте его, когда ИК-луч не поврежден и ВЫХОД на высоком уровне (что происходит в 99,999% случаев), и включайте его, когда луч прерывается, а ВЫХОДНОЙ ВЫХОД становится слабым. Другими словами, инвертируйте выходной сигнал для питания светодиода. В простейшем переключателе такого типа, IMHO, используется P-канальный MOSFET-транзистор, как показано на изображении выше. ВЫХОД таймера подключен к его воротам. Пока он высокий, транзистор находится в режиме высокого импеданса, а светодиод не горит. И наоборот, низкое напряжение на затворе позволит току течь. Подтягивающий резистор R4 гарантирует, что затвор никогда не будет болтаться и будет оставаться в предпочтительном состоянии. Задача решена!

Шаг 3: Задача 3: Как запитать схему, описанную до сих пор?

Детектору отсутствия импульсов, показанному на шаге 1, требуется стабильное напряжение питания постоянного тока. Я мог бы использовать батарейки или купить подходящий адаптер переменного / постоянного тока. Мех, слишком много проблем. Как насчет использования самого источника питания датчика безопасности от LiftMaster? Проблема в том, что он передает сигнал ИК-приемника, который не является ни «постоянным», ни «постоянным». Но его можно правильно отфильтровать и сгладить с помощью очень простой схемы, показанной выше. Большой электролитический конденсатор 1 мФ является достаточно хорошим фильтром, а подключенный диод гарантирует, что он не разряжается обратно при низком уровне сигнала. Задача решена!

Хитрость заключается в том, чтобы не потреблять слишком много тока от LiftMaster, иначе работа датчика безопасности может быть нарушена. По этой причине я использовал не стандартный таймер NE555, а его КМОП-клон TS555 с очень низким энергопотреблением.

Шаг 4: Задача 4: Как собрать все компоненты вместе?

С легкостью; см. полную схему выше. Вот список деталей, которые я использовал:

• U1 = одинарный CMOS-таймер малой мощности TS555 производства STMicroelectronics.
• M1 = P-канальный МОП-транзистор IRF9Z34N.
• Q1 = PNP BJT транзистор BC157.
• D1 = Диод 1N4148.
• D2 = желтый светодиод, тип неизвестен.
• С1 = 10 нФ керамический конденсатор.
• С2 = конденсатор электролитический 10 мкФ.
• C3 = электролитический конденсатор 1 мФ.
• R1 и R2 = резисторы 1 кОм.
• R3 = резистор 100 Ом.
• R4 = резистор 10 кОм.

При питании 5,2 В вышеуказанная схема потребляет только ~ 3 мА, когда светодиод не горит, и ~ 25 мА, когда он включен. Потребление тока можно дополнительно снизить до ~ 1 мА, изменив R1 на 100 кОм и C2 на 100 нФ. Дальнейшее увеличение сопротивления и уменьшение емкости, ограниченное поддержанием постоянного произведения RC (= 0,01), не приводит к уменьшению тока.

Я поместил светодиод и резистор R3 в симпатичную маленькую жестяную банку Altoids и прибил ее к стене. От него я протянул длинный кабель до открывателя LiftMaster на потолке. Схема драйвера была припаяна на плате общего назначения и помещена в симпатичную коробочку, которую я получил от Adafruit. Коробка прикреплена к раме LiftMaster, а пара проводов питания прикреплена к клеммам датчика безопасности.

Загоняя машину задним ходом в гараж, я останавливаюсь, как только гаснет светодиод. В результате получается идеальное выравнивание, как показано на последнем изображении. Задача решена!

Шаг 5: Приложение: легче, но не ярче Ассистент парковки:)

Через 10 дней после того, как это руководство было впервые опубликовано, я построил направляющий стояночный свет для своей второй двери гаража. Об этом стоит упомянуть, так как я внес небольшие улучшения в схемотехнику. Смотрите первое изображение. Во-первых, я выбрал вариант с более низким током для RC-пары, описанной на предыдущем шаге, где низкая емкость 100 нФ соответствует более высокому сопротивлению 100 кОм. Затем я удалил транзистор PMOS и подтягивающий резистор 10 кОм и подключил массу светодиода непосредственно к выводу OUTPUT TS555. Это возможно, потому что объект на пути ИК-луча снижает ВЫХОДНОЕ напряжение, эффективно включая светодиод. Однако за это упрощение приходится платить. При наличии PMOS мне не нужно было беспокоиться о токе светодиода: IRF9Z34N может потреблять 19 А, поэтому светодиод может светить так ярко, как я хочу. Вывод OUTPUT TS555 может потреблять только 10 мА, поэтому мне пришлось соединить светодиод с более высоким резистором на 220 Ом, что снизило его яркость. Как видно на четвертом изображении, он все еще хорошо виден, так что у меня он работает. Перечень деталей для этой конструкции следующий:

• U3 = одинарный CMOS-таймер малой мощности TS555 производства STMicroelectronics.
• Q3 = PNP BJT транзистор BC157.
• D5 = Диод 1N4148.
• D6 = желтый светодиод, тип неизвестен.
• Конденсатор керамический C7 = 10 нФ.
• C8 = керамический конденсатор 100 нФ.
• C9 = электролитический конденсатор 1 мФ.
• R9 = резистор 100 кОм.
• R10 = резистор 1 кОм.
• R11 = резистор 220 Ом.

Схема потребляет 1 мА и 12 мА в выключенном и включенном состояниях соответственно.