Niskokosztowy znak prędkości radaru: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Czy kiedykolwiek chciałeś zbudować własny tani znak prędkości radaru? Mieszkam na ulicy, na której samochody jeżdżą zbyt szybko i martwię się o bezpieczeństwo moich dzieci. Pomyślałem, że byłoby o wiele bezpieczniej, gdybym mógł zainstalować własny radarowy znak prędkości, który wyświetla prędkość, abym mógł zmusić kierowców do zwolnienia. Szukałem w Internecie znaku prędkości radaru, ale okazało się, że większość znaków kosztuje ponad 1000 USD, co jest dość drogie. Nie chcę też przechodzić przez długi proces instalowania znaku przez miasto, ponieważ słyszałem, że może to kosztować ponad 5 000-10 000 $. Zamiast tego postanowiłem sam zbudować tanie rozwiązanie i zaoszczędzić trochę pieniędzy podczas zabawy.

Odkryłem OmniPreSense, który oferuje niedrogi moduł czujnika radarowego krótkiego zasięgu, idealny do mojej aplikacji. Rozmiar modułu PCB jest bardzo mały i wynosi zaledwie 2,1 x 2,3 x 0,5 cala i waży tylko 11g. Elektronika jest samowystarczalna i w pełni zintegrowana, więc nie ma lamp mocy, nieporęcznej elektroniki ani potrzeby dużej mocy. Zasięg dla dużego obiektu, takiego jak samochód, wynosi od 50 stóp do 100 stóp (15 m do 30 m). Moduł wykonuje wszystkie pomiary prędkości, obsługuje całe przetwarzanie sygnału, a następnie po prostu wysyła nieprzetworzone dane prędkości przez port USB. Do odbioru danych używam niedrogiego Raspberry Pi (lub Arduino lub czegokolwiek innego, co ma port USB). Z odrobiną kodowania Pythona i kilkoma dużymi, niedrogimi diodami LED zamontowanymi na płycie, mogę wyświetlić prędkość. Tablicę reklamową można przymocować do słupka z boku drogi. Dodając znak z napisem „Prędkość sprawdzona przez RADAR” nad wyświetlaczem, mam teraz swój własny radarowy znak prędkości, który przyciąga uwagę kierowców i spowalnia ich! Wszystko to za mniej niż 500 dolarów!

Krok 1: Materiały i narzędzia

• 1 czujnik radarowy krótkiego zasięgu OPS241-A;
• 1 uchwyt OPS241-A (druk 3D)
• 1 Raspberry Pi Model B v1.2
• 1 zasilacz microUSB 5V
• 1 Rhino Model AS-20 110V do 12V/5V 4-pinowy zasilacz molex i kabel zasilający
• 1 Listwa zaciskowa 3 bieguny Pionowo, co 5,0 mm
• 1 kabel Micro-USB na standardowy kabel USB
• 4 przekładki, śruby, nakrętki
• 1 Obudowa i platerowana płytka drukowana
• 4 pozłacane śruby montażowe PCB
• 3 rezystory 1/8W 330ohm
• 3 tranzystory NTE 490 FET
• 1 NTE 74HCT04 Zintegrowany inwerter szesnastkowy TTL High Speed CMOS
• 1 mini deska do chleba OSEPP z podkładem samoprzylepnym
• 2 0.156” szpilka kwadratowa z prostym drutem, 8-obwodowa
• 20 przewodów połączeniowych 6” F/F premium 22AWG
• 1 1” x 12” na 24” drewniana płyta montażowa
• 1 Czarna farba w sprayu
• 2 7-segmentowy wyświetlacz Sparkfun - 6,5” (czerwony)
• 2 duża cyfrowa płytka sterownika Sparkfun (SLDD)
• 1 znak „Prędkość sprawdzona przez radar”

Krok 2: Planowanie podłogi płytki drukowanej elektroniki

Zacząłem od głównego sprzętu sterującego, jakim jest Raspberry Pi. Założenie jest takie, że masz już Raspberry Pi z systemem operacyjnym i masz pewne doświadczenie w kodowaniu Pythona. Raspberry Pi steruje czujnikiem radarowym OPS241-A i pobiera informacje o raportowanej prędkości. Jest on następnie konwertowany do wyświetlania na dużym 7-segmentowym wyświetlaczu LED.

a. Chcę umieścić wszystkie elementy elektryczne inne niż czujnik radarowy i wyświetlacze LED na jednej zamkniętej płytce drukowanej elektroniki zamontowanej z tyłu płytki wyświetlacza. Dzięki temu deska jest niewidoczna i bezpieczna przed żywiołami. W ten sposób wystarczy poprowadzić tylko dwa kable z tyłu płyty do przodu. Jeden kabel to kabel USB, który zasila moduł OPS241-A i odbiera zmierzone dane prędkości. Drugi kabel napędza wyświetlacz 7-segmentowy.

b. Płytka PCB musi zapewniać dużo miejsca dla Raspberry Pi, które zajmuje większość powierzchni. Muszę również upewnić się, że po zamontowaniu będę mógł łatwo uzyskać dostęp do kilku jego portów. Porty, do których muszę uzyskać dostęp to port USB (dane prędkości modułu OPS241-A), port Ethernet (interfejs PC do opracowywania/debugowania kodu Pythona), port HDMI (wyświetlanie okna Raspberry Pi i debugowanie/rozwoju) oraz port micro USB (zasilanie 5V dla Raspberry Pi).

C. Aby zapewnić dostęp do tych portów, w obudowie wycinane są otwory, które pasują do lokalizacji portów na Raspberry Pi.

D. Następnie muszę znaleźć miejsce na płytkę chlebową zawierającą dyskretne elementy elektroniczne do sterowania diodami LED wyświetlacza. To druga co do wielkości pozycja. Wokół niego musi być wystarczająco dużo miejsca, abym mógł złączyć do niego przewody z Raspberry Pi i wyprowadzić sygnały do złącza sterującego diodami LED. Idealnie, gdybym miał więcej czasu, przylutowałbym komponenty i przewody bezpośrednio do płytki PCB zamiast używać płytki stykowej, ale dla moich celów to wystarczająco dobre.

mi. Planuję umieścić nagłówek sterownika wyświetlacza obok płytki stykowej na krawędzi płytki drukowanej, abym mógł zachować krótkie długości przewodów, a także aby móc wyciąć otwór w pokrywie i podłączyć kabel do złącza.

F. Na koniec zostawiam miejsce na płytce drukowanej na blok zasilania. System wymaga 5 V dla przełączników poziomu i sterownika wyświetlacza oraz 12 V dla diod LED. Podłączam standardowe złącze zasilania 5V/12V do bloku zasilania, a następnie kieruję sygnały zasilania z bloku do płytki stykowej i złącza LED. Wyciąłem otwór w pokrywie, abym mógł podłączyć przewód zasilający 12V/5V do złącza zasilania.

g. Tak wygląda ostateczny plan podłogi z elektroniką (z zdjętą pokrywą):

Krok 3: Montaż Raspberry Pi

Zamontowałem Raspberry Pi do perforowanej i platerowanej płytki PCB za pomocą 4 przekładek, śrub i nakrętek. Lubię używać platerowanej płytki PCB, aby w razie potrzeby móc lutować komponenty i przewody.

Krok 4: Przełączniki poziomu sygnału LED

GPIO Raspberry Pi może zasilać maksymalnie 3,3 V każdy. Jednak wyświetlacz LED wymaga sygnałów sterujących 5V. Dlatego musiałem zaprojektować prosty, tani obwód, aby przesunąć poziom sygnałów sterujących Pi z 3,3 V na 5 V. Użyty przeze mnie obwód składa się z 3 dyskretnych tranzystorów FET, 3 dyskretnych rezystorów i 3 zintegrowanych falowników. Sygnały wejściowe pochodzą z GPIO Raspberry Pi, a sygnały wyjściowe są kierowane do złącza, które łączy się z kablem z diod LED. Trzy konwertowane sygnały to GPIO23 do SparkFun LDD CLK, GPIO4 do SparkFun LDD LAT i SPIO5 do SparkFun LDD SER.

Krok 5: Duży wyświetlacz siedmiosegmentowy LED

Do wyświetlenia prędkości użyłem dwóch dużych diod LED, które znalazłem na SparkFun. Mają 6,5 cala wysokości, co powinno być czytelne z dużej odległości. Aby były bardziej czytelne, użyłem niebieskiej taśmy do zakrycia białego tła, chociaż czerń może zapewnić większy kontrast.

Krok 6: Płyta sterownika LED

Każda dioda LED wymaga szeregowego rejestru przesuwnego i zatrzasku do utrzymywania sygnałów sterujących z Raspberry Pi i sterowania segmentami LED. SparkFun ma tutaj bardzo dobry opis. Raspberry Pi wysyła dane szeregowe do siedmiosegmentowych wyświetlaczy LED i kontroluje czas zatrzasku. Płyty sterowników są zamontowane z tyłu diody i nie są widoczne z przodu.

Krok 7: Montaż modułu radarowego OPS241-A

Czujnik radarowy OPS241-A jest wkręcony w wydrukowany w 3D uchwyt, który zrobił dla mnie przyjaciel. Alternatywnie mogłem wkręcić go bezpośrednio w płytę. Czujnik radarowy jest montowany z przodu płytki obok diod LED. Moduł czujnika jest montowany z antenami (złote łatki na górze płyty) zamontowanymi poziomo, chociaż karta specyfikacji mówi, że wzór anteny jest dość symetryczny zarówno w kierunku poziomym, jak i pionowym, więc obrócenie go o 90 ° prawdopodobnie byłoby w porządku. Po zamontowaniu na słupie telefonicznym czujnik radarowy jest skierowany na zewnątrz ulicy. Wypróbowano kilka różnych wysokości i okazało się, że jest najlepszy. Jeśli jest wyższy, sugerowałbym, aby nieco pochylić deskę w dół.

Krok 8: Połączenia zasilania i sygnału

Znak ma dwa źródła zasilania. Jeden to przekonwertowany zasilacz HDD, który zapewnia zarówno 12V, jak i 5V. 7-segmentowy wyświetlacz wymaga 12V dla diod LED i 5V poziomów sygnału. Płytka konwertera pobiera sygnały 3,3 V z Raspberry Pi i poziom przesuwa je do 5 V dla wyświetlacza, jak omówiono powyżej. Drugi zasilacz to standardowy adapter do telefonu komórkowego lub tabletu 5V USB ze złączem micro USB do Raspberry Pi.

Krok 9: Ostateczny montaż

Aby pomieścić czujnik radarowy, diody LED i płytę kontrolera, wszystko zostało zamontowane na kawałku drewna o wymiarach 12” x 24” x 1”. Diody LED zostały zamontowane z przodu wraz z czujnikiem radarowym i płytą kontrolera w obudowie na tył. Drewno zostało pomalowane na czarno, aby poprawić czytelność diod LED. Sygnały zasilania i sterowania dla diody LED zostały poprowadzone przez otwór w drewnie za diodami LED. Czujnik radarowy został zamontowany z przodu obok diod LED. Kabel USB zasilający i sterujący czujnika radarowego został owinięty nad płytą drewnianą. Kilka otworów w górnej części płyty z owijkami pozwoliło na zamontowanie płyty na słupie telefonicznym obok „Speed Checked by Radar”.

Płytka kontrolera została przykręcona z tyłu płyty wraz z zasilaczem.

Krok 10: Kod Pythona

Python działający na Raspberry Pi został użyty do połączenia systemu. Kod znajduje się na GitHub. Główne części kodu to ustawienia konfiguracyjne, dane odczytywane przez port szeregowy USB z czujnika radarowego, konwertowanie danych prędkości na wyświetlacz oraz sterowanie czasem wyświetlania.

Domyślna konfiguracja czujnika radarowego OPS241-A jest w porządku, ale stwierdziłem, że do konfiguracji początkowej potrzebne było kilka poprawek. Obejmowały one zmianę z raportowania m/s na mph, zmianę częstotliwości próbkowania na 20ksps i dostosowanie ustawienia blokady szumów. Częstotliwość próbkowania bezpośrednio dyktuje maksymalną prędkość, którą można zgłosić (139 mil na godzinę) i przyspiesza szybkość raportowania.

Kluczową nauką jest ustawienie wartości blokady szumów. Początkowo stwierdziłem, że czujnik radarowy nie wykrył samochodów z bardzo dużej odległości, może tylko 15-30 stóp (5-10 m). Pomyślałem, że mogłem ustawić czujnik radarowy zbyt wysoko, ponieważ znajdował się on około 7 stóp nad ulicą. Obniżenie go do 4 stóp nie pomogło. Potem zobaczyłem ustawienie blokady szumów w dokumencie API i zmieniłem je na najbardziej wrażliwe (QI lub 10). Dzięki temu zasięg wykrywania znacznie wzrósł do 30-100 stóp (10-30 m).

Pobieranie danych przez port szeregowy i tłumaczenie w celu wysłania do diod LED było dość proste. Przy 20ksps dane o prędkości są przesyłane około 4-6 razy na sekundę. To trochę szybkie i nie jest dobre, aby wyświetlacz się tak szybko zmieniał. Dodano kod sterowania wyświetlaniem, aby wyszukać najszybszą zgłaszaną prędkość co sekundę, a następnie wyświetlić tę liczbę. Daje to jednosekundowe opóźnienie w zgłoszeniu numeru, ale to jest w porządku lub można je łatwo dostosować.

Krok 11: Wyniki i ulepszenia

Zrobiłem własne testy, jadąc samochodem obok niego z ustaloną prędkością, a odczyty stosunkowo dobrze pasowały do mojej prędkości. OmniPreSense powiedział, że przetestował moduł i może przejść te same testy, które przechodzi standardowy policyjny pistolet radarowy z dokładnością 0,5 mil na godzinę.

Podsumowując, był to świetny projekt i fajny sposób na zapewnienie bezpieczeństwa na mojej ulicy. Jest kilka ulepszeń, które mogą sprawić, że będzie to jeszcze bardziej przydatne, o czym przyjrzę się w kolejnej aktualizacji. Pierwszym z nich jest znalezienie większych i jaśniejszych diod LED. Arkusz danych mówi, że są to 200-300 mcd (milikandela). Zdecydowanie potrzeba czegoś wyższego niż to, ponieważ słońce łatwo wymywa je, oglądając je w świetle dziennym. Alternatywnie, dodanie osłony wokół krawędzi diod LED może zapobiec promieniowaniu słonecznemu.

Zapewnienie odporności całego rozwiązania na warunki atmosferyczne będzie potrzebne, jeśli ma zostać umieszczone na stałe. Na szczęście jest to radar, a sygnały z łatwością przejdą przez plastikową obudowę, wystarczy znaleźć odpowiedni rozmiar, który jest również wodoodporny.

Wreszcie dodanie modułu kamery do Raspberry Pi, aby zrobić zdjęcie każdemu, kto przekracza dozwoloną prędkość na naszej ulicy, byłoby naprawdę świetne. Mógłbym pójść dalej, korzystając z pokładowego Wi-Fi i wysyłając ostrzeżenie i zdjęcie pędzącego samochodu. Dodanie znacznika czasu, daty i wykrytej prędkości do obrazu naprawdę wykończy sprawę. Może jest nawet prosta aplikacja do zbudowania, która może ładnie prezentować informacje.