Asystent parkowania tyłem w garażu przy użyciu istniejącego czujnika bezpieczeństwa i obwodu analogowego: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Podejrzewam, że wiele wynalazków w historii ludzkości powstało z powodu narzekających żon. Pralka i lodówka z pewnością wydają się być realnymi kandydatami. Mój mały „wynalazek” opisany w tym Instruktażu to elektroniczny asystent parkowania w garażu, który jest również wynikiem (tak, zgadłeś) skarg żon.:)

Lubię parkować samochód w naszym garażu tyłem do szybkiego wyjazdu rano. Jeśli zaparkuję za daleko, moja żona nie jest zadowolona z wąskiego przejścia do drzwi domu. Jeśli nie zaparkuję wystarczająco daleko, to przedni zderzak przeszkadza zdalnie sterowanej bramie garażowej. Idealnym miejscem jest posiadanie przedniego zderzaka 1-2 cale od zamkniętych drzwi, co za każdym razem jest dość trudne do osiągnięcia.

Oczywiście najprostszym rozwiązaniem jest klasyczna piłka tenisowa na sznurku zwisającym z sufitu. Jasne, to zadziała, ale gdzie jest zabawa? Dla hobbysty elektronicznego, takiego jak ja, pierwszą myślą jest zbudowanie obwodu! Istnieje co najmniej kilkanaście instrukcji opisujących dalmierz garażowy oparty na czujniku ultradźwiękowym, Arduino i jakimś sygnale świetlnym za pomocą diod LED. Dlatego aby było ciekawiej zdecydowałem się na alternatywne rozwiązanie, które wykorzystuje istniejący czujnik bezpieczeństwa cofania, który jest integralną częścią automatycznej bramy garażowej firmy LiftMaster. Poniższy film wyjaśnia, jak to działa, oszczędzając mi dużo pisania.

Odbiornik czujnika sygnalizuje „wszystko czysto” w momencie, gdy przedni zderzak przestaje przecinać wiązkę podczerwieni. Doskonały! Wystarczy, że przechwycę ten sygnał, prawda? Cóż, łatwiej powiedzieć niż zrobić…

(Zastrzeżenie: Przechodząc do następnego kroku, potwierdzasz, że jesteś dobrze zorientowany w elektronice i doskonale zdajesz sobie sprawę, że ten projekt majstruje przy istniejącym sprzęcie zabezpieczającym. Działa dobrze, jeśli zostanie wykonany poprawnie, ale jeśli coś schrzanisz, ryzykujesz, że powiedziane sprzęt bezpieczeństwa nieskuteczny. Postępuj na własne ryzyko, nie ponoszę odpowiedzialności za jakiekolwiek złe skutki, takie jak martwe/zranione zwierzęta domowe, dzieci itp., wynikające z wdrożenia niniejszej instrukcji.)

Krok 1: Problem 1: Jak przechwycić i wykorzystać sygnał z czujnika bezpieczeństwa LiftMaster?

Gdy ścieżka wiązki podczerwieni (IR) między nadajnikiem a odbiornikiem jest wolna, odbiornik wysyła przez parę przewodów sygnał o częstotliwości prostokątnej 156 Hz, jak pokazano na pierwszym obrazie. W pojedynczym okresie po 6,5 ms napięcia ~6 V wysokiego następuje nie więcej niż 0,5 ms napięcia ~0 V niskiego (drugi i trzeci obraz). Gdy wiązka podczerwieni napotka przeszkodę, odbiornik nie wysyła sygnału, a linia pozostaje na wysokim napięciu zasilania (czwarty obraz). Co ciekawe, zasilanie zarówno nadajnika i odbiornika, jak i sygnał odbiornika pochodzi z jednej pary zacisków z tyłu otwieracza LiftMaster (zdjęcie piąte).

Istotą tego problemu jest więc wykrycie sygnału fali prostokątnej na pierwszym obrazie z sygnału DC na obrazie 4. Nie ma potrzeby wymyślania koła na nowo, ponieważ problem ten został rozwiązany przez innych za pomocą układu Missing Pulse Detector. Istnieje wiele wdrożeń; Wybrałem jeden z tej strony Circuits Today i nieznacznie go zmodyfikowałem, jak pokazano na piątym obrazie. Oryginalna strona szczegółowo opisuje zasady jej działania. Krótko mówiąc, timer NE555 działający w trybie monostabilnym będzie utrzymywał wysoki pin OUTPUT tak długo, jak okres przychodzącej fali prostokątnej (podłączony do TRIGGER) będzie krótszy niż przedział czasowy na pinach THRESHOLD+DISCHARGE. Ta ostatnia zależy od wartości R1 i C2. Napięcie DC na TRIGGER pozwoli C2 na ładowanie powyżej wartości progowej, a pin OUTPUT będzie niski. Problem rozwiązany!

Krok 2: Problem 2: Jak wizualnie wskazać stan pinu OUTPUT timera?

To nie wymaga myślenia: użyj diody LED. Wyłącz go, gdy wiązka IR jest nienaruszona, a wyjście jest wysokie (co zdarza się w 99,999% przypadków) i włącz, gdy wiązka jest przerwana, a wyjście jest niskie. Innymi słowy, odwróć sygnał OUTPUT, aby zasilić diodę LED. Najprostszy przełącznik tego rodzaju, IMHO, wykorzystuje tranzystor MOSFET z kanałem P, jak pokazano na powyższym obrazku. WYJŚCIE Timera jest połączone z jego bramką. Dopóki jest wysoki, tranzystor jest w trybie wysokiej impedancji, a dioda LED jest wyłączona. I odwrotnie, niskie napięcie na bramce umożliwi przepływ prądu. Rezystor podciągający R4 zapewnia, że bramka nigdy nie będzie zwisająca i utrzymana w preferowanym stanie. Problem rozwiązany!

Krok 3: Problem 3: Jak zasilać opisany do tej pory obwód?

Detektor brakujących impulsów pokazany w kroku 1 wymaga stałego napięcia zasilania DC. Mogę użyć baterii lub kupić odpowiedni zasilacz AC/DC. Za dużo kłopotów. Co powiesz na wykorzystanie samego zasilania czujnika bezpieczeństwa dostarczanego przez LiftMaster? Otóż problem polega na tym, że przenosi sygnał z odbiornika IR, który nie jest ani „stały”, ani „DC”. Ale da się go odpowiednio przefiltrować i wygładzić bardzo prostym układem pokazanym powyżej. Duży kondensator elektrolityczny 1 mF jest wystarczająco dobrym filtrem, a dołączona dioda zapewnia, że nie rozładuje się z powrotem, gdy sygnał jest niski. Problem rozwiązany!

Sztuczka polega na tym, aby nie pobierać zbyt dużego prądu z LiftMaster, w przeciwnym razie działanie czujnika bezpieczeństwa może być zagrożone. Z tego powodu nie użyłem standardowego timera NE555, ale jego klon CMOS TS555 o bardzo niskim zużyciu energii.

Krok 4: Problem 4: Jak połączyć wszystkie komponenty?

Łatwo; zobacz cały obwód powyżej. Oto lista części, których użyłem:

• U1 = Pojedynczy zegar CMOS o małej mocy TS555 firmy STMicroelectronics.
• M1 = P-kanałowy tranzystor MOSFET IRF9Z34N.
• Q1 = tranzystor PNP BJT BC157.
• D1 = dioda 1N4148.
• D2 = żółta dioda LED, typ nieznany.
• C1 = 10 nF kondensator ceramiczny.
• C2 = 10 uF kondensator elektrolityczny.
• C3 = 1 mF kondensator elektrolityczny.
• R1 i R2 = rezystory 1 k-om.
• R3 = rezystor 100 omów.
• R4 = rezystor 10 k-omów.

Przy zasilaniu 5,2 V powyższy układ pobiera tylko ~3 mA, gdy dioda jest zgaszona i ~25 mA, gdy jest włączona. Pobór prądu można dodatkowo zmniejszyć do ~1 mA, zmieniając R1 na 100 kΩ i C2 na 100 nF. Dalszy wzrost rezystancji i zmniejszenie pojemności ograniczonej przez utrzymywanie stałego iloczynu RC (=0,01) nie zmniejsza prądu.

Umieściłem diodę LED i rezystor R3 w uroczej małej puszce Altoids i przybiłem ją do ściany. Od niego poprowadziłem długi kabel aż do otwieracza LiftMaster na suficie. Układ sterownika został przylutowany na płytce ogólnego przeznaczenia i umieszczony w ślicznym pudełeczku, które dostałem od Adafruit. Skrzynka jest przymocowana do ramy LiftMaster, a para przewodów zasilających jest podłączona do zacisków czujnika bezpieczeństwa.

Cofając samochód do garażu, zatrzymuję się, gdy tylko dioda LED zgaśnie. Rezultatem jest idealne wyrównanie, jak pokazano na ostatnim obrazku. Problem rozwiązany!

Krok 5: Dodatek: lżejszy, ale nie jaśniejszy asystent parkowania:)

10 dni po tym, jak ten Instructable został po raz pierwszy opublikowany, zbudowałem naprowadzające światło postojowe dla mojej drugiej bramy garażowej. Warto o tym wspomnieć, ponieważ dokonałem drobnych ulepszeń w projekcie obwodu. Zobacz pierwszy obraz. Najpierw wybrałem opcję niższego prądu dla pary RC opisanej w poprzednim kroku, gdzie niska pojemność 100 nF odpowiada wyższej rezystancji 100 kΩ. Następnie wyeliminowałem tranzystor PMOS i rezystor podciągający 10 kΩ i podłączyłem masę LED bezpośrednio do pinu OUTPUT TS555. Jest to możliwe, ponieważ obiekt na drodze wiązki IR obniża napięcie WYJŚCIOWE, skutecznie włączając diodę LED. Za to uproszczenie trzeba jednak zapłacić. Z obecnym PMOS nie musiałem się martwić o prąd LED: IRF9Z34N może pobierać 19 A, więc dioda może świecić tak jasno, jak tego chcę. Pin OUTPUT TS555 może pobierać tylko 10 mA, stąd musiałem sparować diodę z wyższym rezystorem 220 omów, co obniżyło jej jasność. Nadal jest dobrze widoczny, jak pokazuje czwarte zdjęcie, więc dla mnie działa. Lista części do tego projektu jest następująca:

• U3 = Pojedynczy zegar CMOS o małej mocy TS555 firmy STMicroelectronics.
• Q3 = tranzystor PNP BJT BC157.
• D5 = dioda 1N4148.
• D6 = żółta dioda LED, typ nieznany.
• C7 = 10 nF kondensator ceramiczny.
• Kondensator ceramiczny C8 = 100 nF.
• C9 = kondensator elektrolityczny 1 mF.
• R9 = rezystor 100 k-omów.
• R10 = rezystor 1 k-om.
• R11 = rezystor 220 omów.

Obwód pobiera odpowiednio 1 mA i 12 mA w stanie wyłączonym i włączonym.