إشارة سرعة الرادار منخفضة التكلفة: 11 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

هل سبق لك أن أردت بناء علامة سرعة الرادار منخفضة التكلفة الخاصة بك؟ أعيش في شارع تسير فيه السيارات بسرعة كبيرة ، وأشعر بالقلق على سلامة أطفالي. اعتقدت أنه سيكون أكثر أمانًا إذا تمكنت من تثبيت إشارة سرعة رادار خاصة بي تعرض السرعة حتى أتمكن من جعل السائقين يتباطأون. لقد بحثت عبر الإنترنت في شراء لافتة سرعة رادار ، لكنني وجدت أن معظم اللافتات تكلف أكثر من 1000 دولار ، وهو أمر مكلف للغاية. كما أنني لا أرغب في الخوض في العملية الطويلة للمدينة لتركيب لافتة ، لأنني سمعت أنها قد تكلفهم ما يزيد عن 5 آلاف إلى 10 آلاف دولار. وبدلاً من ذلك ، قررت بناء حل منخفض التكلفة بنفسي وحفظه بعض المال مع بعض المرح.

لقد اكتشفت OmniPreSense الذي يوفر وحدة استشعار رادار قصيرة المدى منخفضة التكلفة مثالية لتطبيقي. عامل شكل وحدة PCB صغير جدًا حيث يبلغ 2.1 × 2.3 × 0.5 بوصة فقط ، ويزن 11 جرامًا فقط. تعتبر الإلكترونيات قائمة بذاتها ومتكاملة تمامًا ، لذلك لا توجد أنابيب طاقة أو إلكترونيات ضخمة أو تحتاج إلى الكثير من الطاقة. نطاق الأشياء الكبيرة مثل السيارة يتراوح من 50 قدمًا إلى 100 قدم (15 مترًا إلى 30 مترًا). تأخذ الوحدة جميع قياسات السرعة ، وتعالج جميع عمليات معالجة الإشارات ، ثم تقوم ببساطة بإخراج بيانات السرعة الأولية عبر منفذ USB الخاص بها. أستخدم Raspberry Pi منخفض التكلفة (أو Arduino أو أي شيء آخر به منفذ USB) لتلقي البيانات. مع القليل من تشفير Python وبعض مصابيح LED كبيرة منخفضة التكلفة مثبتة على لوحة ، يمكنني عرض السرعة. يمكن تركيب لوحة العرض الخاصة بي على عمود على جانب الطريق. من خلال إضافة لافتة تقول "تم التحقق من السرعة بواسطة RADAR" أعلى الشاشة ، لدي الآن إشارة سرعة الرادار الخاصة بي التي تجذب انتباه السائقين وتبطئهم! كل هذا بأقل من 500 دولار!

الخطوة 1: المواد والأدوات

• مستشعر رادار قصير المدى OPS241-A
• 1 حامل OPS241-A (طباعة ثلاثية الأبعاد)
• 1 Raspberry Pi Model B v1.2
• 1 5 فولت microUSB امدادات الطاقة
• 1 وحيد القرن موديل AS-20 110 فولت إلى 12 فولت / 5 فولت مزود طاقة موليكس 4 سنون وكابل طاقة
• 1 كتلة طرفية 3 أقطاب عمودية ، مراكز 5.0 مم
• 1 Micro-USB إلى كابل USB قياسي
• 4 فواصل ، براغي ، صواميل
• 1 صندوق ضميمة وثنائي الفينيل متعدد الكلور مطلي
• 4 مسامير تثبيت PCB مطلي
• 3 1/8 واط 330 أوم مقاومات
• 3 ترانزستور NTE 490 FET
• 1 NTE 74HCT04 عاكس سداسي عشري متكامل TTL عالي السرعة CMOS
• 1 لوح خبز صغير OSEPP مع دعم لاصق
• 2 0.156 "رأس دبوس سلك مستقيم مربع ، 8 دوائر
• 20 6 "أسلاك توصيل عالية F / F 22AWG
• لوح تثبيت خشبي بحجم 1 × 12 × 24 بوصة
• 1 طلاء بخاخ أسود
• 2 Sparkfun شاشة 7-Segment - 6.5 بوصة (أحمر)
• 2 لوحة سائق Sparkfun كبيرة الأرقام (SLDD)
• 1 لافتة "فحص السرعة بواسطة الرادار"

الخطوة 2: تخطيط أرضية لوحة إلكترونيات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لقد بدأت مع جهاز التحكم الرئيسي وهو Raspberry Pi. الافتراض هنا هو أن لديك بالفعل Raspberry Pi مع نظام التشغيل عليه ولديك بعض تجربة ترميز Python. يتحكم Raspberry Pi في مستشعر الرادار OPS241-A ويستقبل معلومات السرعة المبلغ عنها. ثم يتم تحويل هذا ليتم عرضه على شاشة LED كبيرة ذات 7 مقاطع.

أ. أرغب في وضع جميع المكونات الكهربائية بخلاف مستشعر الرادار وشاشات LED على لوحة إلكترونية واحدة مغلقة PCB مثبتة على الجانب الخلفي من لوحة العرض. هذا يبقي السبورة بعيدة عن الأنظار وآمنة من العناصر. بهذه الطريقة ، يجب تشغيل كبلين فقط من الجزء الخلفي من اللوحة إلى الأمام. أحد الكابلات هو كبل USB الذي يشغل وحدة OPS241-A ويستقبل بيانات السرعة المقاسة. الكبل الثاني يقود شاشة 7-Segment.

ب. تحتاج لوحة PCB إلى إتاحة مساحة كبيرة لـ Raspberry Pi ، والتي تشغل معظم المنطقة. أحتاج أيضًا إلى التأكد من أنني سأتمكن من الوصول بسهولة إلى العديد من منافذها بمجرد تركيبها. المنافذ التي أحتاج إلى الوصول إليها هي منفذ USB (بيانات سرعة الوحدة النمطية OPS241-A) ، ومنفذ Ethernet (واجهة الكمبيوتر لتطوير / تصحيح رمز Python) ، ومنفذ HDMI (عرض نافذة Raspberry Pi والتصحيح / التطوير) ، ومنفذ USB الصغير (طاقة 5 فولت لـ Raspberry Pi).

ج. لتوفير الوصول إلى هذه المنافذ ، يتم قطع ثقوب في العلبة التي تتطابق مع مواقع المنافذ على Raspberry Pi.

د. بعد ذلك ، أحتاج إلى إيجاد مساحة للوحة الخبز التي تحتوي على مكونات إلكترونية منفصلة لتشغيل مصابيح LED الخاصة بالشاشة. هذا هو ثاني أكبر عنصر. يجب أن يكون هناك مساحة كافية حوله بحيث يمكنني توصيل الأسلاك إليه من Raspberry Pi وإخراج الإشارات إلى رأس لقيادة مصابيح LED. من الناحية المثالية ، إذا كان لدي المزيد من الوقت ، فسأقوم بلحام المكونات والأسلاك مباشرة بلوحة PCB بدلاً من استخدام لوح التجارب ، ولكن من أجل أغراضي فهي جيدة بما فيه الكفاية.

ه. أخطط لجعل رأس برنامج تشغيل العرض بجوار اللوح على حافة PCB ، حتى أتمكن من الحفاظ على أطوال الأسلاك قصيرة ، وأيضًا حتى أتمكن من قطع فتحة في الغطاء وتوصيل كبل بالموصل.

F. أخيرًا ، أفسح مساحة على PCB لكتلة طاقة. يتطلب النظام 5 فولت لمحولات المستوى وسائق العرض ، و 12 فولت لمصابيح LED. أقوم بتوصيل موصل طاقة قياسي 5 فولت / 12 فولت بمجموعة الطاقة ، ثم قم بتوجيه إشارات الطاقة من الكتلة إلى اللوح ورأس LED. لقد قمت بقطع فتحة في الغطاء حتى أتمكن من توصيل سلك طاقة 12 فولت / 5 فولت بموصل الطاقة.

ز. هذا ما تبدو عليه خطة أرضية PCB النهائية للإلكترونيات (مع غطاء):

الخطوة 3: تركيب Raspberry Pi

لقد قمت بتركيب Raspberry Pi على لوحة PCB مثقبة ومطلية باستخدام 4 فواصل ومسامير وصواميل. أحب استخدام لوحة PCB المطلية حتى أتمكن من لحام المكونات والأسلاك إذا لزم الأمر.

الخطوة 4: مبدل مستوى إشارة LED

يمكن لـ Raspberry Pi GPIOs أن تصل إلى 3.3 فولت كحد أقصى لكل منها. ومع ذلك ، تتطلب شاشة LED إشارات تحكم 5 فولت. لذلك ، كنت بحاجة لتصميم دائرة بسيطة ومنخفضة التكلفة لتغيير مستوى إشارات التحكم Pi من 3.3 فولت إلى 5 فولت. تتكون الدائرة التي استخدمتها من 3 ترانزستورات FET منفصلة و 3 مقاومات منفصلة و 3 محولات متكاملة. تأتي إشارات الإدخال من Raspberry Pi GPIOs ، ويتم توجيه إشارات الإخراج إلى رأس يتصل بكبل من مصابيح LED. الإشارات الثلاثة التي تم تحويلها هي GPIO23 إلى SparkFun LDD CLK و GPIO4 إلى SparkFun LDD LAT و SPIO5 إلى SparkFun LDD SER.

الخطوة 5: شاشة LED كبيرة ذات سبعة أجزاء

لعرض السرعة ، استخدمت مصباحي LED كبيرين وجدتهما في SparkFun. يبلغ طولها 6.5 بوصة ويمكن قراءتها من مسافة بعيدة. ولجعلها أكثر قابلية للقراءة ، استخدمت شريطًا أزرقًا لتغطية الخلفية البيضاء على الرغم من أن اللون الأسود قد يوفر تباينًا أكبر.

الخطوة 6: لوحة القيادة LED

يتطلب كل مصباح LED سجل إزاحة تسلسلي ومزلاج للاحتفاظ بإشارات التحكم من Raspberry Pi وقيادة مقاطع LED. SparkFun لديها كتابة جيدة جدا للقيام بذلك هنا. يرسل Raspberry Pi البيانات التسلسلية إلى شاشات LED ذات الأجزاء السبعة ويتحكم في توقيت المزلاج. يتم تثبيت لوحات القيادة في الجزء الخلفي من مؤشر LED ولا يمكن رؤيتها من الأمام.

الخطوة 7: تركيب وحدة الرادار OPS241-A

يتم مسح مستشعر الرادار OPS241-A في حامل مطبوع ثلاثي الأبعاد صنعه صديق لي. بدلاً من ذلك ، كان بإمكاني تثبيته في اللوحة مباشرة. يتم تثبيت مستشعر الرادار على الجانب الأمامي من اللوحة بجوار مصابيح LED. يتم تثبيت وحدة المستشعر مع الهوائيات (بقع ذهبية أعلى اللوحة) مثبتة أفقيًا على الرغم من أن ورقة المواصفات تشير إلى أن نمط الهوائي متماثل إلى حد كبير في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي ، لذا من المحتمل أن يكون تحويله بزاوية 90 درجة على ما يرام. عند تثبيته على عمود الهاتف ، يكون جهاز استشعار الرادار مواجهًا للخارج أسفل الشارع. تم تجربة ارتفاعات مختلفة ووجدت أن ارتفاعها يبلغ حوالي 6 بوصات (2 م) ليكون الأفضل. أي مستوى أعلى ، وأنا أقترح احتمال تحريك اللوحة لأسفل قليلاً.

الخطوة 8: توصيلات الطاقة والإشارة

هناك نوعان من مصادر الطاقة للعلامة. أحدهما هو مصدر طاقة HDD محوّل يوفر كلاً من 12 فولت و 5 فولت. تتطلب الشاشة المكونة من 7 مقاطع 12 فولت لمصابيح LED ومستويات إشارة 5 فولت. تأخذ لوحة المحول الإشارات 3.3 فولت من Raspberry Pi ويحولها المستوى إلى 5V للعرض كما تمت مناقشته أعلاه. مزود الطاقة الآخر هو هاتف خلوي قياسي أو محول USB 5 فولت مع موصل USB صغير لـ Raspberry Pi.

الخطوة 9: التثبيت النهائي

للاحتفاظ بمستشعر الرادار ومصابيح LED ولوحة التحكم ، تم تركيب كل شيء على قطعة من الخشب مقاس 12 بوصة × 24 بوصة × 1 بوصة. تم تثبيت مصابيح LED على الجانب الأمامي جنبًا إلى جنب مع مستشعر الرادار ولوحة التحكم في العلبة الجانب الخلفي. تم طلاء الخشب باللون الأسود للمساعدة في جعل مصابيح LED أكثر قابلية للقراءة. تم توجيه إشارات الطاقة والتحكم الخاصة بمؤشر LED من خلال ثقب في الخشب خلف مصابيح LED. تم تثبيت مستشعر الرادار على الجانب الأمامي بجوار مصابيح LED. تم لف كبل طاقة وتحكم USB لجهاز استشعار الرادار أعلى اللوحة الخشبية. وقد وفرت فتحتان في الجزء العلوي من اللوحة مع أربطة ربط وسيلة لتركيب اللوحة على عمود هاتف بجوار "تم التحقق من السرعة بواسطة الرادار ".

تم تثبيت لوحة التحكم في الجانب الخلفي من اللوحة جنبًا إلى جنب مع محول الطاقة.

الخطوة 10: كود بايثون

تم استخدام Python الذي يعمل على Raspberry Pi لتجميع النظام معًا. الرمز موجود على جيثب. الأجزاء الرئيسية من الكود هي إعدادات التكوين ، وقراءة البيانات عبر منفذ USB التسلسلي من مستشعر الرادار ، وتحويل بيانات السرعة إلى العرض ، وعرض التحكم في التوقيت.

التكوين الافتراضي على مستشعر الرادار OPS241-A جيد لكنني وجدت أن هناك حاجة إلى بعض التعديلات لتهيئة بدء التشغيل. تضمنت هذه التغييرات من التقارير m / s إلى mph ، وتغيير معدل العينة إلى 20ksps ، وضبط إعداد الإسكات. يحدد معدل العينة بشكل مباشر السرعة القصوى التي يمكن الإبلاغ عنها (139 ميل في الساعة) ويسرع معدل التقرير.

التعلم الأساسي هو تحديد قيمة السحق. في البداية ، وجدت أن مستشعر الرادار لم يلتقط السيارات من مسافة بعيدة جدًا ، ربما فقط 15-30 قدمًا (5-10 أمتار). اعتقدت أنني ربما أضع مستشعر الرادار على ارتفاع كبير حيث تم وضعه على بعد حوالي 7 أقدام فوق الشارع. يبدو أن خفضها إلى 4 أقدام لا يساعد. ثم رأيت إعداد الإسكات في مستند API وقمت بتغييره إلى الأكثر حساسية (QI أو 10). مع هذا ، زاد نطاق الكشف بشكل كبير إلى 30-100 قدم (10-30 م).

كان أخذ البيانات عبر منفذ تسلسلي وترجمتها لإرسالها إلى مصابيح LED إلى الأمام إلى حد ما. في 20ksps ، يتم الإبلاغ عن بيانات السرعة حوالي 4-6 مرات في الثانية. هذا سريع بعض الشيء وليس جيدًا أن تتغير الشاشة بسرعة كبيرة. تمت إضافة رمز التحكم في العرض للبحث عن أسرع سرعة تم الإبلاغ عنها كل ثانية ثم عرض هذا الرقم. يؤدي هذا إلى تأخير لمدة ثانية واحدة في الإبلاغ عن الرقم ولكن هذا جيد أو يمكن تعديله بسهولة.

الخطوة 11: النتائج والتحسينات

لقد أجريت الاختبار الخاص بي لقيادة سيارة تجاوزتها بسرعات محددة وكانت القراءات مطابقة لسرعتي بشكل جيد نسبيًا. قال OmniPreSense إنهم اختبروا الوحدة ويمكنها اجتياز نفس الاختبار الذي يمر به مسدس رادار الشرطة القياسي بدقة 0.5 ميل في الساعة.

تلخيصًا لذلك ، كان هذا مشروعًا رائعًا وطريقة رائعة لبناء بعض الأمان في شارعي. هناك بعض التحسينات التي يمكن أن تجعل هذا الأمر أكثر فائدة وسأفكر في القيام به في تحديث متابعة. الأول هو العثور على مصابيح LED أكبر وأكثر إشراقًا. تقول ورقة البيانات أن هذه 200-300 مليون سي دي (ميليكانديلا). بالتأكيد هناك حاجة إلى شيء أعلى من ذلك لأن الشمس تغسل بسهولة عند رؤيتها في ضوء النهار. بدلاً من ذلك ، يمكن أن تؤدي إضافة درع حول حواف مصابيح LED إلى إبقاء ضوء الشمس بعيدًا.

ستكون هناك حاجة إلى جعل الحل الكامل دليلًا على الطقس إذا كان سيتم نشره بشكل دائم. لحسن الحظ ، هذا هو الرادار والإشارات ستمر بسهولة عبر حاوية بلاستيكية ، ما عليك سوى العثور على واحد بالحجم المناسب وهو أيضًا مقاوم للماء.

أخيرًا ، ستكون إضافة وحدة كاميرا إلى Raspberry Pi لالتقاط صورة لأي شخص يتجاوز السرعة المحددة في شارعنا أمرًا رائعًا حقًا. يمكنني المضي قدمًا في هذا الأمر من خلال استخدام شبكة WiFi الموجودة على متن الطائرة وإرسال تنبيه وصورة للسيارة المسرعة. ستؤدي إضافة طابع زمني وتاريخ وسرعة اكتشاف إلى الصورة إلى إنهاء الأمور حقًا. ربما يوجد تطبيق بسيط يمكن إنشاؤه يمكنه تقديم المعلومات بشكل جيد.