Проверка скорости для автомагистралей

Во время движения по автомагистралям автомобилисты не должны превышать максимальную скорость, разрешенную для их транспортного средства. Тем не менее, аварии продолжают происходить из-за нарушений скорости, поскольку водители обычно не обращают внимания на свои спидометры. Этот измеритель скорости пригодится дорожной полиции, поскольку он не только обеспечивает цифровой дисплей в соответствии со скоростью автомобиля, но и подает звуковой сигнал, если автомобиль превышает допустимую скорость для шоссе. Система в основном состоит из двух пар лазерный передатчик-датчик LDR, которые установлены на шоссе на расстоянии 100 метров друг от друга, при этом передатчик и датчик LDR каждой пары находятся на противоположных сторонах дороги. Установка лазеров и LDR показана на рис. 1. Система отображает время, затраченное транспортным средством на пересечение этого 100-метрового расстояния от одной пары до другой, с разрешением 0,01 секунды, из которого может быть рассчитана скорость транспортного средства. следующим образом:

Согласно приведенному выше уравнению, для скорости 40 км / ч на дисплее будет отображаться 900 (или 9 секунд), а для скорости 60 км / ч дисплей будет показывать 600 (или 6 секунд). Обратите внимание, что младший бит дисплея равен 0,01 секунды, и каждая последующая цифра в десять раз больше предыдущей. Аналогичным образом вы можете рассчитать другие показания (или время).

Установка лазеров и LDR на шоссе

На рисунке ниже показана схема измерителя скорости. Он был разработан с учетом того, что максимально допустимая скорость для автомагистралей составляет 40 км / ч или 60 км / ч в соответствии с правилами дорожного движения.

Схема проверки скорости на шоссе

Схема построена на пяти микросхемах таймера NE555 (с IC1 по IC5), четырех микросхемах счетчика CD4026 (с IC6 по IC9) и четырех 7-сегментных дисплеях (с DIS1 по DIS4). IC1 - IC3 функционируют как моностабильные устройства, причем IC1 выполняет функцию моно начала счета, IC2 - моно остановки счета, а IC3 - моно детектора ограничения скорости, управляемое выходами IC1 и IC2. Бистабильный набор-сброс IC4 также управляется выходами IC1 и IC2, и он (IC4), в свою очередь, управляет включением / выключением нестабильного таймера IC5 на 100 Гц (период = 0,01 секунды).

Временной период таймера NE555 (IC1) моностабильного мультивибратора с запуском счета регулируется с помощью предустановки VR1 или VR2 и конденсатора C1. Для ограничения 40 км / ч период времени устанавливается равным 9 секундам с использованием предустановки VR1, в то время как для ограничения 60 км / ч период времени устанавливается равным 6 секундам с использованием предустановки VR2. Ползунковый переключатель S1 используется для выбора периода времени в соответствии с ограничением скорости (40 км / ч и 60 км / ч соответственно). Соединение LDR1 и резистора R1 подключено к выводу 2 микросхемы IC1.

Обычно свет от лазера постоянно падает на датчик LDR, поэтому LDR имеет низкое сопротивление, а контакт 2 IC1 - высокий. Всякий раз, когда свет, падающий на LDR, прерывается каким-либо транспортным средством, сопротивление LDR становится высоким, и, следовательно, вывод 2 IC1 становится низким, чтобы запустить моностабильный. В результате выходной контакт 3 становится высоким в течение заданного периода (9 или 6 секунд), и светодиод 1 светится, указывая на это. Вывод сброса 4 управляется выходом логического элемента И-НЕ N3 при включении питания или при нажатии переключателя сброса S2. Для IC2 моностабильный срабатывает так же, как IC1, когда транспортное средство пересекает лазерный луч, падающий на LDR2, чтобы генерировать небольшой импульс для остановки счета и для использования в определении скорости. LED2 светится, пока на выводе 3 микросхемы IC2 высокий уровень. Выходы IC1 и IC2 подаются на входные контакты 2 и 1 логического элемента И-НЕ N1 соответственно. Когда на выходах IC1 и IC2 одновременно появляется высокий уровень (это означает, что транспортное средство пересекло заданный предел скорости), выходной контакт 3 логического элемента N1 переходит в низкий уровень, чтобы запустить моностабильный таймер IC3. Выход IC3 используется для управления пьезобуззером PZ1, который предупреждает оператора о нарушении ограничения скорости. Резистор R9 и конденсатор C5 определяют период времени, в течение которого звучит пьезобузер. Выход IC1 запускает бистабильное соединение (IC4) через вентиль N2 на переднем фронте импульса начала счета. Когда на выводе 2 IC4 идет низкий уровень, высокий выход на его выводе 3 включает нестабильный тактовый генератор IC5. Поскольку импульсный выход остановки счета IC2 подключен к выводу 6 IC4 через диод D1, он сбрасывает тактовый генератор IC5. IC5 также может быть сброшен через диод D2 при включении питания, а также при нажатии переключателя сброса S2.

IC5 сконфигурирован как нестабильный мультивибратор, период времени которого определяется предварительно установленным VR3, резистором R12 и конденсатором C10. С помощью предустановки VR1 частота нестабильного мультивибратора устанавливается равной 100 Гц. Выход IC5 подается на тактовый вывод 1 декадного счетчика / 7-сегментного декодера IC6 CD4026. IC CD4026 - это 5-ступенчатый декадный счетчик Джонсона и выходной декодер, который преобразует код Джонсона в 7-сегментный декодированный выходной сигнал для управления дисплеем DIS1. Счетчик увеличивается на один счет при переходе положительного тактового сигнала. Сигнал выполнения (Cout) от CD4026 обеспечивает один тактовый сигнал после каждых десяти входов тактового сигнала для тактирования следующего декадного счетчика в многодекадной счетной цепочке. Это достигается путем соединения контакта 5 каждого CD4026 с контактом 1 следующего CD4026. Сигнал сброса высокого уровня очищает десятичный счетчик до нулевого значения. Нажатие переключателя S2 подает сигнал сброса на контакт 15 всех микросхем CD4026, а также IC1 и IC4. Конденсатор C12 и резистор R14 генерируют сигнал сброса при включении питания.

Источник питания

Семь декодированных выходов от «a» до «g» CD4026 освещают соответствующий сегмент 7-сегментных дисплеев (с DIS1 по DIS4), используемых для представления десятичных цифр от «0» до «9». Резисторы с R16 по R19 ограничивают ток через DIS1 по DIS4 соответственно. На приведенной выше схеме показан блок питания. Напряжение сети переменного тока понижается трансформатором X1 для обеспечения вторичного выхода 15 В, 500 мА. Выход трансформатора выпрямляется мостовым выпрямителем, состоящим из диодов с D3 по D6, фильтруется конденсатором C14 и регулируется IC11 для обеспечения стабилизированного питания 12 В. Конденсатор C15 блокирует любые пульсации на регулируемом выходе. Переключатель S3 используется как переключатель включения / выключения. В мобильном приложении схемы, где нет сети 230 В переменного тока, рекомендуется использовать внешнюю батарею на 12 В. Для активации лазеров, используемых вместе с LDR1 и LDR2, можно использовать отдельные батареи.

Соберите схему на печатной плате. Односторонняя компоновка печатной платы в реальном размере для устройства проверки скорости и компоновка его компонентов показаны ниже.

Рис.4: Односторонняя компоновка печатной платы фактического размера для устройства проверки скорости

Рис.5: Компоновка компонентов печатной платы

Перед работой с помощью мультиметра проверьте правильность выхода блока питания. Если да, подайте питание на схему, установив переключатель S3 в положение «включено». В схеме используйте длинные провода для соединения двух LDR, чтобы вы могли вынуть их из печатной платы и установить на одной стороне дороги, на расстоянии 100 метров друг от друга. Установите два лазерных передатчика (например, лазерные фонари) на другой стороне шоссе, точно напротив LDR, так, чтобы лазерный свет падал прямо на LDR. Сбросьте схему, нажав переключатель S2, чтобы на дисплее отобразилось «0000». С помощью переключателя S1 выберите ограничение скорости (скажем, 60 км / ч) для шоссе. Когда какое-либо транспортное средство пересекает первый лазерный луч, LDR1 запускает IC1. Выходной сигнал IC1 становится высоким в течение времени, установленного для преодоления 100 метров с выбранной скоростью (60 км / ч), и LED1 светится в течение определенного периода. Пьезобузер PZ1 подает сигнал тревоги, если транспортное средство пересекает расстояние между лазерными установками со скоростью, превышающей выбранную (меньший период, чем заданный период). Счетчик начинает отсчет, когда перехватывается первый лазерный луч, и останавливается, когда перехватывается второй лазерный луч. Время, необходимое автомобилю для пересечения обоих лазерных лучей, отображается на 7-сегментном дисплее. При настройке скорости 60 км / ч с частотой таймера, установленной на 100 Гц, если счетчик на дисплее меньше «600», это означает, что транспортное средство пересекло ограничение скорости (и одновременно звучит зуммер). Сбросьте схему контроля скорости следующего автомобиля.