Senyal de velocitat radar de baix cost: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Alguna vegada heu volgut construir el vostre propi senyal de velocitat de radar de baix cost? Visc en un carrer on els cotxes circulen massa de pressa i em preocupa la seguretat dels meus fills. Vaig pensar que seria molt més segur si pogués instal·lar un signe propi de velocitat de radar que mostri la velocitat per aconseguir que els conductors frenin. Vaig mirar en línia per comprar un senyal de velocitat de radar, però vaig trobar que la majoria dels senyals costaven més d’1.000 dòlars, la qual cosa és bastant car. Tampoc vull passar pel llarg procés d’instal·lació d’un rètol de la ciutat, ja que he sentit que els pot costar més de 5 000 000 a 10 000 $. En lloc d’això, vaig decidir construir una solució de baix cost jo mateix i estalviar una mica de diners mentre es diverteixen.

Vaig descobrir OmniPreSense que ofereix un mòdul de sensor de radar de curt abast de baix cost ideal per a la meva aplicació. El factor de forma del mòdul PCB és molt petit i només pesa 11,1 x 2,3 x 0,5 polzades. L’electrònica és autònoma i està totalment integrada, de manera que no hi ha tubs de potència, electrònica voluminosa o la necessitat de molta potència. L’abast d’un objecte gran, com ara un cotxe, és de 15 a 30 metres. El mòdul pren totes les mesures de velocitat, gestiona tot el processament del senyal i, a continuació, simplement emet les dades de velocitat en brut pel seu port USB. Utilitzo un Raspberry Pi de baix cost (o Arduino, o qualsevol altra cosa que tingui un port USB) per rebre les dades. Amb una mica de codificació de pitó i alguns grans LED de baix cost muntats a una placa, puc mostrar la velocitat. El meu tauler de visualització es pot fixar en un pal al costat de la carretera. En afegir un cartell que diu "Speed Checked by RADAR" a la pantalla, ara tinc el meu propi senyal de velocitat de radar que crida l’atenció dels conductors i els ralentitza. Tot això per menys de 500 dòlars.

Pas 1: materials i eines

• 1 OPS241-Un sensor de radar de curt abast
• 1 suport OPS241-A (imprès en 3D)
• 1 Raspberry Pi Model B v1.2
• 1 font d'alimentació microUSB de 5V
• 1 Rhino Model AS-20 110V a 12V / 5V Alimentació molex de 4 pins i cable d'alimentació
• 1 bornera de 3 pols verticals, centres de 5,0 mm
• 1 cable micro USB a estàndard USB
• 4 espaiadors, cargols, femelles
• 1 caixa de tancament i PCB xapat
• 4 cargols de muntatge de PCB xapats
• 3 resistències de 1 / 8W 330ohm
• Transistor de 3 NTE 490 FET
• 1 inversor hexagonal CMOS d'alta velocitat TTL integrat NTE 74HCT04
• 1 mini taula OSEPP amb suport adhesiu
• 2 passador de filferro quadrat de 0,156”de capçalera, de 8 circuits
• 20 cables de pont premium de 6”F / F 22AWG
• 1 tauler de muntatge de fusta de 1 "x 12" per 24"
• 1 Pintura en aerosol negra
• 2 pantalles Sparkfun de 7 segments: 6,5 polzades (vermell)
• 2 Tauler de control de grans dígits Sparkfun (SLDD)
• 1 Senyal "Velocitat comprovada pel radar"

Pas 2: Planificació del sòl de la placa PCB electrònica

Vaig començar amb el maquinari de control principal que és el Raspberry Pi. La suposició aquí és que ja teniu un Raspberry Pi amb el sistema operatiu i teniu una experiència de codificació de Python. El Raspberry Pi controla el sensor de radar OPS241-A i inclou la informació de velocitat reportada. Tot seguit, es converteix per mostrar-se a la pantalla LED gran de 7 segments.

a. Vull col·locar tots els components elèctrics que no siguin el sensor de radar i les pantalles LED en una sola placa electrònica tancada muntada a la part posterior del tauler de visualització. Això manté el tauler fora de la vista i protegit dels elements. D'aquesta manera, només han de passar dos cables des de la part posterior de la placa fins a la part frontal. Un cable és el cable USB que alimenta el mòdul OPS241-A i rep les dades de velocitat mesurades. El segon cable acciona la pantalla de 7 segments.

b. La placa PCB ha de deixar molt espai al Raspberry Pi, que ocupa la major part de la zona. També he d’assegurar-me que podré accedir fàcilment a diversos dels seus ports un cop muntats. Els ports als quals he d’accedir són el port USB (dades de velocitat del mòdul OPS241-A), el port Ethernet (interfície de PC per desenvolupar / depurar codi Python), el port HDMI (mostrar la finestra Raspberry Pi i depurar / desenvolupar) i el port micro USB (Potència de 5V per a Raspberry Pi).

c. Per proporcionar accés a aquests ports, es tallen forats al recinte que coincideixen amb les ubicacions dels ports del Raspberry Pi.

d. A continuació, he de trobar espai per a la placa de pa que conté components electrònics discrets per accionar els LED de la pantalla. Aquest és el segon element més gran. Hi ha d’haver prou espai al seu voltant perquè pugui passar cables des del Raspberry Pi i emetre senyals a una capçalera per accionar els LED. L’ideal seria que si tingués més temps, soldaria els components i els cables directament a la placa PCB en lloc d’utilitzar una placa de tall, però per als meus propòsits és prou bona.

e. Tinc previst tenir la capçalera del controlador de pantalla al costat de la placa de control a la vora del PCB, de manera que pugui mantenir les longituds del fil curtes i també perquè pugui tallar un forat a la tapa i connectar un cable al connector.

f. Per últim, deixo espai a la placa per a un bloc d'alimentació. El sistema requereix 5V per als desplaçadors de nivell i el controlador de pantalla i 12V per als LED. Connecto un connector d’alimentació estàndard de 5V / 12V al bloc d’alimentació i, a continuació, encamino els senyals d’alimentació del bloc a la placa de control i a la capçalera del LED. He tallat un forat a la coberta per poder connectar un cable d'alimentació de 12V / 5V al connector d'alimentació.

g. Aquest és el aspecte de la planta final de PCB electrònica (amb tapa tancada):

Pas 3: muntatge del Raspberry Pi

Vaig muntar el meu Raspberry Pi a una placa de PCB perforada i xapada amb 4 separadors, cargols i femelles. M'agrada utilitzar una placa de PCB xapada per poder soldar components i cables si cal.

Pas 4: Canvis de nivell de senyal LED

Els GPIO de Raspberry Pi poden obtenir un màxim de 3,3V cadascun. No obstant això, la pantalla LED requereix senyals de control de 5V. Per tant, necessitava dissenyar un circuit senzill i de baix cost per canviar de nivell els senyals de control Pi de 3,3V a 5V. El circuit que he utilitzat consta de 3 transistors FET discrets, 3 resistències discretes i 3 inversors integrats. Els senyals d’entrada provenen dels Raspberry Pi GPIO i els senyals de sortida s’encaminen a una capçalera que es connecta a un cable des dels LED. Els tres senyals que es converteixen són GPIO23 a SparkFun LDD CLK, GPIO4 a SparkFun LDD LAT i SPIO5 a SparkFun LDD SER.

Pas 5: pantalla LED gran de set segments

Per mostrar la velocitat he utilitzat dos grans LEDs que he trobat a SparkFun. Medeixen 6,5 d'altura, cosa que hauria de ser llegible des de bona distància. Per fer-les més llegibles, he utilitzat cinta blava per cobrir el fons blanc, tot i que el negre pot proporcionar més contrast.

Pas 6: Taula de controladors LED

Cada LED requereix un registre de desplaçament en sèrie i un pestell per mantenir els senyals de control del Raspberry Pi i conduir els segments de LED. SparkFun té un bon escrit per fer-ho aquí. El Raspberry Pi envia les dades de sèrie a les pantalles LED de set segments i controla el temps de bloqueig. Les plaques de control es munten a la part posterior del LED i no són visibles des de la part frontal.

Pas 7: muntatge del mòdul de radar OPS241-A

El sensor de radar OPS241-A s’inclou en un suport imprès en 3D que un amic m’ha fet. Alternativament, l’hauria pogut cargolar directament al tauler. El sensor de radar està muntat a la part frontal del tauler al costat dels LED. El mòdul del sensor està muntat amb les antenes (taques daurades a la part superior del tauler) muntades horitzontalment, tot i que el full d’especificacions diu que el patró de l’antena és força simètric tant en les direccions horitzontal com vertical, de manera que girar-lo a 90 ° probablement estaria bé. Quan es munta a un pal de telèfon, el sensor de radar està orientat cap a fora pel carrer. Es van provar un parell d’altures diferents i es van trobar situant-lo a uns 2 m d’alçada per ser el millor. Qualsevol més alt i us suggeriria que inclinés una mica el tauler cap avall.

Pas 8: connexions d'alimentació i senyal

Hi ha dues fonts d'energia per al rètol. Un és una font d’alimentació HDD convertida que proporciona 12V i 5V. La pantalla de 7 segments requereix 12V per als LEDs i els nivells de senyal de 5V. La placa convertidora pren els senyals de 3,3 V del Raspberry Pi i el nivell els canvia a 5 V per a la pantalla, tal com s’ha comentat anteriorment. L’altra font d’alimentació és un adaptador USB de 5V per a telèfons mòbils o tauletes estàndard amb micro connector USB per al Raspberry Pi.

Pas 9: muntatge final

Per subjectar el sensor de radar, els LED i la placa del controlador, tot estava muntat en una peça de fusta de 12 "x 24" x 1 ". Els LED es van muntar a la part frontal juntament amb el sensor de radar i la placa del controlador del recinte de la part posterior. La fusta es va pintar de negre per fer que els LED fossin més llegibles. Els senyals d’alimentació i control del LED es van encaminar a través d’un forat a la fusta darrere dels LED. El sensor de radar es va muntar al costat frontal al costat dels LED. El cable d'alimentació i control USB del sensor de radar es va embolicar a la part superior de la placa de fusta. Un parell de forats a la part superior de la placa amb embolcalls proporcionaven un mitjà per muntar la placa en un pal de telèfon al costat de la "Velocitat comprovada per Signe Radar”.

La placa del controlador estava cargolada a la part posterior de la placa juntament amb l'adaptador de corrent.

Pas 10: codi Python

Python que s’executa al Raspberry Pi es va utilitzar per unir el sistema. El codi es troba a GitHub. Les parts principals del codi són els paràmetres de configuració, les dades llegides per un port sèrie USB des del sensor de radar, la conversió de dades de velocitat a la pantalla i el control de temporització de la pantalla.

La configuració predeterminada del sensor de radar OPS241-A està bé, però he trobat que calia fer alguns ajustos per a la configuració d’inici. Aquests inclouen el canvi dels informes de m / s a mph, canviar la freqüència de mostreig a 20 kps i ajustar la configuració de silenci. La taxa de mostratge dicta directament la velocitat màxima que es pot informar (139 mph) i accelera la velocitat de l'informe.

Un aprenentatge clau és el valor de squelch. Inicialment, vaig trobar que el sensor de radar no recollia els cotxes a una distància molt llunyana, potser només de 5 a 10 m. Vaig pensar que podria haver tingut el sensor de radar massa alt ja que estava situat a uns 7 peus sobre el carrer. Baixar-lo fins a 4 peus no semblava ajudar. Després vaig veure la configuració de squelch al document API i el vaig canviar pel més sensible (QI o 10). Amb això, el rang de detecció va augmentar significativament fins a 30 a 100 peus (10-30 m).

Prendre les dades a través d’un port sèrie i traduir-les per enviar-les als LED era bastant senzilla. A 20 kps, les dades de velocitat s’informen al voltant de 4 a 6 vegades per segon. Això és una mica ràpid i no és bo que la pantalla canviï tan de pressa. S'ha afegit el codi de control de visualització per buscar la velocitat reportada més ràpida cada segon i després mostrar aquest número. Això comporta un retard d’un segon a l’hora d’informar el número, però està bé o es pot ajustar fàcilment.

Pas 11: Resultats i millores

Vaig fer les meves pròpies proves conduint un cotxe a velocitats determinades i les lectures van coincidir amb la meva velocitat relativament bé. OmniPreSense va dir que havien provat el mòdul i que podrien passar les mateixes proves que una arma de radar policial estàndard amb una precisió de 0,5 mph.

En resum, aquest va ser un gran projecte i una bona manera de construir amb certa seguretat per al meu carrer. Hi ha algunes millores que poden fer que això sigui encara més útil, que miraré de fer en una actualització posterior. El primer és trobar LEDs més grans i més brillants. El full de dades diu que són de 200 a 300 mcd (millicandela). Sens dubte, es necessita alguna cosa superior a això, ja que el sol es pot rentar fàcilment veient-los a la llum del dia. Com a alternativa, si s’afegeix un blindatge al voltant de les vores dels LED es pot mantenir fora la llum del sol.

Cal que tota la solució sigui a prova de la intempèrie si serà publicada permanentment. Afortunadament es tracta d’un radar i els senyals passaran fàcilment per un recinte de plàstic, només cal trobar-ne un de la mida adequada, que també sigui a prova d’aigua.

Finalment, afegir un mòdul de càmera al Raspberry Pi per fer una foto de qualsevol persona que superi el límit de velocitat al nostre carrer seria realment fantàstic. Podria anar més enllà fent ús del WiFi integrat a bord i enviant una alerta i una imatge del cotxe a tota velocitat. Afegir una marca de temps, data i velocitat detectada a la imatge acabaria realment. Potser fins i tot hi ha una aplicació senzilla per construir que pugui presentar la informació molt bé.