Señal de velocidad de radar de bajo costo: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

¿Alguna vez ha querido construir su propia señal de velocidad de radar de bajo costo? Vivo en una calle donde los autos conducen demasiado rápido y me preocupa la seguridad de mis hijos. Pensé que sería mucho más seguro si pudiera instalar una señal de velocidad de radar propia que muestre la velocidad para que los conductores reduzcan la velocidad. Busqué en línea para comprar una señal de velocidad de radar, pero descubrí que la mayoría de las señales cuestan más de $ 1, 000, lo cual es bastante caro. Tampoco quiero pasar por el largo proceso de la ciudad instalando un letrero, ya que escuché que puede costarles más de $ 5, 000-10, 000. En su lugar, decidí construir una solución de bajo costo yo mismo y ahorrar algo de dinero mientras te diviertes.

Descubrí OmniPreSense, que ofrece un módulo de sensor de radar de corto alcance de bajo costo ideal para mi aplicación. El factor de forma del módulo de PCB es muy pequeño, solo mide 2.1 x 2.3 x 0.5 pulgadas y pesa solo 11 g. Los componentes electrónicos son autónomos y están completamente integrados, por lo que no hay tubos de alimentación, componentes electrónicos voluminosos o la necesidad de mucha potencia. El rango para un objeto grande como un automóvil es de 50 pies a 100 pies (15 ma 30 m). El módulo toma todas las medidas de velocidad, maneja todo el procesamiento de señales y luego simplemente envía los datos de velocidad sin procesar a través de su puerto USB. Utilizo una Raspberry Pi de bajo costo (o Arduino, o cualquier otra cosa que tenga un puerto USB) para recibir los datos. Con un poco de codificación Python y algunos LED grandes de bajo costo montados en una placa, puedo mostrar la velocidad. Mi tablero de anuncios se puede colocar en un poste al costado de la carretera. Al agregar una señal que dice "Velocidad controlada por RADAR" sobre la pantalla, ahora tengo mi propia señal de velocidad de radar que capta la atención de los conductores y los ralentiza. ¡Todo esto por menos de $ 500!

Paso 1: Materiales y herramientas

• 1 sensor de radar de corto alcance OPS241-A
• 1 soporte OPS241-A (impreso en 3D)
• 1 Raspberry Pi Modelo B v1.2
• 1 fuente de alimentación microUSB de 5V
• 1 Rhino Modelo AS-20 110V a 12V / 5V Fuente de alimentación molex de 4 pines y cable de alimentación
• 1 bloque de terminales vertical de 3 polos, centros de 5,0 mm
• 1 cable Micro-USB a USB estándar
• 4 espaciadores, tornillos, tuercas
• 1 caja de envolvente y placa de circuito impreso
• 4 tornillos de montaje en placa de circuito impreso
• 3 resistencias de 1/8 W 330 ohmios
• 3 transistor NTE 490 FET
• 1 inversor hexagonal NTE 74HCT04 TTL de alta velocidad CMOS integrado
• 1 mini tabla de pan OSEPP con respaldo adhesivo
• 2 clavijas de alambre recto cuadrado de cabezal de 0.156”, 8 circuitos
• 20 cables de puente premium de 6”F / F 22AWG
• Tablero de montaje de madera de 1 "x 12" por 24"
• 1 pintura en aerosol negra
• 2 Pantalla Sparkfun de 7 segmentos - 6.5”(Roja)
• 2 placa de controlador de dígitos grandes Sparkfun (SLDD)
• 1 letrero de "Velocidad controlada por radar"

Paso 2: Planificación del piso de la placa PCB electrónica

Comencé con el hardware de control principal, que es la Raspberry Pi. La suposición aquí es que ya tiene una Raspberry Pi con el sistema operativo y tiene algo de experiencia en codificación de Python. La Raspberry Pi controla el sensor de radar OPS241-A y toma la información de velocidad reportada. Esto luego se convierte para mostrarse en la gran pantalla LED de 7 segmentos.

una. Quiero colocar todos los componentes eléctricos que no sean el sensor de radar y las pantallas LED en una sola placa PCB de electrónica cerrada montada en la parte trasera de la placa de visualización. Esto mantiene la tabla fuera de la vista y a salvo de los elementos. De esta manera, solo dos cables deben pasar desde la parte posterior de la placa hacia el frente. Un cable es el cable USB que alimenta el módulo OPS241-A y recibe los datos de velocidad medidos. El segundo cable es el que impulsa la pantalla de 7 segmentos.

B. La placa PCB debe dejar suficiente espacio para la Raspberry Pi, que ocupa la mayor parte del área. También necesito asegurarme de poder acceder fácilmente a varios de sus puertos una vez montados. Los puertos a los que necesito acceder son el puerto USB (datos de velocidad del módulo OPS241-A), el puerto Ethernet (interfaz de PC para desarrollar / depurar código Python), el puerto HDMI (mostrar la ventana de Raspberry Pi y depurar / desarrollar) y el puerto micro USB (5V de potencia para Raspberry Pi).

C. Para proporcionar acceso a estos puertos, se cortan orificios en el gabinete que coinciden con las ubicaciones de los puertos en la Raspberry Pi.

D. A continuación, necesito encontrar espacio para la placa de pruebas que contiene los componentes electrónicos discretos para impulsar los LED de la pantalla. Este es el segundo artículo más grande. Es necesario que haya suficiente espacio a su alrededor para que pueda puentear los cables desde la Raspberry Pi y enviar señales a un encabezado para activar los LED. Idealmente, si tuviera más tiempo, soldaría los componentes y los cables directamente a la placa PCB en lugar de usar una placa de pruebas, pero para mis propósitos es lo suficientemente bueno.

mi. Planeo tener el encabezado del controlador de pantalla al lado de la placa de pruebas en el borde de la PCB, para poder mantener la longitud de mis cables cortos, y también para poder cortar un agujero en la cubierta y enchufar un cable al conector.

F. Por último, dejo espacio en la PCB para un bloque de alimentación. El sistema requiere 5 V para los cambiadores de nivel y el controlador de pantalla, y 12 V para los LED. Conecto un conector de alimentación estándar de 5 V / 12 V al bloque de alimentación, luego enruto las señales de alimentación desde el bloque a la placa de pruebas y al cabezal LED. Corté un agujero en la tapa para poder conectar un cable de alimentación de 12V / 5V al conector de alimentación.

gramo. Así es como se ve el plano final de la PCB de la electrónica (sin la cubierta):

Paso 3: Montaje de la Raspberry Pi

Monté mi Raspberry Pi en una placa PCB perforada y chapada con 4 espaciadores, tornillos y tuercas. Me gusta usar una placa PCB chapada para poder soldar componentes y cables si es necesario.

Paso 4: cambiadores de nivel de señal LED

Los GPIO de Raspberry Pi pueden generar un máximo de 3,3 V cada uno. Sin embargo, la pantalla LED requiere señales de control de 5V. Por lo tanto, necesitaba diseñar un circuito simple y de bajo costo para cambiar de nivel las señales de control Pi de 3.3V a 5V. El circuito que utilicé consta de 3 transistores FET discretos, 3 resistencias discretas y 3 inversores integrados. Las señales de entrada provienen de los GPIO de Raspberry Pi, y las señales de salida se enrutan a un encabezado que se conecta a un cable de los LED. Las tres señales que se convierten son GPIO23 a SparkFun LDD CLK, GPIO4 a SparkFun LDD LAT y SPIO5 a SparkFun LDD SER.

Paso 5: Pantalla LED grande de siete segmentos

Para mostrar la velocidad utilicé dos LED grandes que encontré en SparkFun. Tienen 6.5 de alto, lo que debería ser legible desde una buena distancia. Para hacerlos más legibles, utilicé cinta azul para cubrir el fondo blanco, aunque el negro puede proporcionar más contraste.

Paso 6: placa de controlador LED

Cada LED requiere un registro de cambio en serie y un pestillo para mantener las señales de control de la Raspberry Pi y activar los segmentos de LED. SparkFun tiene una muy buena reseña para hacer esto aquí. La Raspberry Pi envía los datos en serie a las pantallas LED de siete segmentos y controla la sincronización del pestillo. Las placas de controlador están montadas en la parte posterior del LED y no son visibles desde el frente.

Paso 7: Montaje del módulo de radar OPS241-A

El sensor de radar OPS241-A está integrado en una montura impresa en 3D que me hizo un amigo. Alternativamente, podría haberlo atornillado directamente a la placa. El sensor de radar está montado en la parte frontal de la placa junto a los LED. El módulo del sensor está montado con las antenas (parches dorados en la parte superior de la placa) montadas horizontalmente, aunque la hoja de especificaciones dice que el patrón de la antena es bastante simétrico tanto en la dirección horizontal como en la vertical, por lo que girarlo 90 ° probablemente estaría bien. Cuando se monta en un poste telefónico, el sensor de radar mira hacia afuera calle abajo. Se probaron un par de alturas diferentes y se encontró que colocarlo alrededor de 6 pies (2 m) de altura era lo mejor. Un poco más alto y sugeriría posiblemente inclinar un poco la tabla hacia abajo.

Paso 8: Conexiones de alimentación y señal

Hay dos fuentes de energía para el letrero. Una es una fuente de alimentación HDD convertida que proporciona 12 V y 5 V. La pantalla de 7 segmentos requiere 12V para los LED y niveles de señal de 5V. La placa convertidora toma las señales de 3.3V de la Raspberry Pi y el nivel las cambia a 5V para la pantalla como se discutió anteriormente. La otra fuente de alimentación es un adaptador USB estándar de 5V para teléfono celular o tableta con micro conector USB para Raspberry Pi.

Paso 9: Montaje final

Para sostener el sensor de radar, los LED y la placa del controlador, todo se montó en una pieza de madera de 30 x 60 x 2,5 cm. Los LED se montaron en la parte frontal junto con el sensor de radar y la placa del controlador en su gabinete en la parte trasera. La madera se pintó de negro para ayudar a que los LED fueran más legibles. Las señales de encendido y control del LED se enrutaron a través de un orificio en la madera detrás de los LED. El sensor de radar se montó en la parte frontal junto a los LED. El cable USB de alimentación y control para el sensor de radar se envolvió en la parte superior del tablero de madera. Un par de orificios en la parte superior del tablero con bridas proporcionaron un medio para montar el tablero en un poste de teléfono junto a la Velocidad comprobada por Señal de radar”.

La placa del controlador se atornilló a la parte posterior de la placa junto con el adaptador de corriente.

Paso 10: Código Python

Se usó Python que se ejecutaba en Raspberry Pi para unir el sistema. El código se encuentra en GitHub. Las partes principales del código son los ajustes de configuración, la lectura de datos a través de un puerto serie USB desde el sensor de radar, la conversión de datos de velocidad en pantalla y el control de sincronización de la pantalla.

La configuración predeterminada en el sensor de radar OPS241-A está bien, pero descubrí que se necesitaban algunos ajustes para la configuración de inicio. Estos incluyeron cambiar de informes de m / s a mph, cambiar la frecuencia de muestreo a 20 kps y ajustar la configuración de silenciamiento. La frecuencia de muestreo dicta directamente la velocidad máxima que se puede informar (139 mph) y acelera la frecuencia de informe.

Un aprendizaje clave es el ajuste del valor de silenciamiento. Inicialmente encontré que el sensor de radar no detectaba los autos en un rango muy lejano, tal vez solo de 15 a 30 pies (5 a 10 m). Pensé que podría haber tenido el sensor de radar demasiado alto ya que estaba colocado a unos 7 pies por encima de la calle. Bajarlo más abajo a 4 pies no pareció ayudar. Luego vi la configuración de silenciamiento en el documento de la API y la cambié a la más sensible (QI o 10). Con esto, el rango de detección aumentó significativamente a 30-100 pies (10-30 m).

Tomar los datos a través de un puerto serie y traducirlos para enviarlos a los LED fue bastante sencillo. A los 20 kps, los datos de velocidad se informan alrededor de 4 a 6 veces por segundo. Eso es un poco rápido y no es bueno que la pantalla cambie tan rápido. Se agregó el código de control de pantalla para buscar la velocidad más rápida informada cada segundo y luego mostrar ese número. Esto demora un segundo en informar el número, pero está bien o se puede ajustar fácilmente.

Paso 11: Resultados y mejoras

Hice mis propias pruebas conduciendo un automóvil a velocidades establecidas y las lecturas coincidieron con mi velocidad relativamente bien. OmniPreSense dijo que hicieron que se probara el módulo y que puede pasar la misma prueba que una pistola de radar policial estándar con una precisión de 0.5 mph.

Resumiendo, este fue un gran proyecto y una buena manera de crear algo de seguridad para mi calle. Hay algunas mejoras que pueden hacer que esto sea aún más útil, lo que analizaré en una actualización posterior. El primero es encontrar LED más grandes y brillantes. La hoja de datos dice que estos son 200-300 mcd (milicandela). Definitivamente se necesita algo más alto que esto, ya que el sol se lava fácilmente al verlos a la luz del día. Alternativamente, agregar protección alrededor de los bordes de los LED puede evitar que entre la luz del sol.

Será necesario hacer la solución completa a prueba de intemperie si se va a publicar de forma permanente. Afortunadamente, esto es un radar y las señales pasarán fácilmente a través de un recinto de plástico, solo necesita encontrar uno del tamaño correcto que también sea a prueba de agua.

Finalmente agregar un módulo de cámara a la Raspberry Pi para tomar una foto de cualquiera que exceda el límite de velocidad en nuestra calle sería realmente genial. Podría llevar esto más lejos haciendo uso del WiFi a bordo y enviando una alerta y una imagen del automóvil a toda velocidad. Agregar una marca de tiempo, fecha y velocidad detectada a la imagen realmente terminaría las cosas. Tal vez haya incluso una aplicación sencilla de crear que pueda presentar la información de forma agradable.