Sinal de velocidade de radar de baixo custo: 11 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Você já quis construir seu próprio sinal de velocidade de radar de baixo custo? Moro em uma rua onde os carros passam muito rápido e me preocupo com a segurança dos meus filhos. Achei que seria muito mais seguro se eu pudesse instalar um sinal de velocidade de radar próprio que mostre a velocidade para que eu possa fazer os motoristas desacelerarem. Eu pesquisei online para comprar um sinal de velocidade de radar, mas descobri que a maioria dos sinais custa mais de US $ 1 000, o que é muito caro. Eu também não quero passar pelo longo processo da cidade instalar uma placa, pois ouvi dizer que pode custar mais de US $ 5.000 a US $ 10.000. Em vez disso, decidi construir eu mesmo uma solução de baixo custo e economizar algum dinheiro enquanto se diverte.

Descobri o OmniPreSense, que oferece um módulo de sensor de radar de curto alcance de baixo custo ideal para minha aplicação. O fator de forma do módulo PCB é muito pequeno, com apenas 2,1 x 2,3 x 0,5 polegadas, e pesa apenas 11g. Os componentes eletrônicos são independentes e totalmente integrados, portanto, não há válvulas de alimentação, componentes eletrônicos volumosos ou a necessidade de muita energia. O alcance para um objeto grande, como um carro, é de 50 pés a 100 pés (15m a 30m). O módulo faz todas as medições de velocidade, lida com todo o processamento de sinal e, em seguida, simplesmente envia os dados brutos de velocidade por meio de sua porta USB. Eu uso um Raspberry Pi de baixo custo (ou Arduino, ou qualquer outro que tenha uma porta USB) para receber os dados. Com um pouco de codificação python e alguns LEDs grandes de baixo custo montados em uma placa, posso exibir a velocidade. Minha placa de vídeo pode ser fixada em um poste ao lado da estrada. Ao adicionar um sinal que diz "Velocidade verificada pelo RADAR" acima do visor, agora tenho meu próprio sinal de velocidade de radar que chama a atenção dos motoristas e os retarda! Tudo isso por menos de $ 500!

Etapa 1: Materiais e Ferramentas

• 1 sensor de radar de curto alcance OPS241-A
• 1 suporte OPS241-A (impresso em 3D)
• 1 Raspberry Pi Modelo B v1.2
• 1 fonte de alimentação microUSB 5V
• 1 Rhino Model AS-20 110V a 12V / 5V 4 pinos molex fonte de alimentação e cabo de alimentação
• 1 bloco terminal 3 pólos verticais, centros de 5,0 mm
• 1 Micro-USB para cabo USB padrão
• 4 espaçadores, parafusos, porcas
• 1 caixa de proteção e PCB revestido
• 4 parafusos de montagem de placa de circuito impresso
• 3 resistores 1 / 8W 330ohm
• 3 transistor NTE 490 FET
• 1 NTE 74HCT04 Inversor hexagonal TTL CMOS de alta velocidade integrado
• 1 mini placa de pão OSEPP com adesivo adesivo
• 2 pino de fio reto quadrado com cabeçalho de 0,156 ", 8 circuitos
• 20 fios de jumper premium F / F de 6”22AWG
• 1 placa de montagem de madeira de 1 "x 12" por 24"
• 1 tinta spray preta
• Visor de 7 segmentos 2 Sparkfun - 6,5”(vermelho)
• Placa de driver de 2 dígitos grandes Sparkfun (SLDD)
• 1 Sinal de “Velocidade Verificada pelo Radar”

Etapa 2: Planejamento do piso da placa eletrônica PCB

Comecei com o hardware de controle principal, que é o Raspberry Pi. A suposição aqui é que você já tem um Raspberry Pi com o sistema operacional e tem alguma experiência de codificação Python. O Raspberry Pi controla o sensor de radar OPS241-A e obtém as informações de velocidade relatadas. Isso é então convertido para ser exibido no grande display LED de 7 segmentos.

uma. Desejo colocar todos os componentes elétricos, exceto o sensor de radar e os visores de LED, em uma única placa eletrônica PCB embutida montada na parte traseira da placa do visor. Isso mantém a placa fora da vista e protegida das intempéries. Dessa forma, apenas dois cabos precisam passar da parte de trás para a frente da placa. Um cabo é o cabo USB que alimenta o módulo OPS241-A e recebe os dados de velocidade medidos. O segundo cabo dirige o display de 7 segmentos.

b. A placa PCB deve permitir bastante espaço para o Raspberry Pi, que ocupa a maior parte da área. Também preciso ter certeza de que poderei acessar facilmente várias de suas portas depois de montadas. As portas que preciso acessar são a porta USB (dados de velocidade do módulo OPS241-A), porta Ethernet (interface de PC para desenvolver / depurar código Python), porta HDMI (exibir janela Raspberry Pi e depurar / desenvolver) e a porta micro USB (Alimentação de 5 V para Raspberry Pi).

c. Para fornecer acesso a essas portas, são feitos orifícios no gabinete que correspondem às localizações das portas no Raspberry Pi.

d. Em seguida, preciso encontrar espaço para a placa de pão que contém os componentes eletrônicos discretos para acionar os LEDs da tela. Este é o segundo maior item. Deve haver espaço suficiente ao redor dele para que eu possa conectar os fios do Raspberry Pi a ele e enviar sinais para um conector para acionar os LEDs. Idealmente, se eu tivesse mais tempo, eu soldaria os componentes e fios diretamente na placa PCB em vez de usar uma placa de ensaio, mas para meus objetivos é bom o suficiente.

e. Pretendo colocar o cabeçalho do driver de vídeo próximo à placa de ensaio na borda do PCB, para que eu possa manter o comprimento dos fios curtos e também para poder cortar um orifício na tampa e conectar um cabo ao conector.

f. Por último, deixo espaço no PCB para um bloco de energia. O sistema requer 5 V para os deslocadores de nível e driver de vídeo e 12 V para os LEDs. Eu ligo um conector de energia 5V / 12V padrão ao bloco de energia e, em seguida, direciono os sinais de energia do bloco para a placa de ensaio e o conector de LED. Eu cortei um orifício na tampa para poder conectar um cabo de alimentação 12V / 5V ao conector de alimentação.

g. Esta é a aparência da planta baixa final da placa de circuito impresso (sem a tampa):

Etapa 3: montando o Raspberry Pi

Montei meu Raspberry Pi em uma placa de PCB perfurada e chapeada usando 4 espaçadores, parafusos e porcas. Eu gosto de usar uma placa PCB chapeada para poder soldar componentes e fios se necessário.

Etapa 4: deslocadores de nível de sinal de LED

Os GPIOs Raspberry Pi podem fornecer no máximo 3,3 V cada. No entanto, o display LED requer sinais de controle de 5V. Portanto, eu precisava projetar um circuito simples e de baixo custo para mudar de nível os sinais de controle Pi de 3,3 V para 5 V. O circuito que usei consiste em 3 transistores FET discretos, 3 resistores discretos e 3 inversores integrados. Os sinais de entrada vêm dos GPIOs Raspberry Pi e os sinais de saída são roteados para um cabeçalho que se conecta a um cabo dos LEDs. Os três sinais que são convertidos são GPIO23 para SparkFun LDD CLK, GPIO4 para SparkFun LDD LAT e SPIO5 para SparkFun LDD SER.

Etapa 5: grande display LED de sete segmentos

Para exibir a velocidade, usei dois grandes LEDs que encontrei no SparkFun. Eles têm 6,5 de altura, o que deve ser legível a uma boa distância. Para torná-los mais legíveis, usei fita azul para cobrir o fundo branco, embora o preto possa fornecer mais contraste.

Etapa 6: placa de driver de LED

Cada LED requer um registro de deslocamento serial e uma trava para manter os sinais de controle do Raspberry Pi e conduzir os segmentos de LED. SparkFun tem um ótimo artigo para fazer isso aqui. O Raspberry Pi envia os dados seriais para as telas de LED de sete segmentos e controla o tempo de trava. As placas do driver são montadas na parte traseira do LED e não são visíveis na parte frontal.

Etapa 7: montagem do módulo de radar OPS241-A

O sensor de radar OPS241-A está encaixado em uma montagem impressa em 3D que um amigo fez para mim. Alternativamente, eu poderia ter parafusado diretamente na placa. O sensor de radar é montado na parte frontal da placa ao lado dos LEDs. O módulo do sensor é montado com as antenas (manchas douradas no topo da placa) montadas horizontalmente, embora a folha de especificações diga que o padrão da antena é bastante simétrico nas direções horizontal e vertical, então girá-la 90 ° provavelmente seria adequado. Quando montado em um poste telefônico, o sensor de radar fica voltado para fora da rua. Algumas alturas diferentes foram testadas e descobriu-se que colocá-lo em torno de 6 '(2 m) de altura era o melhor. Qualquer coisa mais alta e eu sugiro possivelmente inclinar a placa um pouco para baixo.

Etapa 8: Conexões de energia e sinal

Existem duas fontes de energia para o sinal. Um é uma fonte de alimentação HDD convertida que fornece 12V e 5V. O display de 7 segmentos requer 12 V para os LEDs e níveis de sinal de 5 V. A placa conversora recebe os sinais de 3,3 V do Raspberry Pi e os muda de nível para 5 V para a tela, conforme discutido acima. A outra fonte de alimentação é um adaptador USB 5V de telefone celular ou tablet padrão com micro conector USB para o Raspberry Pi.

Etapa 9: Montagem final

Para segurar o sensor de radar, LEDs e placa controladora, tudo foi montado em um pedaço de madeira de 12 "x 24" x 1 ". Os LEDs foram montados na parte frontal junto com o sensor de radar e a placa controladora em seu gabinete A parte traseira. A madeira foi pintada de preto para ajudar a tornar os LEDs mais legíveis. Os sinais de alimentação e controle para os LEDs foram direcionados por um orifício na madeira atrás dos LEDs. O sensor de radar foi montado na parte frontal ao lado dos LEDs. O cabo de alimentação e controle USB para o sensor de radar foi enrolado na parte superior da placa de madeira. Alguns orifícios na parte superior da placa com amarras forneceram um meio de montar a placa em um poste de telefone próximo à "Velocidade verificada por Sinal de radar”.

A placa controladora foi aparafusada na parte traseira da placa junto com o adaptador de alimentação.

Etapa 10: Código Python

Python rodando no Raspberry Pi foi usado para reunir o sistema. O código está localizado no GitHub. As partes principais do código são definições de configuração, dados lidos em uma porta serial USB do sensor de radar, conversão de dados de velocidade para exibição e controle de tempo de exibição.

A configuração padrão do sensor de radar OPS241-A é adequada, mas descobri que alguns ajustes eram necessários para a configuração de inicialização. Isso incluiu mudar de relatório de m / s para mph, mudar a taxa de amostragem para 20 kps e ajustar a configuração do silenciador. A taxa de amostragem determina diretamente a velocidade máxima que pode ser relatada (139 mph) e acelera a taxa de relatório.

Um aprendizado chave é a configuração do valor do silenciador. Inicialmente, descobri que o sensor de radar não detectou os carros a uma distância muito longa, talvez apenas 15-30 pés (5-10m). Achei que o sensor do radar estava muito alto, pois estava posicionado a cerca de 2 metros acima da rua. Abaixá-lo para menos de um metro não pareceu ajudar. Então eu vi a configuração do silenciador no documento da API e mudei para o mais sensível (QI ou 10). Com isso, o alcance de detecção aumentou significativamente para 30-100 pés (10-30m).

Receber os dados por uma porta serial e traduzi-los para enviá-los aos LEDs foi bastante simples. A 20 kps, os dados de velocidade são relatados cerca de 4 a 6 vezes por segundo. Isso é um pouco rápido e não é bom ter a tela mudando tão rápido. O código de controle de exibição foi adicionado para procurar a velocidade mais rápida relatada a cada segundo e, em seguida, exibir esse número. Isso atrasa um segundo no relatório do número, mas tudo bem ou pode ser facilmente ajustado.

Etapa 11: Resultados e melhorias

Fiz meu próprio teste ao dirigir um carro em velocidades definidas e as leituras corresponderam à minha velocidade relativamente bem. OmniPreSense disse que testou o módulo e pode passar no mesmo teste que uma arma de radar padrão da polícia passa com precisão de 0,5 mph.

Resumindo, este foi um grande projeto e uma ótima maneira de construir um pouco de segurança para minha rua. Existem algumas melhorias que podem tornar isso ainda mais útil, que examinarei em uma atualização subsequente. A primeira é encontrar LEDs maiores e mais brilhantes. A folha de dados diz que são 200-300 mcd (millicandela). Definitivamente, algo mais alto do que isso é necessário, pois o sol facilmente se desvanece quando os visualizamos à luz do dia. Como alternativa, adicionar proteção em torno das bordas dos LEDs pode manter a luz solar do lado de fora.

Tornar a solução completa à prova de intempéries será necessário se ela for postada permanentemente. Felizmente, este é um radar e os sinais passarão facilmente por um invólucro de plástico, basta encontrar um do tamanho certo que também seja à prova d'água.

Finalmente, adicionar um módulo de câmera ao Raspberry Pi para tirar uma foto de qualquer pessoa que exceda o limite de velocidade em nossa rua seria realmente ótimo. Eu poderia ir mais longe usando o WiFi a bordo e enviando um alerta e uma imagem do carro em alta velocidade. Adicionar um carimbo de hora, data e velocidade detectada à imagem realmente encerraria as coisas. Talvez haja até um aplicativo simples para construir que pode apresentar as informações de maneira adequada.