Assistência de estacionamento reverso na garagem usando sensor de segurança existente e circuito analógico: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Suspeito que muitas invenções na história da humanidade foram feitas por causa de esposas queixosas. Máquina de lavar e geladeira certamente parecem candidatos viáveis. Minha minúscula "invenção" descrita neste Instructable é um assistente eletrônico de estacionamento que também é resultado de (sim, você adivinhou) reclamações de esposas.:)

Eu gosto de estacionar meu carro em nossa garagem em marcha à ré para saída rápida pela manhã. Se eu estacionar muito longe, minha esposa ficará descontente com a passagem estreita para a porta de casa. Se eu estacionar não o suficiente, o pára-choque dianteiro atrapalha a porta da garagem controlada remotamente. O local ideal é ter um para-choque dianteiro a 1-2 polegadas da porta fechada, o que é bastante difícil de conseguir todas as vezes.

Naturalmente, a solução mais simples é a clássica bola de tênis em uma corda pendurada no teto. Claro, funcionaria, mas onde está a diversão? Para um aquarista eletrônico como eu, o primeiro pensamento é construir um circuito! Existem pelo menos uma dúzia de Instructables que descrevem o telêmetro de garagem baseado em um sensor de ultrassom, Arduino, e algum tipo de sinal de luz usando LEDs. Por isso, para o tornar mais interessante optei por uma solução alternativa que tira partido de um sensor de segurança reversível existente que é parte integrante de um portão automático de garagem fabricado pela LiftMaster. O vídeo a seguir explica como funciona, economizando muito tempo para escrever.

O receptor do sensor sinaliza "tudo limpo" no momento em que o pára-choque dianteiro pára de cruzar o feixe infravermelho. Perfeito! Tudo que preciso fazer é interceptar esse sinal, certo? Bem, é mais fácil falar do que fazer …

(Isenção de responsabilidade: ao prosseguir para a próxima etapa, você reconhece que é bem versado em eletrônica e está bem ciente de que este projeto conserta um equipamento de segurança existente. Funciona bem se feito corretamente, mas se você estragar algo, corre o risco de errar equipamento de segurança ineficaz. Proceda por sua própria conta e risco, não serei responsabilizado por quaisquer efeitos nocivos, como animais de estimação mortos / feridos, crianças, etc., resultantes da implementação deste Instrutivo.)

Etapa 1: Problema 1: Como interceptar e utilizar o sinal do sensor de segurança do LiftMaster?

Quando o caminho do feixe infravermelho (IR) entre o emissor e o receptor é claro, o receptor envia através de um par de fios um sinal de onda quadrada de 156 Hz, conforme mostrado na primeira imagem. Em um único período, 6,5 ms de ~ 6 V de alta são seguidos por não mais do que 0,5 ms de ~ 0 V de baixa (segunda e terceira imagem). Quando o feixe IR encontra um obstáculo, o receptor não envia nenhum sinal e a linha permanece alta na tensão de alimentação (quarta imagem). Curiosamente, a fonte de alimentação para o emissor e o receptor, bem como o sinal do receptor, se originam de um único par de terminais na parte traseira do abridor LiftMaster (quinta imagem).

Assim, a essência deste problema é como detectar o sinal de onda quadrada na 1ª imagem do sinal DC na imagem 4. Não há necessidade de reinventar a roda, uma vez que este problema foi resolvido por outros com um circuito detector de pulso ausente. Existem muitas implementações; Eu escolhi um desta página Circuits Today e modifiquei ligeiramente como mostrado na quinta imagem. A página original descreve seus princípios de operação em detalhes. Resumindo, o temporizador NE555 operando no modo monoestável manterá seu pino OUTPUT alto enquanto o período da onda quadrada de entrada (conectado ao TRIGGER) for menor do que o intervalo de tempo nos pinos THRESHOLD + DISCHARGE. Este último depende dos valores de R1 e C2. Uma tensão DC no TRIGGER permitirá que C2 carregue acima do valor limite e o pino OUTPUT ficará baixo. Problema resolvido!

Etapa 2: Problema 2: como indicar visualmente o estado do pino de SAÍDA do temporizador?

Isso é óbvio: use um LED. Mantenha-o desligado quando o feixe IR estiver intacto e OUTPUT esteja alto (o que acontece 99,999% das vezes) e ligue-o quando o feixe for interrompido e OUTPUT ficar baixo. Em outras palavras, inverta o sinal de SAÍDA para alimentar o LED. A chave mais simples desse tipo, IMHO, usa um transistor MOSFET de canal P, como mostrado na imagem acima. OUTPUT do temporizador está conectado ao seu portão. Enquanto estiver alto, o transistor está no modo de alta impedância e o LED está desligado. E vice-versa, a baixa tensão na porta permitirá que a corrente flua. O resistor pull-up R4 garante que a porta nunca fique pendurada e mantida em seu estado preferido. Problema resolvido!

Etapa 3: Problema 3: como alimentar o circuito descrito até agora?

O detector de pulso ausente mostrado na Etapa 1 precisa de uma tensão de alimentação CC constante. Eu poderia usar baterias ou comprar um adaptador AC / DC adequado. Meh, muitos problemas. Que tal usar o próprio suprimento do sensor de segurança fornecido pelo LiftMaster? Bem, o problema é que ele carrega o sinal do receptor IR, que não é nem "estável", nem "DC". Mas pode ser devidamente filtrado e suavizado com um circuito muito simples mostrado acima. Um grande capacitor eletrolítico de 1 mF é um filtro bom o suficiente e o diodo conectado garante que ele não descarregue de volta quando o sinal estiver baixo. Problema resolvido!

O truque é não extrair muita corrente do LiftMaster, ou então a operação do sensor de segurança pode ser comprometida. Por esta razão eu não usei o cronômetro padrão NE555, mas seu clone CMOS TS555 com consumo de energia muito baixo.

Etapa 4: Problema 4: como reunir todos os componentes?

Facilmente; veja o circuito completo acima. Aqui está a lista de peças que usei:

• U1 = Temporizador de CMOS único de baixa potência TS555 feito pela STMicroelectronics.
• M1 = transistor MOSFET de canal P IRF9Z34N.
• Q1 = transistor PNP BJT BC157.
• D1 = Diodo 1N4148.
• D2 = LED amarelo, tipo desconhecido.
• C1 = capacitor de cerâmica de 10 nF.
• C2 = capacitor eletrolítico de 10 uF.
• C3 = capacitor eletrolítico de 1 mF.
• R1 e R2 = resistores de 1 k-ohm.
• R3 = resistor de 100 ohms.
• R4 = resistor de 10 k-ohm.

Com uma alimentação de 5,2 V, o circuito acima consome apenas ~ 3 mA quando o LED está desligado e ~ 25 mA quando está ligado. O consumo de corrente pode ser reduzido ainda mais para ~ 1 mA alterando R1 para 100 k-ohm e C2 para 100 nF. Aumento adicional na resistência e redução na capacitância restrita ao manter o produto RC constante (= 0,01) não reduz a corrente.

Coloquei o LED e o resistor R3 em uma pequena lata de Altoids e preguei na parede. A partir dele, passei um longo cabo até o abridor LiftMaster no teto. O circuito do driver foi soldado em uma placa de uso geral e colocado em uma caixinha bonitinha que comprei na Adafruit. A caixa está ligada à estrutura do LiftMaster e o par de fios de alimentação está ligado aos terminais do sensor de segurança.

Enquanto coloco meu carro na garagem, paro assim que o LED apaga. O resultado é um alinhamento perfeito, conforme mostrado na última imagem. Problema resolvido!

Etapa 5: Adendo: Assistente de estacionamento mais leve, embora não seja mais brilhante:)

10 dias depois que este Instructable foi publicado pela primeira vez, construí a luz guiadora de estacionamento para a minha segunda porta de garagem. Vale a pena mencionar aqui, já que fiz pequenas melhorias no design do circuito. Veja a primeira imagem. Primeiro, optei pela opção de corrente mais baixa para o par RC descrito na etapa anterior, onde a baixa capacitância de 100 nF corresponde à resistência mais alta de 100 k-ohm. Em seguida, eliminei o transistor PMOS e o resistor pull-up de 10 k-ohm e conectei o aterramento do LED diretamente ao pino OUTPUT do TS555. É possível porque um objeto no caminho do feixe de infravermelho traz a tensão de SAÍDA baixa, efetivamente ligando o LED. Porém, há um preço a pagar por essa simplificação. Com o PMOS presente, não precisei me preocupar com a corrente do LED: IRF9Z34N pode aguentar 19 A, então o LED pode brilhar tanto quanto eu quiser. O pino OUTPUT do TS555 pode afundar apenas 10 mA, portanto, tive que emparelhar o LED com um resistor maior de 220 ohm, o que reduziu seu brilho. Ainda está bem visível, como mostra a quarta imagem, então funciona para mim. A lista de peças para este projeto é a seguinte:

• U3 = Temporizador de CMOS único de baixa potência TS555 feito pela STMicroelectronics.
• Q3 = transistor PNP BJT BC157.
• D5 = Diodo 1N4148.
• D6 = LED amarelo, tipo desconhecido.
• C7 = capacitor de cerâmica de 10 nF.
• C8 = capacitor de cerâmica de 100 nF.
• C9 = capacitor eletrolítico de 1 mF.
• R9 = resistor de 100 k-ohm.
• R10 = resistor de 1 k-ohm.
• R11 = resistor de 220 ohms.

O circuito consome 1 mA e 12 mA no estado DESLIGADO e LIGADO, respectivamente.