Segnale di velocità radar a basso costo: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Hai mai desiderato costruire il tuo segnale radar di velocità a basso costo? Vivo in una strada dove le macchine vanno troppo veloci e mi preoccupo per la sicurezza dei miei figli. Ho pensato che sarebbe stato molto più sicuro se potessi installare un mio segnale radar di velocità che mostra la velocità in modo da poter far rallentare i conducenti. Ho cercato online per acquistare un segnale di velocità radar, ma ho scoperto che la maggior parte dei segni costa oltre $ 1.000, che è piuttosto costoso. Inoltre, non voglio affrontare il lungo processo di installazione di un cartello in città, dal momento che ho sentito che può costare fino a $ 5, 000-1, 000. Invece ho deciso di costruire da solo una soluzione a basso costo e risparmiare un po' di soldi divertendosi.

Ho scoperto OmniPreSense che offre un modulo sensore radar a corto raggio a basso costo ideale per la mia applicazione. Il fattore di forma del modulo PCB è molto piccolo, solo 2,1 x 2,3 x 0,5 pollici e pesa solo 11 g. L'elettronica è autonoma e completamente integrata, quindi non ci sono valvole di potenza, elettronica ingombrante o la necessità di molta potenza. Il raggio d'azione per un oggetto di grandi dimensioni come un'auto è compreso tra 50 piedi e 100 piedi (da 15 a 30 m). Il modulo prende tutte le misurazioni della velocità, gestisce tutta l'elaborazione del segnale e quindi emette semplicemente i dati di velocità grezzi sulla sua porta USB. Uso un Raspberry Pi a basso costo (o Arduino, o qualsiasi altra cosa che abbia una porta USB) per ricevere i dati. Con un po' di codice Python e alcuni grandi LED a basso costo montati su una scheda, posso visualizzare la velocità. Il mio tabellone può essere fissato su un palo a lato della strada. Aggiungendo un cartello che dice "Velocità controllata dal RADAR" sopra il display, ora ho il mio segnale di velocità radar che attira l'attenzione dei conducenti e li rallenta! Tutto questo per meno di $500!

Passaggio 1: materiali e strumenti

• 1 sensore radar a corto raggio OPS241-A
• 1 supporto OPS241-A (stampato in 3D)
• 1 Raspberry Pi Modello B v1.2
• 1 alimentatore microUSB da 5V
• 1 alimentatore molex a 4 pin modello AS-20 da 110 V a 12 V/5 V di Rhino e cavo di alimentazione
• 1 Morsettiera 3poli Verticale, interasse 5.0mm
• 1 cavo da Micro-USB a USB standard
• 4 Distanziali, viti, dadi
• 1 scatola di custodia e PCB placcato
• 4 viti di montaggio PCB placcate
• 3 resistenze 1/8W 330ohm
• Transistor 3 NTE 490 FET
• 1 NTE 74HCT04 Inverter esadecimale CMOS ad alta velocità TTL integrato
• 1 mini tagliere OSEPP con supporto adesivo
• 2 pin a filo diritto quadrato con intestazione da 0,156", 8 circuiti
• 20 cavi per ponticelli premium F/F da 6" 22AWG
• 1 pannello di montaggio in legno da 1 "x 12" per 24"
• 1 Vernice spray nera
• 2 Display a 7 segmenti Sparkfun - 6,5" (rosso)
• 2 Scheda driver Sparkfun a cifre grandi (SLDD)
• 1 cartello "Velocità controllata dal radar"

Passaggio 2: pianificazione del piano della scheda PCB dell'elettronica

Ho iniziato con l'hardware di controllo principale che è il Raspberry Pi. Il presupposto qui è che tu abbia già un Raspberry Pi con il sistema operativo e che abbia una certa esperienza di codifica Python. Il Raspberry Pi controlla il sensore radar OPS241-A e acquisisce le informazioni sulla velocità segnalate. Questo viene quindi convertito per essere visualizzato sul grande display a 7 segmenti a LED.

un. Voglio posizionare tutti i componenti elettrici diversi dal sensore radar e dai display a LED su un'unica scheda PCB elettronica chiusa montata sul retro del tabellone. Ciò mantiene la tavola fuori dalla vista e al sicuro dagli elementi. In questo modo, solo due cavi devono passare dal retro alla parte anteriore della scheda. Un cavo è il cavo USB che alimenta il modulo OPS241-A e riceve i dati della velocità misurata. Il secondo cavo guida il display a 7 segmenti.

B. La scheda PCB deve lasciare molto spazio per il Raspberry Pi, che occupa la maggior parte dell'area. Devo anche assicurarmi di poter accedere facilmente a molte delle sue porte una volta montate. Le porte a cui devo accedere sono la porta USB (dati di velocità del modulo OPS241-A), la porta Ethernet (interfaccia PC per lo sviluppo/debug di codice Python), la porta HDMI (visualizza la finestra Raspberry Pi e debug/sviluppo) e la porta micro USB (alimentazione 5V per Raspberry Pi).

C. Per fornire l'accesso a queste porte, nel contenitore vengono praticati dei fori che corrispondono alle posizioni delle porte sul Raspberry Pi.

D. Successivamente ho bisogno di trovare spazio per la breadboard che contiene i componenti elettronici discreti per pilotare i LED del display. Questo è il secondo oggetto più grande. Deve esserci abbastanza spazio intorno per poter collegare i cavi ad esso dal Raspberry Pi e inviare i segnali a un'intestazione per il pilotaggio dei LED. Idealmente, se avessi più tempo, salderei i componenti e i cavi direttamente alla scheda PCB invece di utilizzare una breadboard, ma per i miei scopi è abbastanza buona.

e. Ho intenzione di avere l'intestazione del driver del display accanto alla breadboard sul bordo del PCB, in modo da poter mantenere i cavi corti e anche in modo da poter praticare un foro nel coperchio e collegare un cavo al connettore.

F. Infine, concedo spazio sul PCB per un blocco di alimentazione. Il sistema richiede 5 V per i traslatori di livello e il driver del display e 12 V per i LED. Collego un connettore di alimentazione standard 5V/12V al blocco di alimentazione, quindi instradare i segnali di alimentazione dal blocco alla breadboard e all'intestazione del LED. Ho praticato un foro nel coperchio in modo da poter collegare un cavo di alimentazione 12V/5V al connettore di alimentazione.

G. Ecco come appare la planimetria finale del PCB dell'elettronica (senza coperchio):

Passaggio 3: montaggio del Raspberry Pi

Ho montato il mio Raspberry Pi su una scheda PCB perforata e placcata utilizzando 4 distanziali, viti e dadi. Mi piace usare una scheda PCB placcata in modo da poter saldare componenti e fili se necessario.

Passaggio 4: modificatori del livello del segnale LED

I GPIO Raspberry Pi possono fornire un massimo di 3,3 V ciascuno. Tuttavia, il display a LED richiede segnali di controllo a 5V. Pertanto, avevo bisogno di progettare un circuito semplice ed economico per spostare il livello dei segnali di controllo Pi da 3,3 V a 5 V. Il circuito che ho usato è costituito da 3 transistor FET discreti, 3 resistori discreti e 3 inverter integrati. I segnali di ingresso provengono dai GPIO Raspberry Pi e i segnali di uscita vengono instradati a un'intestazione che si collega a un cavo dai LED. I tre segnali che vengono convertiti sono GPIO23 in SparkFun LDD CLK, GPIO4 in SparkFun LDD LAT e SPIO5 in SparkFun LDD SER.

Passaggio 5: ampio display LED a sette segmenti

Per visualizzare la velocità ho utilizzato due grandi led che ho trovato su SparkFun. Sono alti 6,5 che dovrebbero essere leggibili da una buona distanza. Per renderli più leggibili, ho usato del nastro blu per coprire lo sfondo bianco, sebbene il nero possa fornire più contrasto.

Passaggio 6: scheda driver LED

Ogni LED richiede un registro a scorrimento seriale e un latch per trattenere i segnali di controllo dal Raspberry Pi e pilotare i segmenti LED. SparkFun ha un ottimo resoconto per farlo qui. Il Raspberry Pi invia i dati seriali ai display LED a sette segmenti e controlla i tempi di latch. Le schede driver sono montate sul retro del LED e non sono visibili frontalmente.

Passaggio 7: montaggio del modulo radar OPS241-A

Il sensore radar OPS241-A è avvitato in un supporto stampato in 3D che un amico ha realizzato per me. In alternativa avrei potuto avvitarlo direttamente nella scheda. Il sensore radar è montato sul lato anteriore della scheda accanto ai LED. Il modulo sensore è montato con le antenne (toppe dorate nella parte superiore della scheda) montate orizzontalmente sebbene il foglio delle specifiche affermi che il modello dell'antenna è piuttosto simmetrico in entrambe le direzioni orizzontale e verticale, quindi ruotarlo di 90 ° probabilmente andrebbe bene. Quando è montato su un palo del telefono, il sensore radar è rivolto verso l'esterno lungo la strada. Sono state provate un paio di altezze diverse e si è scoperto che posizionandolo a circa 2 m di altezza era il migliore. Più in alto e suggerirei di inclinare leggermente la tavola verso il basso.

Passaggio 8: connessioni di alimentazione e segnale

Ci sono due fonti di alimentazione per il segno. Uno è un alimentatore HDD convertito che fornisce sia 12V che 5V. Il display a 7 segmenti richiede 12V per i LED e livelli di segnale 5V. La scheda del convertitore prende i segnali a 3,3 V dal Raspberry Pi e il livello li sposta a 5 V per il display come discusso sopra. L'altro alimentatore è un adattatore USB standard da 5 V per telefono cellulare o tablet con connettore micro USB per Raspberry Pi.

Passaggio 9: montaggio finale

Per contenere il sensore radar, i LED e la scheda controller, tutto è stato montato su un pezzo di legno da 12" x 24" x 1". I LED sono stati montati sul lato anteriore insieme al sensore radar e alla scheda controller nel suo involucro su sul retro. Il legno è stato verniciato di nero per rendere i LED più leggibili. I segnali di alimentazione e controllo per il LED sono stati instradati attraverso un foro nel legno dietro i LED. Il sensore radar è stato montato sul lato anteriore accanto ai LED. Il Il cavo di alimentazione e controllo USB per il sensore radar è stato avvolto sulla parte superiore della scheda di legno. Un paio di fori nella parte superiore della scheda con fascette hanno fornito un mezzo per montare la scheda su un palo del telefono accanto a "Speed Checked by segnale radar”.

La scheda controller è stata imbullonata al lato posteriore della scheda insieme all'adattatore di alimentazione.

Passaggio 10: codice Python

Python in esecuzione sul Raspberry Pi è stato utilizzato per mettere insieme il sistema. Il codice si trova su GitHub. Le parti principali del codice sono le impostazioni di configurazione, i dati letti tramite una porta seriale USB dal sensore radar, la conversione dei dati di velocità da visualizzare e il controllo della temporizzazione del display.

La configurazione predefinita sul sensore radar OPS241-A va bene, ma ho riscontrato che erano necessarie alcune regolazioni per la configurazione di avvio. Questi includevano il passaggio dal rapporto m/s a mph, la modifica della frequenza di campionamento a 20ksps e la regolazione dell'impostazione dello squelch. La frequenza di campionamento determina direttamente la velocità massima che può essere segnalata (139mph) e accelera la velocità di trasmissione.

Un apprendimento chiave è l'impostazione del valore di squelch. Inizialmente ho scoperto che il sensore radar non rilevava le auto a una distanza molto lontana, forse solo 15-30 piedi (5-10 m). Ho pensato di aver impostato il sensore radar troppo in alto poiché era posizionato a circa 7 piedi sopra la strada. Portarlo più in basso a 4 piedi non sembrava aiutare. Poi ho visto l'impostazione dello squelch nel documento API e l'ho modificata in quella più sensibile (QI o 10). Con questo il raggio di rilevamento è aumentato significativamente a 30-100 piedi (10-30 m).

L'acquisizione dei dati tramite una porta seriale e la traduzione per l'invio ai LED è stato abbastanza semplice. A 20ksps, i dati sulla velocità vengono riportati circa 4-6 volte al secondo. È un po' veloce e non va bene che il display cambi così velocemente. Il codice di controllo del display è stato aggiunto per cercare la velocità massima riportata ogni secondo e quindi visualizzare quel numero. Ciò comporta un ritardo di un secondo nella segnalazione del numero, ma va bene o può essere facilmente modificato.

Passaggio 11: risultati e miglioramenti

Ho fatto i miei test guidando un'auto oltre a velocità impostate e le letture corrispondevano alla mia velocità relativamente bene. OmniPreSense ha affermato di aver testato il modulo e che può superare gli stessi test di una pistola radar standard della polizia con una precisione di 0,5 mph.

Riassumendo, questo è stato un grande progetto e un bel modo per costruire in sicurezza la mia strada. Ci sono alcuni miglioramenti che possono renderlo ancora più utile, cosa che vedrò di fare in un aggiornamento successivo. Il primo è trovare LED più grandi e luminosi. La scheda tecnica dice che questi sono 200-300 mcd (millicandela). Sicuramente è necessario qualcosa di più alto di questo dato che il sole si lava facilmente guardandoli alla luce del giorno. In alternativa, l'aggiunta di schermature attorno ai bordi dei LED può tenere fuori la luce del sole.

Sarà necessario rendere l'intera soluzione resistente alle intemperie se verrà pubblicata in modo permanente. Fortunatamente questo è un radar e i segnali passeranno facilmente attraverso un involucro di plastica, basta trovarne uno della giusta dimensione che sia anche impermeabile.

Infine, aggiungere un modulo fotocamera al Raspberry Pi per scattare una foto a chiunque superi il limite di velocità sulla nostra strada sarebbe davvero fantastico. Potrei andare oltre utilizzando il WiFi di bordo e inviando un avviso e una foto dell'auto in corsa. L'aggiunta di un timestamp, una data e una velocità rilevata all'immagine finirebbero davvero le cose. Forse c'è anche una semplice app da costruire che può presentare bene le informazioni.