Мой опыт построения собственного макета научил меня одной вещи: к наиболее трудоемким, обескураживающим, проблематичным и сложные проектам относятся те проекты, которые воспринимаются как должное и часто отходят на второй план или не замечаются на фоне всех остальных аспектов макета. Мои дорожные светофоры не стали исключением. Я не хочу сказать, что эта часть работы незаметна. Напротив, светофоры придали значительную долю реалистичности всему макету. Но я отчасти принял как должное сложность электрической части, отвечающей за их синхронизированную работу, особенно учитывая тот факт, что вся система, начиная от светофоров и заканчивая контроллером, была построена мной исключительно вручную. Цена готовых контроллеров, которые предлагаются на рынке, находится в диапазоне от 40 до 100 долларов (и выше). Но кто откажется от удовольствия сделать всю работу своими руками?
В прошлом году, находясь в поисках решения для синхронизации работы моделей светофоров, я натолкнулся на электрическую схему задания последовательности с 20 выводами, разработанную Робом Пейсли (ссылка). Роб разработал электрическую схему, которая последовательно создает 20 отдельных выходных сигналов от 1 до 20 в режиме непрерывного цикла. Эта схема позволяет синхронизировать работу системы светофоров на всем перекрестке в обоих направлениях путем генерирования 20 выходных управляющих сигналов, после чего цикл повторяется. Я не буду вдаваться в подробности этой электрической схемы, поскольку Роб Пейсли уже привел ее детальное описание на своем вебсайте. На этом вебсайте также находятся полные принципиальные электрические схемы и перечни деталей, а также подробные объяснения принципа работы этих схем. На своем вебсайте Роб также предлагает серийно выпускаемые монтажные платы и комплекты для создания этой и других электрических схем, разработанных им. Однако я принял решение сделать ее самостоятельно.
 |
Сделав заказ на детали в компании Mouser Electronics, я приступил к разработке собственной электрической схемы, показанной на рисунке выше.
Я разработал собственную электрическую схему по трем причинам. Во-первых, мне необходим был план всей электрической схемы, начиная от контроллера и заканчивая светофорами на макете. Во-вторых, мне необходимо было спланировать фактическую компоновку монтажной платы. Я начертил принципиальную электрическую схему таким образом, что я знал точное расположение каждого соединения и направление всех проводников, и предусмотрел правильное расстояние между всеми элементами схемы, чтобы они поместились на монтажной плате. В-третьих, такой подход позволил мне лучше понять принцип работы самой электрической схемы. Я не являюсь специалистом в электронике, поэтому пришлось потратить много времени на изучение каждого компонента и интегральных схем.
 |  |
Как только мне были доставлены все заказанные в компании Mouser Electronics компоненты, я приобрел монтажную плату на 2200 отверстий в компании The Source и сразу приступил к установке компонентов. При работе я сверялся со своей принципиальной электрической схемой, отмечая маркером каждый установленный компонент и секцию, чтобы ничего не перепутать или, что еще хуже, сделать неправильное соединение. Я по несколько раз сверял работу со своей принципиальной электрической схемой, благодаря чему мне удалось избежать серьезных ошибок.
 |
Все соединения на обратной стороне монтажной платы я выполнил с помощью паяльника, используя для этого оголенные стальные проводники. Особое внимание необходимо уделить разделению между собой проводников, которые проходят один над другим. Для этого потребовалось пропускать проводник через монтажную плату и прокладывать его над соединениями, находящимися на стороне пайки монтажной платы, а затем обратно пропускать сквозь плату в нужном месте. Также необходимо соблюдать осторожность при пайке соединений, расположенных радом друг с другом, чтобы случайно не спаять вместе два отдельных соединения. В нескольких точках на монтажной плате паяные соединения замыкались между собой, поскольку находились очень близко друг к другу. Для устранения этого недостатка я с помощью лезвия бритвы аккуратно увеличил расстояние между соединениями, чтобы они не прикасались друг к другу.
 |
При изучении моей принципиальной электрической схемы Вы, возможно, заметите, что для управления светодиодами светофоров в моей схеме используются PNP транзисторы, и в своих светофорах я использовал схему подключения с катодными выводами, соединенными с общим отрицательным проводом, и отдельными положительными проводами для подачи управляющего напряжения. В результате управление моими светофорами могло выполняться только путем подачи ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО напряжения на каждый светодиод.
 |
Вместо прямого управления светодиодами, подключенными непосредственно к 20 выводам контроллера, я использовал эти 20 выводов для управления PNP транзисторами, которые работают в качестве выключателей для подачи высоковольтного положительного напряжения (12 В) на каждую лампу.
Управление транзисторами выполняется через выводы базы, подключенные к 20 выводам контроллера. После этого я просто заменил в схеме высоковольтные лампы на резисторы и светодиодные индикаторы светофоров.
 |  |
Кода сборка электрической схемы была завершена, мне необходимо было подключить выводы контроллера к двум 10-контактным клеммным колодкам, к которым затем должны подключаться светофоры. Для этого я сначала отрезал кусок высокоплотной древесноволокнистой плиты, на которой вдоль нижнего края я закрепил две клеммные колодки. Для крепления клеммных колодок я использовал болты длиной 1,9 см с плоскими головками, вставленные с обратной стороны плиты. На основании из древесноволокнистой плиты я также установил 4 дополнительных винта для крепления монтажной платы таким образом, чтобы нижняя сторона платы не прикасалась к поверхности плиты.
 |  |
Последним этапом было подключение каждого положительного вывода на монтажной плате к контактам клеммной колодки. Для этого я использовал высококачественный телефонный кабель, который удобен в работе тем, что у него есть красный, зеленый, желтый и черный провода. Такая цветовая кодировка облегчила подключение светодиодов к клеммам. На моем макете установлено всего 6 светофоров, в сумме это дает 18 отдельных светодиодов по 6 штук каждого цвета. С учетом общего отрицательного провода схема имеет 19 выводов. Первые 9 выводов отвечают за управление тремя светофорами в северо-южном направлении движения транспорта, следующие 9 выводов - за другие три светофора в восточно-западном направлении движения транспорта.
 |
После того, как все элементы были закреплены на основании из древесноволокнистой плиты, я установил готовый модуль контроллера под стол, на котором располагается макет. Для питания контроллера требуется напряжение 12 В постоянного тока, которое я подключил к ранее установленной клеммной колодке питания. К этому моменту светофоры уже были установлены на перекрестках дорог, а провода заведены под макет через монтажные отверстия диаметром 0,32 см. Здесь для подключения светофоров к клеммной колодке контроллера я также применил телефонный кабель. После подключения каждого светофора к соответствующему контакту клеммной колодки осталось только проверить работу контроллера. Все проще простого и в результате я получил работающие светофоры на своем макете!
 |  |
На самом деле сам проект был достаточно сложен. Я потратил бесчисленное количество часов и дней, теряя терпение, тестируя и пытаясь найти короткие замыкания, которые то и дело появлялись в блоке контроллера и в электропроводке самих светофоров. Учитывая большое количество мелких соединений, расположенных близко друг к другу, практически невозможно с первого раза сделать все на 100% правильно. Бывали вечера, когда я в отчаянии забрасывал весь проект, но как говорится "утро вечера мудренее" и на следующий день мне на свежую голову удавалось устранить неполадки. Зато все мои усилия вознаградились сторицей, и в конце мне удалось построить работающую, полностью автоматическую, синхронизированную систему дорожных светофоров. Смотря же со стороны на действующую модель сложно оценить весь объем работы, затраченный на ее создание.
Автор - Tyler Bjarnason