Neste post, aprenderemos a construir um circuito controlador de trem modelo simples, mas realista, que pode ser integrado aos trilhos de um sistema de trem motorizado existente e usado para controlar sua velocidade, aceleração, desaceleração com efeitos originais.
Como funciona o circuito
Um diagrama esquemático para o Train Controller pode ser visto na Fig. 1 abaixo. Como demonstrado, um temporizador 555 (U1) é configurado para um multivibrador astável (oscilador) com um ciclo de trabalho de 400:1 e também uma frequência de 40 Hz.
Essa frequência reduz a cintilação do farol do trem, mas ainda possibilita que a armadura do motor seja pulsada para que seja capaz de mudar gradualmente para rastreamento e controle de baixa velocidade. Assim que a energia é fornecida ao circuito, ele descarrega o capacitor C1 que pode ser visto conectado ao pino 6 de U1. A saída do IC 555 que é utilizada para desviar a corrente é mantida baixa. O capacitor C1 começa a carregar por meio de R1 e R2 e se move gradualmente para o nível de alimentação positivo.
Assim que a carga no C1 se estende para cerca de 2/3 da alimentação positiva, a saída U1 555 no pino 3 fica alta.
Nesta conjuntura C1 começa a descarregar via R2. No momento em que a carga dentro de C1 cai para aproximadamente 1/3 da tensão de alimentação, a saída U1 555 volta à condição lógica baixa, e esse ciclo de comutação alto/baixo continua se repetindo enquanto a energia permanecer conectada ao circuito.
Quando a saída U1 555 fica baixa, C3 é descarregado através do transistor U1 pin3 Q2. Em seguida, assim que U1 pino 3 fica alto, C3 agora carrega por meio de uma fonte de corrente que envolve diodos D1, D2, resistores R3, R4 e transistor Q1.
A repetição de carga/descarga através do capacitor C3 causa a geração de uma série de pulsos que são aplicados às entradas inversoras de U2a e U2b que são os amplificadores operacionais do amplificador operacional duplo IC LM358.
Um par de circuitos divisores de potencial resistivos, incluindo os resistores R7, R8 e R9, e os resistores R10, R11, R12 estabelecem a tensão de referência que é fornecida às entradas não inversoras pin3 e pin5 de U1a e U1b. Resistores variáveis ou controles de potenciômetro R9 e R12 são usados para ajustar o ciclo de trabalho DC baixo entre 5 a 10% de U1a e U1b.
Os potenciômetros são ajustados para garantir que os faróis do trem iluminem de maneira ideal, mas com o mínimo de zumbido nos motores do trem. O potenciômetro R3 é usado para configurar a taxa de rampa C3 para 100% do ciclo de trabalho quando o ajuste do acelerador está definido no máximo. Uma chave DPST (S1a snd S1b) é incorporada para incluir R3/C4 e R4/C5 no circuito.
A rede composta de resistores e capacitores R5/C4 e R6/C5 força as tensões de referência introduzidas nas entradas não inversoras de U2a e U2b a comutar extremamente lentamente sempre que o acelerador é girado para cima e movido para baixo. Devido a esta ação, o movimento do trem se comporta como se estivesse tentando contrariar um alto nível de inércia enquanto está apenas começando ou parando.
Quando o botão ACL/DCL está desligado, as redes de resistência do divisor de aceleração tendem a ser muito menores em comparação com as de R5 e R6, portanto, as tensões de referência aplicadas em C4, C5 se ajustam “rapidamente” para o novo ajuste de aceleração. Isso permite evitar possíveis acidentes ou descarrilamentos durante a operação dos trens modelo.
Os controladores do motor de saída do trem modelo incorporam resistores R13 a R15 e transistores Q3 e Q4 para energizar a saída “A”; e resistores R17 a R20, e transistores Q5 e Q6, para energizar a saída “B”.
As peças que incluem R13/R16/Q3 e R17/R20/Q5 são configuradas para limitar as correntes de acionamento de saída Q4 e Q6 a cerca de três amperes cada. Os resistores R14/R15 e R18/R19 são usados para polarizar e chavear Q4 e Q5, respectivamente, pouco antes da sobretensão ser atingida para interromper qualquer dano aos transistores do driver de saída e também neutralizar os transientes de EMF liberados das cargas do motor indutivo.
Fonte de energia
A fonte de alimentação está configurada para fornecer 18 volts aos trilhos do modelo, que é obtido a partir dos pontos em C6. O regulador de tensão U3, que é um regulador de tensão IC 78L09 de 9 volts, 100 mA, é configurado para fornecer a energia regulada de 9 V necessária aos circuitos de controle, compreendendo os amplificadores operacionais, transistores etc.
Construção
O circuito do controlador de trem modelo do autor foi inicialmente montado sobre uma seção de perfboard ou strip board. Um pequeno layout de PCB foi posteriormente desenvolvido para o circuito de Controlador de Trem proposto. O layout completo da PCB (junto com as medições especificadas) pode ser visto na Fig. 3 abaixo.
É possível fazer o trabalho de gravação de sua própria placa ou encomendar de um dos fornecedores on-line relevantes. Uma vez obtida a PCB, basta encaixar todas as peças na placa e testar a unidade fazendo as conexões necessárias com os trilhos da ferrovia.
J1 — J4 pode ser qualquer conector adequado, como conectores de alto-falante, que podem ser usados para conectar fios através do controlador de trem e dos trilhos da ferrovia.
Lista de peças
Outro circuito de controlador ferroviário modelo simples
Trem modelo com partida suave
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FONTE
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