СИГНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1996 года по МПК B60Q1/26 

Изобретение относится к устройствам автоматического включения и выключения нагрузки в зависимости от освещенности, в частности для включения и выключения габаритных огней транспортного средства.

Известно сигнальное устройство транспортного средства, содержащее входной и выходной усилительные каскады, питающие входы которых подключены к аккумуляторной батарее, связанной отрицательным полюсом с массой транспортного средства, фотоэлемент, включенный в пусковую цепь входного усилительного каскада, блок коммутации [1]
Недостатком известного устройства является нестабильность характеристик устройства при изменении питающего напряжения, а также существенные нагрузки на аккумулятор при запуске двигателя в условиях недостаточной освещенности и отсутствие задержки включения нагрузки в зависимости от освещенности.

Цель изобретения получение стабильных характеристик при эксплуатации на транспортных средствах.

Цель достигается тем, что входной каскад выполнен в виде операционного усилителя с однополярным питанием, при этом фотодиод включен между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя, последний из которых соединен с выходом подключенного к аккумуляторной батарее резистивно-диодного параметрического стабилизатора напряжения, входной и выходной каскады связаны друг с другом через элемент И и установленный на его первом входе разделительный диод, между выходом разделительного диода со стороны входного каскада и массой включен узел временной задержки, управляющий выход которого соединен с входом блока коммутации, а между выходом разделительного диода со стороны элемента И и массой узел временной памяти. Последний выполнен в виде запоминающего конденсатора, шунтированного разрядным резистором, а узел временной задержки выполнен в виде шунтирующего транзистора с время-задающей RC-цепочкой в базовой цепи управления.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства автоматического включения и выключения нагрузки в зависимости от освещенности.

На фиг. 2 принципиальная схема того же устройства в случае питания от аккумулятора транспортного средства.

На фиг.3 принципиальная схема того же устройства в случае питания через замок зажигания транспортного средства.

Устройство состоит из фотоэлемента 1, входного усилительного каскада 2, буферного каскада 3, выходного каскада 4, нагрузки 5.

Устройство работает следующим образом. Под действием падающего от источника на фотоэлемент 1 (фотодиод, фототранзистор и т.д. света появляется фото ЭДС, которая усиливается входным усилительным каскадом 2, при этом фотодиод включен между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя, последний из которых подсоединен к параметрическому стабилизатора напряжения. Это напряжение управляет выходным каскадом 4, выход которого соединен с нагрузкой 5. Между выходом входного усилительного каскада 2 и входом выходного каскада 4 включен буферный каскад 3 (узел временной задержки), который формирует задержку включения нагрузки при подаче питания на устройство (в целях снятия существенных нагрузок на аккумуляторную батарею при запуске двигателя в условиях недостаточной освещенности). Буферный каскад 3 состоит из узла задержки включения (интегрирующая цепочка R6-C1), разрядный диод, согласующий элемент И, коммутирующий каскад (фиг.2) и узла временной памяти (задержки выключения нагрузки), состоящего из интегрирующей цепочки и разделительного диода, согласующего элемента И (фиг.2). Буферный каскад 3 формирует задержку выключения нагрузки в зависимости от освещенности, а также блокирует включение устройства во время выключенного зажигания (для устройства, изображенного на фиг.2).

Выходной каскад 4 выполняет функции управляемого коммутатора питания на нагрузку 5.

Таблица соединений схемы, изображенной на фиг.2.

Анод D, анод VD1, R1 выв. 2 DA1;
Катод D, R5, анод VD4 выв.3 DA1;
Катод VD1, R1, R2 выв. 6 DA1;
R2, анод VD3 коллектор VT1;
Анод VD2, R4, R8, катод VD5, R6 выв. 2 DD1.1;
Катод VD3, положительный вывод С2, R9 выв. 1 DD1.1;
Анод VD5, R6, положительный вывод С1 вывод 8, 9, DD1.3;
Выв. 10 DD1.3 R7;
R7 база VT1;
Эмиттер VT1 R10;
Выв. 3 DD1.1 выв. 5,6 DD1.2;
Выв. 4 DD1.2 R3;
R3 база VT2;
Коллектор VT2, выв. 7 DA1, катод VD2, R5, выв. 14 DD1 "+Uип";
Выв. 4 DA1, катод VD4, выв. 7 DD1, C1, R10, R8, C2, R9 корпус (┴);
Эмиттер VT2 нагрузка 5;
R4 сигнал "блокировки";
Нагрузка 5 корпус (x);
Таблица соединений схемы, изображенной на фиг.3.

Анод D, анод VD1, R1 выв. 2 DA1;
Катод D, R3, анод VD3 выв. 3 DA1;
Катод VD1, R1, R2 выв. 6 DA1;
Анод VD4, R4, положительный вывод С1 выв. 1,2 DD1;
Выв. 3 DD1 R5; R5 база VT1;
R2, анод VD2 коллектор VT1;
Эмиттер VT1 R6;
Катод VD2, положительный вывод С2, R7 база VT2;
Эмиттер VT2 R8;
R8 обмотка реле КА1, катод VD5;
коллектор VT2, контакт 1 реле КА1, выв. 7 DA1, R3, катод VD4, R4, выв. 14 DD1 "+Uип";
Контакт 2 реле КА1 нагрузка 5;
Нагрузка 5 корпус (x);
C1, выв. 7 DD1, R6, C2, R7, обмотка реле КА1, выв. 4 DA1, катод VD3, анод VD5 корпус (x).

Рассмотрим работу схемы, изображенной на фиг.2. Фото ЭДС снимается с выводов фотоэлемента 1 (фотодиода D) и подается на входы выв. 2, 3 операционного усилителя DA1. Для обеспечения стабильных выходных параметров входного усилительного каскада 2 при изменении питающего напряжения на выв. 3 DA1 подается постоянное смещение, задаваемое цепочкой R5, VD4. С выв. 6 DA1 усиленный управляющий сигнал через управляемый делитель R2, VT1, R10 и диод VD3 подается на выв. 1 логической м/сх DD1.1. В случае высокого уровня на выв. 2 (лог. "1") DD1.1 управляющий сигнал поступает с выв. 3 (DD1.1 на выв. 5, 6 DD1.2 и с выв.4 DD1.2 через согласующий резистор R3 в базу VT2.

В случае высокого уровня управляющего напряжения на базе VT2, транзистор VT2 открывается. Нагрузка 5 через открытый переход коллектор-эмиттер VT2 коммутируется с "+Uип". В случае низкого уровня управляющего напряжения на базе VT2 переход коллектор-эмиттер VT2 заперт, что равносильно отключенному состоянию нагрузки 5 от "+Uип". Включение устройства в работу достигается подачей высокого уровня напряжения на вход "блокировка" устройства. Цепочка из R4, R8, VD2 предназначена для ограничения величины напряжения на выв. 2 DD1.1 до допустимой техническими условиями на м/сх величины. После подачи высокого уровня на вход "блокировка" устройства выв. 1 DD1.1 зашунтирован резистором R10 за счет открытого перехода коллектор-эмиттер транзистора VT1. Это состояние будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсатора С1 не достигнет уровня "лог.1" для м/cх DD1.1 и после этого произойдет запирание транзистора VT1, после чего выв. 1 DD1.1 не будет шунтировать резистор R10. Таким образом, задержка при включении устройства в работу в целях снятия существенных нагрузок на аккумулятор при запуске двигателя в условиях недостаточной освещенности определяется величиной постоянной времени цепи R6, C1 (tвкл=R6xC1).

Диод VD5 предназначен для сокращения времени разряда конденсатора С1. Для получения инерционности выключения устройства при быстром изменении освещенности в схему введена цепь С2, R9 с постоянной времени разряда (tвыкл= С2хR9). Заряд конденсатора С2 происходит через низкоомный резистор R2, диод VD3, а разряд через высокоомный резистор R9.

На фиг.3 приведена схема устройства при питании через замок зажигания.

Входной каскад устройства, выполненный на м/сх DA1, работает аналогично описанному ранее в устройстве (фиг.2). Управляющий сигнал с вывода 6 м/сх DA1 через управляемый делитель R2, переход коллектор-эмиттер VT1, R6 и диод VT2 подается на базу транзистора VT2. Транзистор VT2 выполняет функции коммутатора между "+Uип" и обмоткой реле КА1. В схеме на фиг.3 задержка при включении устройства в работу, в целях снятия существенных нагрузок на аккумулятор при запуске двигателя в условиях недостаточной освещенности реализуется на логической м/cх DD1, VD4, C1, R5 и управляемом делителе R2, VT1, R6. При подаче питания на устройство начинает заряжаться конденсатор С1 через зарядный резистор R4 (t вкл R4xC1). Разрядная цепь для конденсатора С1 диод VD4.

До тех пор, пока уровень напряжения на конденсаторе С1 не достиг уровня "лог. 1" на выв. 3 DD1, т.е. на базе VT1 высокий уровень напряжения. Транзистор VT1 открыт и вход транзистора VT2 (база VT2) зашунтирован низкоомным резистором R6, таким образом, величина управляющего напряжения с выхода DA1 (вывод 6 DA1) имеет низкий уровень и недостаточна для отпирания управляемого коммутатора на транзисторе VT2. Когда уровень напряжения на конденсаторе С1 достигнет величины "лог.1" на выв. 3 DD1 установится низкий уровень напряжения и транзистор VT1 будет заперт, таким образом, управляющий сигнал полностью поступает с выхода DA1 (выв. 6 DA1) на базу транзистора VT2 и отпирает его, что в свою очередь вызывает срабатывание реле КА1 на замыкание контактов 1 и 2 и подачу напряжения на нагрузку. Для получения инерционности включения устройства при быстром изменении освещенности в схему (фиг.3) введена цепь С2, R7 с постоянной времени разряда (t вкл.С2хR7). Заряд конденсатора С2 происходит через низкоомный резистор R2, диод VD2, а разряд через высокоомный резистор R7.

Разработанное устройство позволяет использовать его в неблагоприятных климатических условиях (температура, влажность), при резких перепадах освещенности за счет наличия инерционности на выключение, нестабильности питания, не требует подбора активных радиоэлементов (операционных усилителей, транзисторов), сохраняет высокую чувстительность при использовании разных типов фотоэлементов, не требует регулировочных элементов для подстройки во время работы.

Применительно к эксплуатации на транспортных средствах наличие задержки при включении устройства в работу в условиях недостаточной освещенности существенно облегчает режим работы аккумулятора при запуске двигателя.

Использование: аппаратура для автоматического включения и выключения нагрузки в зависимости от освещенности, в частности, для включения и выключения габаритных огней транспортного средства. Сущность изобретения: получены стабильные характеристики при эксплуатации на транспортных средствах, например, при изменении температуры окружающего воздуха и величины питающего напряжения, изменяющейся освещенности. Существенно снижены нагрузки на аккумулятор при запуске двигателя в условиях недостаточной освещенности. Это достигнуто введением во входной усилительный каскад стабилизирующей цепи и включением буферного каскада между выходом входного усилительного каскада и входом выходного каскада. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сигнальное устройство транспортного средства, содержащее входной и выходной усилительные каскады, питающие входы которых подключены к аккумуляторной батарее, связанной отрицательным полюсом с массой транспортного средства, фотоэлемент, включенный в пусковую цепь входного усилительного каскада, блок коммутации, отличающееся тем, что входной каскад выполнен в виде операционного усилителя с однополярным питанием, при этом фотодиод включен между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя, последний из которых соединен с выходом подключенного к аккумуляторной батарее резистивно-диодного параметрического стабилизатора напряжения, входной и выходной каскады связаны друг с другом через элемент И и установленный на его первом входе разделительный диод, между выводом разделительного диода со стороны входного каскада и массой включен узел временной задержки, управляющий выход которого соединен с входом блока коммутации, а между выводом разделительного диода со стороны элемента И и массой узел временной памяти. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел временной задержки выполнен в виде шунтирующего транзистора с времязадающей RC-цепочкой в базовой цепи управления. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел временной памяти выполнен в виде запоминающего конденсатора, шунтированного разрядным резистором.