Контроллер светофора

 Можно ли сказать сегодня, что тем, кто имеет автомобиль, повезло?

Автомобилистов много, но не каждый из них имеет свой гараж. Когда гараж расположен в своем же частном доме, или удаленно стоит как одинокий памятник посреди пустыря — пользоваться им и просто и удобно. А в многонаселенных городах огромная армия владельцев автомобилей ставит свои машины на автосто­янки или является членами коллективных гаражных кооперативов. На территории гаражей и автостоянок, подчас огромных, автомобили снуют туда-сюда, и порой сторож устает регулировать движение на въезде-выезде, когда, например, утром люди начинают все вдруг уезжать, а днем и уезжать и приезжать. На узких проез­дах велика вероятность транспортных происшествий. Даже установка шлагбаума — не спасает ситуацию. Облегчить и обезопасить дорожное движение при въезде- выезде из коллективных гаражей и автостоянок, призвано устройство контроллера светофора, отличающееся простотой схемного решения и минимумом деталей. Его схема представлена на рисунке.

Кроме вышеперечисленных мест такая конструкция будет эффективно полез­ной еще в ряде случаев, например на территории подземных гаражей, лифтов и площадок погрузки-разгрузки на оптовых базах. Обратимся к схеме устройства.

Задающий генератор прямоугольных импульсов построен на двух инверторах микросхемы DD1 К561ЛА7. Сочетание сопротивлений резисторов R1, R2 и конден­сатора С1 определяет частоту выходных импульсов генератора инфранизкой час­тоты. Изменением емкости оксидного конденсатора С1 можно в значительных пределах изменить частоту генератора. При увеличении емкости С1 — частота импульсов генератора уменьшается и наоборот.

Генератор управляет счетчиком с делением на 10 — микросхемой DD2 К561ИЕ8.

Особенности этого счетчика таковы, что высокий уровень напряжения (при на­личии тактовой генерации на входе С (вывод 14 DD2) и низком уровне на входе С_Р (вывод 13 DD2) последовательно появляется на каждом из выходов счетчика. Мик­росхема выполняет свои функции синхронно с положительным перепадом на так­товом входе С. На каждом выходе счетчика высокий уровень напряжения появля­ется только на период тактового импулься с соответствующим номером. При вы­соком уровне напряжения на входе С_Р действие счета запрещается и он останав­ливается (фиксируется). При высоком уровне напряжения на входе сброса R (вывод 15 DD2) счетчик очищается до нулевого отсчета — на первом выходе Q0 (вывод 3) состояние логической 1, на остальных — состояние логического 0. Этот принцип был заложен в основу работы простого электронного узла, электрическая схема которого представлена на рисунке.

При включении питания на входе R, соединенным с выходом Q4, устанавлива­ется низкий уровень, разрешающий работу микросхемы. Первый выходной сигнал счетчика DD2 формируется на выводе 3 (выход Q0), что приводит к высокому уровню напряжения, поступающему через ограничительный резистор R3 на свето- диод оптопары VU1 АОУ163. Внутри оптоэлектронного прибора находится высоко­вольтный симистор, который открывается при наличии оптического сигнала от светодиода. В свою очередь симистор оптрона VU1 управляет мощным симисто- ром VS1 (КУ208Г), вследствие чего загорается лампа накаливания EL1 (красный свет). Управлять лампами накаливания (или другой активной нагрузкой) без помо­щи мощного симистора VS1 нежелательно, так как максимально допустимый ток для оптрона VU1 ограничен 100 мА, а пиковое напряжение коммутации 400 В. А с помощью симистора VS1 можно управлять лампами накаливания мощностью до 800 Вт, причем, если мощность нагрузки менее 600 Вт, устанавливать симистор на радиатор не надо. Таким образом, благодаря применению оптрона со схемой уп­равления симистором полностью развязаны цепи управления (сигналы микросхем) и силовая часть управления мощной нагрузкой. Входной рабочий ток для оптрона АОУ163 (старое название 5П50) всего 10 мА, что позволяет сделать устройство с малым потреблением тока от источника питания — без учета тока потребления силового узла он не превышает 35 мА.

Второй по счету выходной сигнал счетчика DD2 снимается с вывода 2 (выход Q1) и проходит через диод развязки VD1 на оптрон VU2, который, открываясь по аналогичному принципу (как описано для оптрона VU1), приводит к зажиганию лампы накаливания EL2 (желтого цвета). Еще один управляющий сигнал для лампы EL2 приходит с вывода 7 (выход Q3 счетчика DD2). Это сделано для того, чтобы желтый сигнал светофора чередовался между красным и зеленым, и наоборот — между зеленым и красным — что обеспечивает дополнительную безопасность движения на контрольном участке, и повторяет алгоритм работы промышленных светофоров (кроме тех светофоров на отечественных дорогах, где перед включе­нием зеленого сигнала загораются одновременно красный и желтый).

Третий управляющий сигнал поступает с вывода 4 (выход Q2), вызывая пере­ключение оптрона VU3 и зажигание лампы зеленого света EL3. Таким образом, переключение световых сигналов осуществляется по алгоритму: красный — жел­тый — зеленый — желтый — красный.

При появлении на выводе 10 (выход Q4 DD2) высокого уровня напряжения он поступает на вход сброса R (вывод 15 DD2) и счетчик переходит в режим нового отсчета, то есть высокий уровень вновь появляется на выводе 3 и цикл повторяет­ся сначала.

Частота переключения световых сигналов зависит от частоты задающего гене­ратора на микросхеме DD1. Длительность горения каждой лампы составляет один такт генератора (в данном случае — 10 с). Особенность данной схемы в простоте изменения алгоритма переключения световых сигналов.

Если нужно задать иную последовательность индикации, например, чтобы в светофоре было только два света — красный и зеленый, что может также быть актуально для «разрешающих» светофоров при въезде в гаражи, изменяют схему следующим образом.

Элементы VD1, VD2, R4, VU2, VS2, EL2 из схемы исключают. Анод диода VD3 подключают к выводу 2 (выход Q1 DD2).

В некоторых случаях бывает необходимо присутствие в индикации мигающего света, например, между красным и включением зеленого сигнала светофора жела­тельно, чтобы желтый сигнал несколько раз мигнул, предупреждая о приближении к разрешающему сигналу светофора или о том, что нужно повысить бдительность в преддверии смены на другой сигнал светофора. Такой алгоритм работы также несложно воплотить в описываемом устройстве — получится своеобразный свето­фор, аналога которому по переключению сигналов найти трудно. Для этого вари­анта также нужно незначительно изменить схему.

Анод диода VD3 подключают к 9 выводу (выход Q8 DD2). Ввод 15 (R) соединяют с выводом 11 (выход Q9 DD2). К точке соединения катодов VD1 и VD2 и постоян­ного резистора R4 добавляют по аналогии с диодами VD1, VD2 еще четыре анало­гичных диода. Аноды всех этих диодов (включая VD1, VD2) соединяют соответ­ственно с выводами 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6 (выходы микросхемы Q1-Q7). В таком варианте включения световых сигналов светофор после красного сигнала шесть раз мигнет желтым, после чего включится зеленый сигнал. А затем цикл повторит­ся сначала.

При исправных деталях и безошибочном монтаже устройство начинает рабо­тать сразу. Налаживание устройства заключается в установке на выходе тактового генератора частоты примерно 0,1 Гц.

О конструкции.

Из-за малочисленности элементов печатная плата для конструкции не разраба­тывалась. Элементы, в том числе микросхемы DD1, DD2, крепятся на монтажной плате, их выводы соединяются гибким проводом МГТФ-0,6. Корпус для конструк­ции — любой подходящий. Плафоны для ламп накаливания устанавливаются в удалении от основной конструкции — на улице, поэтому имеют козырьки из жести для нейтрализации падающего естественного света. В качестве плафонов можно применить ненужные фары в сборе (от грузового автомобиля Volvo FL-7, установив в них соответствующие патроны и лампы накаливания на напряжение 220 В) или другой вариант — промышленные плафоны с защитной решеткой ПФ-115, кото­рые несложно приобрести в магазинах строительных товаров. Плафоны устанавли­ваются один над другим при въезде на территорию гаражей. Внутри плафонов устанавливаются лампы накаливания с предварительно нанесенной на колбы нит­рокраской красного, желтого и зеленого цветов.

О деталях.

Времязадающий оксидный конденсатор С1, от которого зависит частота гене­ратора и ее колебания, должен быть с минимальным током утечки и стабильным ТКЕ (температурным коэффициентом емкости). В схеме применен конденсатор К53-19. Для еще лучшей температурной стабильности импульсов генератора жела­тельно на месте С1 использовать неполярный конденсатор указанной емкости из таких, как КТ4-23, К10-28 или зарубежный аналог фирмы KWC.

Оксидный конденсатор С2, включенный параллельно питанию, срезает низко­частотные помехи.

Все постоянные резисторы МЛТ-0,25, MF-25. Микросхему DD1 можно заменить на К561ЛЕ5, К561ЛН2. В последнем случае выводы для подключения микросхемы будут другими. Кроме того, допустимо использовать и зарубежные аналоги CD4011A (К561ЛА7) и CD4017A (К561ИЕ8).

Диоды VD1-VD3, выполняющие роль развязки, можно заменить на КД521, КД510, КД513, Д311, Д220, Д9 с любым буквенным индексом и аналогичные.

Ток потребления узла генерации и счета импульсов при напряжении питания +12 В не превышает 35 мА. Источник питания для устройства стабилизированный с по­нижающим трансформатором или, как альтернативный вариант, бестрансформа­торный стабилизированный. Напряжение питания устройства должно находится в пределах 6.14 В.

Вместо АОУ163 (VU1-VU3) можно использовать АОУ163 с любым буквенным индексом, его аналог — оптоэлектронное реле переменного тока 5П50, выпускав­шееся до 1996 г., или зарубежные аналоги МОС3010, МОС3009, МОС3012, МОС3052.

Симисторы VS1-VS3, в крайнем случае, допустимо заменить на КУ208В. Лампы накаливания выбираются в зависимости от конкретного применения устройства управления светофором — в случае установки светофора перед въездом на терри­торию гаражей (как используется в авторском варианте) лампы накаливания долж­ны быть мощностью не менее 100 Вт каждая, рассчитанные на напряжение сети 220 В. Поскольку некоторые элементы устройства имеют потенциал напряжения 220 В, в его эксплуатации необходимо соблюдать меры безопасности — не прика­саться к элементам подключенного в сеть устройства.

Для этой записи еще нет комментариев.

Станьте первым, кто оставит комментарий к этой записи!

Для добавления комментариев зарегистрируйтесь или авторизируйтесь.