Электронный светофор

Беседы по правилам дорожного движения, проводимые учителями в начальных классах, могут стать более эффективными, если они будут сопровождаться демонстрацией модели автоматически действующего светофора.

Схема электронного светофора, выполненного на интегральных микросхемах, приведена на рис. 34. Принцип его работы иллюстрируют временные диаграммы, представленные здесь же.

Логические элементы DD1.1-DD1.3 образуют генератор импульсов с частотой около 1 Гц. Транзистор VT1 повышает входное сопротивление элемента DD1.1, что позволяет использовать в генераторе конденсатор С1 сравнительно небольшой емкости при большом сопротивлении резистора R1. Импульсы с выхода генератора поступают на входы элементов DD1.4 и DD2.1, работой которых управляет RS-триггер на элементах DD2.2 и DD2.3. Если на выводе 6 элемента DD2.2 напряжение высокого уровня, то импульсы поступают на вывод 4 микросхемы DD3, если же напряжение высокого уровня на выводе 8 элемента DD2.3, то импульсы подаются на вывод 5 микросхемы DD3.

Эта микросхема (К155ИЕ7) - параллельный реверсивный четырехразрядный двоичный счетчик, работающий в коде 1-2-4-8. Вход R0 служит для установки счетчика в нулевое состояние, вход С - для предварительной записи в счетчик информации, поданной на входы (на схеме они не показаны). В данном случае на вход С постоянно подается напряжение высокого уровня, а на вход RU - низкого уровня. При подаче счетных импульсов на вход +1 происходи! увеличение числа, записанного в счетчик (прямой счет); если же импульсы поступают на вход -1, то число в счетчике уменьшается (обратный счет).

Сигналы с четырех выходов счетчика поступают на входы дешифратора DD4 (К155ИДЗ). В любой момент на одном из выходов этого дешифратора имеется напряжение низкого уровня, причем номер этого выхода соответствует десятичному эквиваленту двоичного числа, поданного на вход дешифратора.

Рассмотрим работу светофора при прямом счете импульсов. Когда на выходе элемента DD2.3 напряжение высокого уровня, на выходе элемента DD2.2 - напряжение низкого уровня. Импульсы с генератора через DD1.4 поступают на вход +1 микросхемы DD3. При этом происходит увеличение числа, записанного в счетчик, и напряжение низкого уровня появляется последовательно на выходах микросхемы DD4. Пока напряжение низкого уровня присутствует на выводах 1, 2, ..., 7 микросхемы DD4, на выходе микросхемы DD5 -напряжение высокого уровня. В это время на выходе логического элемента DD8.1 Имеется напряжение высокого уровня, срабатывает реле К1 и своими контактами К 1.1 замыкает цепь питания лампы красного цвета (на схеме не показана). Лампы желтого и зеленого сигналов при этом не горят, так как на выходах элементов DD7.1 и DD8.4 - напряжение низкого уровня. При появлении напряжения низкого уровня на выводах 8, 9, 10 микросхемы DD4 на выводе элемента DD7.1 появится напряжение высокого уровня, сработает реле К2 и зажжется лампа желтого сигнала. Продолжает гореть и красный сигнал, так как на выходе элемента DD8.2 - напряжение низкого уровня, а на выходе элемента DD8.1 - по-прежнему напряжение высокого уровня (заметим: при обратном счете импульсов при напряжении низкого уровня на выводах 8,9,10 микросхемы DD4 на выходе элемента DD8.2 будет напряжение высокого уровня, поскольку RS-триггер DD2.2DD2.3 будет находиться уже в другом состоянии). При дальнейшем счете импульсов напряжение низкого уровня последовательно появляется на выводах 11, 13, ..., 17 микросхемы DD4. В это время реле К1 и К2 отпустят, а реле КЗ сработает, потому что на выходе микросхемы DD6 появится напряжение высокого уровня и на выходах элементов DD7.3 и DD8.4 - также напряжение высокого уровня. Горит лампа зеленого сигнала светофора. Когда напряжение низкого уровня появится на выводе 17 микросхемы DD4, RS-триггер переключится в противоположное состояние (см. импульс 16 временной диаграммы). Теперь импульсы будут поступать на вход -1 микросхемы DD3 и счет будет происходить в обратном направлении. Лампа зеленого сигнала

продолжает гореть. Когда напряжение низкого уровня появляется последовательно на выводах 14, 13 и 11 микросхемы DD4, зеленый сигнал "мигает". Это достигается подачей напряжения высокого уровня на выводы 9 и 10 элемента DD7.3 и импульсов с генератора на вывод 11 этого же элемента. При появлении напряжения низкого уровня на выводах 10, 9, 8 микросхемы DD4 сработает реле К2, а реле КЗ отпустит. При дальнейшем счете импульсов загорится лампа красного сигнала. При появлении напряжения низкого уровня на выводе 1 микросхемы DD4 RS-триггер переключается, начинается прямой счет импульсов, и весь цикл работы автомата повторяется.

Частоту генератора, а следовательно, и время горения сигнальных ламп светофора можно изменять подбором резистора R1. Вместо микросхем серии К155 можно использовать аналоги из серий КПЗ, КР531, К555. Все резисторы - МЛТ-0,25. Конденсатор С1 - оксидный К50-6, К50-16, К50-35; С2 - К10-7, КМ-6, К10-17. Транзисторы КТ315Б (VT1-VT4) можно заменить на КТ312, КТ315, КТ503 с любыми буквами. Реле К1-КЗ - типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.129). Нормально разомкнутые контакты этих реле включают последовательно в цепи питания ламп светофора: К 1.1 - с красной, К 1.2 - с желтой, К3.1 - с зеленой. Использованы лампы напряжением 220 В и мощностью 25...60 Вт.

Для уменьшения обгорания контактов реле параллельно им следует включить искрогасящие цепи из последовательно соединенных резистора мощностью не менее 0,5 Вт и сопротивлением

100...200 Ом и конденсатора емкостью 0,1...0,5 мкФ на номинальное напряжение не менее 400 В. Для повышения помехоустойчивости работы микросхем лампы желательно питать постоянным напряжением. Еще лучше применить бесконтактную коммутацию ламп с помощью тиристоров, как это сделано в переключателе елочных гирлянд, описанном ниже. Тогда реле К1-КЗ не понадобятся.

Источник питания должен быть рассчитан на ток не менее 300 мА.

Монтаж устройства выполнен на унифицированной печатной плате 2 (см. рис. 16,6): выводы элементов припаивают к контактным площадкам платы, а соединения делают одножильным изолированным проводом.

Правильно собранное устройство начинает работать сразу после включения и дополнительного налаживания не требует.

Подумайте, как можно превратить этот светофор в "мигалку"? Такие светофоры устанавливают на перекрестках с небольшим движением транспорта.