Трехуровневый индикатор напряжения

 

Использование: в качестве индикатора напряжения, например для автомобильного аккумулятора. Сущность изобретения: трехуровневый индикатор напряжения содержит входную клемму для подключения контролируемого источника, ключ, резистивный делитель, состоящий из трех резисторов, три D триггера, коммутатор, светодиод, два генератора, инвертор, клемму питания, светодиод, ограничительный резистор. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве индикатора напряжения, например, для автомобильного аккумулятора.

Известны различные устройства для измерения и фиксации напряжения, например вольтметры. Известны компараторные схемы измерения [1] содержащие интегральный компаратор, между первым и вторым входами которого параллельно-встречно включены два диода, выход через последовательно соединенные резистор и два диода соединен с источником опорного напряжения, точка соединения диодов является выходом схемы и через резистор заземлена.

Недостатком компараторной схемы является сравнение только с одним заданным уровнем напряжения.

Прототипом является трехуровневый индикатор напряжения [2] содержащий последовательно соединенные первый, второй и третий резисторы, первый вывод первого из которых заземлен, а второй третьего соединен с входом устройства и входом светодиода, который через четвертый резистор соединен с выходом схемы И-НЕ, точка соединения второго-третьего резисторов через инвертор и первый генератор соединена с первым входом схемы И-НЕ, точка соединения первого-второго резисторов через второй генератор с вторым входом. Вход устройства соединяется с "+"-выводом исследуемого (контролируемого) источника.

Недостатком указанного устройства, выбранного за прототип, являются большое потребление энергии и его неработоспособность при неправильном включении контролируемого источника питания в силу индикации этого. Кроме того, устройство ненадежно, так как при воздействии внешних факторов может произойти смещение частот генераторов (например, с 1 и 4 Гц до 2 Гц), что ведет к невозможности его использования.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей за счет обеспечения индикации неправильного режима включения исследуемого источника.

Цель достигается тем, что в трехуровневом индикаторе напряжения, содержащем резистивный делитель из трех резисторов, первый вывод первого из которых заземлен, первый и второй генераторы, светодиод, инвертор, входную клемму устройства для подключения контролируемого источника напряжения, дополнительно вводят ключ, второй светодиод, ограничительный резистор, три D-триггера и коммутатор, первый резистор резистивного делителя выполнен со средним выводом, вход резистивного делителя через ключ соединен с входной клеммой устройства, выход первого генератора соединен с управляющими входами ключа и D-триггеров, первый и второй выходы резистивного делителя соединены соответственно с входами первого и второго D-триггеров, средний вывод первого резистора резистивного делителя соединен с входом третьего D-триггера, выходы D-триггеров соединены с управляющими входами коммутатора, выход которого соединен с входом первого светодиода, выход которого заземлен, выход второго генератора подключен к первому входу коммутатора непосредственно и через инвертор к четвертому входу, второй вход коммутатора подключен к клемме питания, третий вход заземлен, выход второго светодиода через ограничительный резистор соединен с входной клеммой устройства, а вход заземлен.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит вход 1, к которому подключается "+"-вывод контролируемого источника 2, "-"-вывод которого заземляется. Вход 1 через ключ 3 соединен с последовательным соединением третьего 4, второго 5 и первого 6 резисторов резистивного делителя, при этом свободный вывод первого резистора 6 заземлен. Общие выводы резисторов 5 и 6 соединены с входом первого D-триггера 7, общие выводы резисторов 4, 5 соединены с входом второго D-триггера 8, выходы которых соответственно соединены с управляющими входами коммутатора 9, выход которого соединен с входом светодиода 10, выход которого заземлен. Выход первого генератора 11 соединен с управляющими входами ключа 3 и D-триггеров 7 и 8. Выход второго генератора 12 подключен к первому входу коммутатора 9 и через инвертор 13 к четвертому входу, второй вход коммутатора 9 подключен к клемме питания ("+5В") 14, а третий заземлен, второй светодиод 15, ограничительный резистор 16.

Первый генератор 11 может быть реализован любым стандартным способом. Он формирует короткие импульсы (например, 1 мкс) с низкой частотой следования (до долей Гц). Второй генератор 12 может быть реализован также стандартно, но длительность импульса целесообразно выбирать в диапазоне 0,2 0,3 периода их следования (или 0,7-0,8) для того, чтобы инвертированные и неинвертированные сигналы достаточно четко воспринимались человеком. Частота может составлять 1-10 Гц.

Ключ 3 имеет три состояния на выходе, включая высокоимпедансное. Он может реализовываться на ключах (КР590) или реле, триггеры могут быть реализованы стандартно. При подаче "1" на управляющие входы ключ открывается, а триггеры запоминают состояние на входе. В качестве коммутатора может использоваться КР590КН3. Инвертор и светодиод стандартные.

Устройство работает следующим образом.

Когда генератор 11 вырабатывает импульс, ключ 3 открывается. Напряжение источника питания подается на резистивный делитель из резисторов 4-6, и на входах триггеров 7, 8 образуются соответствующие уровни, которые ими запоминаются. При отсутствии импульса генератора 11 ключ 3 закрыт и устройство не потребляет энергии от источника 2.

В зависимости от напряжения контролируемого источника на точках А и Б образуются уровни: "1" и "1" высокое напряжение. Сигналы с триггеров 7, 8, подаваемые на управляющие входы коммутатора 9, открывают его четвертый вход, и проинвертированный сигнал с выхода второго генератора 12 подается на светодиод 10.

"0" и "0" низкое напряжение, открывается первый вход коммутатора 9 и на светодиод 10 подается неинвертированный сигнал второго генератора 12; "1" и "0" нормальное напряжение, открывается второй вход коммутатора 9 и напряжение +5В с клеммы 14 питания подается на светодиод 10 и тот горит постоянно; "0" и "1" неправильное включение контролируемого источника светодиод не горит вообще, так как включен на землю.

Режимы повышенного и пониженного напряжения в отличие от прототипа отличаются качественно: один мигание, другой редкое погасание (в силу инверсности), что обеспечивает лучшую восприимчивость для глаза.

При неправильном включении контролируемого источника 2 прототип не работает в силу микширования сигнала генераторов, а в предложенном светодиод не горит вообще.

Для большего удобства эксплуатации для индикации неправильного включения источника 2 можно использовать второй светодиод 15, вход которого заземлен, а выход подключен через ограничительный резистор 16 к входной клемме 1. Тогда при неправильном включении ток будет протекать в прямом направлении через второй светодиод 15 и тот будет светиться. При правильном включении источника 2 второй светодиод 15 будет заперт.

Питание устройства может осуществляться как от автономного источника на +5В, подключаемого и к клемме питания, так и от контролируемого источника и осуществляется стандартно.

В некоторых случаях необходимо более точно идентифицировать уровень "Нормально", например, в диапазоне от 10,8 до 14,5 В необходимо выделить уровень 12В, что аналогично идентификации четырех уровней. С учетом того, что в предложенном устройстве один уровень используется по-существу для идентификации неправильного включения контролируемого источника, его можно использовать для идентификации четвертого уровня (при правильном включении контролируемого источника).

Для этого первый резистор 6 выполняют со средним выводом (т.е. обеспечивают делитель напряжения на 4 уровня), который соединяют с входом третьего D-триггера 17, управляющий вход которого соединен с выходом генератора 11, а выход с третьим управляющим входом коммутатора 9.

При соединении устройства по первому режиму выход D-триггера 7 соединяют с управляющим входом "2^о" интегральной схемы коммутатора КР590КН3, D-триггера 8 с "2¹" генератора 12 с информационным входом "0", инвертора 13 с "3", заземлен вход "2", запитан "1", соответствующие двоичному управляющему коду. При соединении устройства по второму режиму выход D-триггера 7 с управляющим входом "2¹", D-триггера 8 с входом "2²", третьего D-триггера 15 с "2⁰", а входы интегральной микросхемы коммутатора КР590КН6 в зависимости от требуемого режима индикации. Например, информационный вход 0 заземлен (при пониженном напряжении светодиод не горит), 1 с выходом генератора 12 (мигание), 3 с выходом инвертора 13 (редкое погасание нормальное в пределах 12-14,5 В), 7 с клеммой 14 питания (постоянное свечение повышенное напряжение). Можно выбрать и другую коммутацию входом интегральной схемы. Остальные неуказанные ее входы могут быть заземлены или "висеть". Питание микросхем осуществляется стандартно.

Предложенное устройство обладает пониженным потреблением энергии за счет импульсного режима, позволяет идетифицировать четыре уровня.

Формула изобретения

ТРЕХУРОВНЕВЫЙ ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий резистивный делитель из трех резисторов, первый вывод первого из которых заземлен, первый и второй генераторы, первый светодиод, инвертор, входную клемму для подключения контролируемого источника напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены ключ, второй светодиод, ограничительный резистор, три D-триггера, коммутатор, первый резистор резистивного делителя выполнен со средним выводом, вход резистивного делителя через ключ соединен с входной клеммой индикатора, выход первого генератора соединен с управляющими входами ключа и D-триггеров, первый и второй выходы резистивного делителя соединены соответственно с входами первого и второго D-триггеров, средний вывод первого резистора резистивного делителя соединен с входом третьего D-триггера, выходы D-триггеров соединены с соответствующими управляющими входами коммутатора, выход которого соединен с входом первого светодиода, выход которого заземлен, выход второго генератора соединен с первым входом коммутатора непосредственно и с четвертым входом через инвертор, второй вход коммутатора соединен с дополнительным источником питания, третий вход заземлен, выход второго светодиода через ограничительный резистор соединен с входной клеммой индикатора, а вход заземлен.

РИСУНКИ

Рисунок 1