拖拉机驾驶模拟器转向灯电路设计

常传义

摘要：为提高拖拉机驾驶模拟器系统的真实性和互动性，采用双极性555芯片设计拖拉机驾驶模拟器的转向灯电路。详细说明双极性555芯片非稳态工作模式的设定方法及原理，介绍拖拉机模拟器转向灯电路的连接方法。仿真结果表明，输出波形为方波信号，闪烁频率为84次/min，能够满足设计要求。

关键词：驾驶模拟器；拖拉机；双极性555定时器；多谐振荡器

中图分类号：S219.032.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）01-0041-03

随着虚拟现实技术和人机交互模式的不断发展，虚拟驾驶模拟器越来越受到关注。近年来，我国汽车、飞机、船舶等驾驶模拟器有了较高水平的突破，但在拖拉机驾驶模拟器方面还有所欠缺。尤其在转向灯设计方面，有些驾驶模拟器采用软件进行模拟，真实感不强。若采用与拖拉机实车相同的转向灯电路或光电继电器、闪光器等电子元件，则存在成本高、电路复杂的问题。为此，采用555芯片和LED等相关电子元件，设计拖拉机驾驶模拟器转向灯电路，以提高拖拉机驾驶模拟器的真实感、互动性、沉浸性，且电路具有稳定性和可靠性。

1 双极性555时基电路及时序特征

双极性555芯片是一种数字和模拟功能相结合的中规模集成器件，可在5～15 V电压范围内工作，输出的驱动电流约为200 MA，与CMOS、TTL或模拟电路电平兼容性好。目前，双极性555芯片广泛应用于电子控制、电子检测、仪器仪表、家用电器等。555芯片价格低廉、性能可靠，只需外配几个适当的电阻和电容元件，就可以构成振荡器、脉冲发生器、延时发生器、方波发生器、单稳态触发振荡器、双稳态多谐振荡器、非稳态多谐振荡器等。555芯片封装如图1，其内部等效电路如图2所示。

555芯片内部由2个电压比较器、1个RS触发器、1个放电三极管和3个5K欧姆电阻组成。A1和A2是两个高增益的电压比较器，其输出端分别接到RS触发器的R端和S端。其中A1称为上比较器，A2称为下比较器。由于R1、R2、R3的阻值相等，所以引脚5处的电位为2/3Vcc，6引脚为阈值输入端。下比较器A2的同向输入端电位为1/3Vcc，反向输入端（引脚2）作为输入端。A1和A2的输出端分别连接到RS触发器S（置位端）和R（复位端），以控制输出端引脚3的电平状态和放电三极管的导通与截止。555芯片真值如表1所示。

2 模拟器转向灯电路设计

采用双极性555芯片设计拖拉机模拟器转向灯电路，将555芯片设定为非稳态触发器（也称为多谐振荡器），其输出能够按一定周期在“0”和“1”之间变换，形成矩形波。

2.1 555芯片非稳态工作原理

555芯片非稳态连接方法见图3。

图3是非稳态工作模式最常用的连接方式之一，充、放电的切换通过引脚7来控制。当输出为逻辑“1”时，放电管三极管VT截止，1，7引脚断开，引脚7悬空，充电回路开始工作，回路为Vcc—R1—R2—C；充电过程使2，6引脚电位不断升高，当引脚6电位升高到2/3Vcc时，输出变为逻辑“0”。当输出为逻辑“0”时，放电三极管VT导通，1，7引脚短接，放电回路开始工作，回路为C—R2—7—地；放电过程使2，6引脚电位不断降低，当引脚2处电位降至1/3Vcc时，输出变为逻辑“1”。

2.2 模拟器转向灯电路原理图

本拖拉机驾驶模拟器转向灯电路原理图使用Proteus软件进行绘制。该模拟器转向灯的操作与真车转向灯的操作相似，并且伴有实车转向时的“滴答”声。本电路主要由555定时器和继电器、2个联动开关组成。采用2个联动开关组成开关电路是因为这种连接方式可以实现转向时继电器工作而不转向时继电器不工作，既节省电量又增加继电器的使用寿命。当联动开关SW1闭合时，继电器按一定频率吸合，使D4，D5发光二极管闪烁。当联动开关SW2闭合时，D3，D4发光二极管闪烁。其工作原理为：555定时器被设定为非稳态工作模式，因此管脚3构成了一个常规的脉冲输出，这一脉冲信号激活继电器的线圈，且以固定的时间间隔控制继电器开启与关闭。二极管D1的作用是保证只有来自555定时器输出的正信号能够到达继电器线圈。D2作为一个回扫二极管，能够防止线圈中小电流流入555定时器，避免555定时器损坏。计算555定时器发射脉冲信号和停止发射脉冲信号的时间由R1，R2，C1来确定。

发射脉冲时间为T1=0.693×（R1+R2）×C1；停止发射脉冲时间为T2=0.693×R1×C1；震荡频率为f =。

本转向灯的发射脉冲时间为0.38 s，停止发送脉冲的时间为0.35 s，震荡频率为1.37 Hz，LED灯闪烁周期为1.4次/s。

2.3 驱动电路仿真

拖拉机模拟器转向电路原理见图4。

图4所示的拖拉机驾驶模拟器电源为直流12 V，555芯片输出信号频率约为1.37 Hz。通过Proteus仿真软件进行仿真，示波器输出显示电压波形图。示波器如图5所示。

由图5可知，输出波形为矩形方波信号，频率为约为1.37 Hz，输出信号稳定、可靠，证明所提出的设计方案正确，且能满足拖拉机驾驶模拟器转向灯的设计要求。

3 结论

利用该方法设计的拖拉机模拟器转向灯电路具有结构简单、价格低廉，使用寿命长、LED灯显示效果好等优点，并在操作拖拉机模拟器转向时，伴有实车转向时的“滴答”声，提高了拖拉机驾驶模拟器的真实感。