拖拉機駕駛模擬器轉向燈電路設計

常傳義

摘要：為提高拖拉機駕駛模擬器系統的真實性和互動性，采用雙極性555芯片設計拖拉機駕駛模擬器的轉向燈電路。詳細說明雙極性555芯片非穩態工作模式的設定方法及原理，介紹拖拉機模擬器轉向燈電路的連接方法。仿真結果表明，輸出波形為方波信號，閃爍頻率為84次/min，能夠滿足設計要求。

關鍵詞：駕駛模擬器；拖拉機；雙極性555定時器；多諧振蕩器

中圖分類號：S219.032.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）01-0041-03

隨著虛擬現實技術和人機交互模式的不斷發展，虛擬駕駛模擬器越來越受到關注。近年來，我國汽車、飛機、船舶等駕駛模擬器有了較高水平的突破，但在拖拉機駕駛模擬器方面還有所欠缺。尤其在轉向燈設計方面，有些駕駛模擬器采用軟件進行模擬，真實感不強。若采用與拖拉機實車相同的轉向燈電路或光電繼電器、閃光器等電子元件，則存在成本高、電路復雜的問題。為此，采用555芯片和LED等相關電子元件，設計拖拉機駕駛模擬器轉向燈電路，以提高拖拉機駕駛模擬器的真實感、互動性、沉浸性，且電路具有穩定性和可靠性。

1 雙極性555時基電路及時序特征

雙極性555芯片是一種數字和模擬功能相結合的中規模集成器件，可在5～15 V電壓范圍內工作，輸出的驅動電流約為200 MA，與CMOS、TTL或模擬電路電平兼容性好。目前，雙極性555芯片廣泛應用于電子控制、電子檢測、儀器儀表、家用電器等。555芯片價格低廉、性能可靠，只需外配幾個適當的電阻和電容元件，就可以構成振蕩器、脈沖發生器、延時發生器、方波發生器、單穩態觸發振蕩器、雙穩態多諧振蕩器、非穩態多諧振蕩器等。555芯片封裝如圖1，其內部等效電路如圖2所示。

555芯片內部由2個電壓比較器、1個RS觸發器、1個放電三極管和3個5K歐姆電阻組成。A1和A2是兩個高增益的電壓比較器，其輸出端分別接到RS觸發器的R端和S端。其中A1稱為上比較器，A2稱為下比較器。由于R1、R2、R3的阻值相等，所以引腳5處的電位為2/3Vcc，6引腳為閾值輸入端。下比較器A2的同向輸入端電位為1/3Vcc，反向輸入端（引腳2）作為輸入端。A1和A2的輸出端分別連接到RS觸發器S（置位端）和R（復位端），以控制輸出端引腳3的電平狀態和放電三極管的導通與截止。555芯片真值如表1所示。

2 模擬器轉向燈電路設計

采用雙極性555芯片設計拖拉機模擬器轉向燈電路，將555芯片設定為非穩態觸發器（也稱為多諧振蕩器），其輸出能夠按一定周期在“0”和“1”之間變換，形成矩形波。

2.1 555芯片非穩態工作原理

555芯片非穩態連接方法見圖3。

圖3是非穩態工作模式最常用的連接方式之一，充、放電的切換通過引腳7來控制。當輸出為邏輯“1”時，放電管三極管VT截止，1，7引腳斷開，引腳7懸空，充電回路開始工作，回路為Vcc—R1—R2—C；充電過程使2，6引腳電位不斷升高，當引腳6電位升高到2/3Vcc時，輸出變為邏輯“0”。當輸出為邏輯“0”時，放電三極管VT導通，1，7引腳短接，放電回路開始工作，回路為C—R2—7—地；放電過程使2，6引腳電位不斷降低，當引腳2處電位降至1/3Vcc時，輸出變為邏輯“1”。

2.2 模擬器轉向燈電路原理圖

本拖拉機駕駛模擬器轉向燈電路原理圖使用Proteus軟件進行繪制。該模擬器轉向燈的操作與真車轉向燈的操作相似，并且伴有實車轉向時的“滴答”聲。本電路主要由555定時器和繼電器、2個聯動開關組成。采用2個聯動開關組成開關電路是因為這種連接方式可以實現轉向時繼電器工作而不轉向時繼電器不工作，既節省電量又增加繼電器的使用壽命。當聯動開關SW1閉合時，繼電器按一定頻率吸合，使D4，D5發光二極管閃爍。當聯動開關SW2閉合時，D3，D4發光二極管閃爍。其工作原理為：555定時器被設定為非穩態工作模式，因此管腳3構成了一個常規的脈沖輸出，這一脈沖信號激活繼電器的線圈，且以固定的時間間隔控制繼電器開啟與關閉。二極管D1的作用是保證只有來自555定時器輸出的正信號能夠到達繼電器線圈。D2作為一個回掃二極管，能夠防止線圈中小電流流入555定時器，避免555定時器損壞。計算555定時器發射脈沖信號和停止發射脈沖信號的時間由R1，R2，C1來確定。

發射脈沖時間為T1=0.693×（R1+R2）×C1；停止發射脈沖時間為T2=0.693×R1×C1；震蕩頻率為f =。

本轉向燈的發射脈沖時間為0.38 s，停止發送脈沖的時間為0.35 s，震蕩頻率為1.37 Hz，LED燈閃爍周期為1.4次/s。

2.3 驅動電路仿真

拖拉機模擬器轉向電路原理見圖4。

圖4所示的拖拉機駕駛模擬器電源為直流12 V，555芯片輸出信號頻率約為1.37 Hz。通過Proteus仿真軟件進行仿真，示波器輸出顯示電壓波形圖。示波器如圖5所示。

由圖5可知，輸出波形為矩形方波信號，頻率為約為1.37 Hz，輸出信號穩定、可靠，證明所提出的設計方案正確，且能滿足拖拉機駕駛模擬器轉向燈的設計要求。

3 結論

利用該方法設計的拖拉機模擬器轉向燈電路具有結構簡單、價格低廉，使用壽命長、LED燈顯示效果好等優點，并在操作拖拉機模擬器轉向時，伴有實車轉向時的“滴答”聲，提高了拖拉機駕駛模擬器的真實感。