светофор и устройство защиты его от помех

Формула изобретения

1. Светофор, содержащий по меньшей мере один источник света с заданным цветовым свечением, в том числе красным, и/или желтым, и/или зеленым цветом, расположенный внутри корпуса с защитным стеклом, и по меньшей мере один источник его питания, отличающийся тем, что источник света снабжен устройством защиты от помех, причем первый и второй входы указанного устройства подключены к первому и второму выходам источника питания, а выходы его подключены ко входам источника света.

2. Светофор по п.1, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде платы со светоизлучающими диодами.

3. Светофор по п.2, отличающийся тем, что светоизлучающие диоды на плате объединены в параллельно соединенные группы, состоящие по меньшей мере из одного светоизлучающего диода, причем диоды в группах последовательно соединены с соответствующими резисторами, выводы крайних из указанных элементов в группах являются первым и вторым входами источника света.

4. Светофор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что устройство защиты от помех выполнено на плате со светоизлучающими диодами или на отдельной плате.

5. Светофор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что корпус выполнен секционным для установки источников света с заданным цветовым свечением.

6. Светофор по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде источника постоянного тока.

7. Светофор по п.6, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде выпрямителя переменного тока.

8. Светофор по п.7, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде выпрямителя переменного тока сети.

9. Светофор по п.6, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде аккумулятора, или солнечной энергетической установки, или ветровой энергетической установки.

10. Устройство защиты от помех, содержащее узел задания опорного напряжения, транзистор, средство переключения, отличающееся тем, что средство переключения выполнено в виде транзисторного ключа, введены первый, второй, третий резисторы, первый и второй конденсаторы, токоограничивающий резистор и диод, анод которого подключен к коллектору транзистора, а катод к первым выводам первого резистора, первого конденсатора и транзисторного ключа, второй вывод которого подключен ко вторым выводам первого резистора, первого конденсатора, первому входу узла задания опорного напряжения и первому выводу второго конденсатора, а третий к первому выводу второго резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом второго конденсатора и первым выводом токоограничивающего резистора, второй вывод которого соединен со вторым входом узла задания опорного напряжения, к первому и второму выходам которого подключены соответственно эмиттер и база транзистора, причем второй вывод транзисторного ключа и первый вывод третьего резистора являются первым и вторым входами устройства, выходами которого являются третий вывод транзисторного ключа и второй вывод второго резистора.

11. Устройство защиты от помех по п.10, отличающееся тем, что узел задания опорного напряжения выполнен в виде мостовой схемы, содержащей диод в диагонали и включенные в противоположные ее плечи два резистора и два стабилитрона, причем точки соединения катода одного стабилитрона и анода другого стабилитрона с соответствующими выводами указанных резисторов являются первым и вторым входами узла задания опорного напряжения, первым и вторым выходами которого являются катод и анод в диагонали мостовой схемы.

12. Устройство защиты от помех по п.10 или 11, отличающееся тем, что транзисторный ключ выполнен в виде МДП транзистора, затвор, исток и сток которого являются соответственно первым, вторым и третьим выводами транзисторного ключа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области регулирования дорожного движения и может быть использовано для регулирования движения транспорта и пешеходов через перекрестки.

Известен светофор с корпусом, состоящим из трех секций, каждая из которых имеет козырек над соответствующим окном, источник света в виде лампы накаливания, защитное стекло в виде цветной рассеивающей линзы, уплотнитель, отражатель [1].

Недостатками этого светофора являются большое потребление электроэнергии и низкая надежность из-за малой долговечности ламп накаливания.

Известен светофор, содержащий корпус с линзой и заключенный в указанном корпусе источник света, выполненный в виде печатной платы со светоизлучающими диодами и подключенный к устройству питания в виде выпрямителя переменного тока сети [2].

Известен светофор, содержащий корпус с линзой и заключенный в нем источник света, подключенный к устройству питания и управления, причем источник света выполнен в виде платы со светоизлучающими диодами [3].

Недостатками известных светофоров является низкая помехозащищенность, что не исключает ложных его срабатываний (засветок) от помех и наводок, возникающих от контактных сетей троллейбусного, трамвайного, железнодорожного транспорта или силовых кабелей промышленно-бытового назначения.

Известно устройство защиты от помех (в виде реле минимального напряжения), содержащее узел задания опорного напряжения (пороговое устройство), включающее стабилитрон на входе и стабилитрон в мостовой схеме, средство переключения в виде реле, транзистор (см. авторское свидетельство СССР N 237235, МКИ Н 01 Н 83/12, публ. 1969г.).

Известное устройство имеет низкую надежность срабатывания из-за применения механического узла (реле), что ограничивает его применение, например, в светофоре для защиты его источника света от помех, в том числе от пониженного напряжения в сети.

Изобретение решает задачу снижения потребления электроэнергии, повышения надежность работы и помехозащищенности светофора.

Поставленная задача достигается тем, что в светофоре, содержащем по меньшей мере один источник света с заданным цветовым свечением, в том числе красным, и/или желтым, и/или зеленым цветом, расположенный внутри корпуса с защитным стеклом, и по меньшей мере один источник его питания, источник света снабжен устройством защиты от помех, причем первый и второй входы указанного устройства подключены к первому и второму выходам источника питания, а выходы его подключены ко входам источника света.

Целесообразно источник света выполнить в виде платы со светоизлучающими диодами.

Предпочтительно светоизлучающие диоды на плате объединить в параллельно соединенные группы, состоящие по меньшей мере из одного светоизлучающего диода, причем диоды в группах последовательно соединены с соответствующими резисторами, причем выводы крайних из указанных элементов в группе являются первым и вторым входами источника света.

Целесообразно устройство защиты от помех выполнить на плате со светоизлучающими диодами или на отдельной плате.

Целесообразно корпус выполнить секционным для установки источников света заданного цветового свечения.

Предпочтительно источник питания выполнить в виде источника постоянного тока.

Целесообразно источник питания выполнить в виде выпрямителя переменного тока.

Предпочтительно источник питания выполнить в виде выпрямителя переменного тока сети.

Целесообразно источник питания выполнить в виде аккумулятора, или солнечной энергетической установки, или ветровой энергетической установки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве защиты от помех, содержащем узел задания опорного напряжения, транзистор, средство переключения, указанное средство переключения выполнено в виде транзисторного ключа, введены первый, второй, третий резисторы, первый и второй конденсаторы, токоограничивающий резистор и диод, анод которого подключен к коллектору транзистора, а катод к первым выводам первого резистора, первого конденсатора и транзисторного ключа, второй вывод которого подключен ко вторым выводам первого резистора, первого конденсатора, первому входу узла задания опорного напряжения и первому выводу второго конденсатора, а третий - к первому выводу второго резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом второго конденсатора и первым выводом токоограничивающего резистора, второй вывод которого соединен со вторым входом узла задания опорного напряжения, к первому и второму выходам которого подключены соответственно эмиттер и база транзистора, причем второй вывод транзисторного ключа и первый вывод третьего резистора являются первым и вторым входами устройства, выходами которого являются третий вывод транзисторного ключа и второй вывод второго резистора.

Целесообразно в устройстве защиты от помех узел задания опорного напряжения выполнить в виде мостовой схемы, содержащей диод в диагонали и включенные в противоположные ее плечи два резистора и два стабилитрона, причем точки соединения катода одного стабилитрона и анода другого стабилитрона с соответствующими выводами указанных резисторов являются первым и вторым входами узла задания опорного напряжения, первым и вторым выходами которого являются катод и анод диода в диагонали мостовой схемы.

Предпочтительно транзисторный ключ выполнить в виде МДП транзистора, затвор, исток и сток которого являются соответственно первым, вторым и третьим выводами транзисторного ключа.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, положительного эффекта не имеется.

На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Фиг. 1 изображает вариант выполнения светофора с одним источником света.

Фиг. 2 изображает блок-схему светофора на фиг. 1.

Фиг. 3 изображает вариант выполнения светофора с трехсекционным корпусом для размещения трех источников света различного цветового свечения.

Фиг. 4 изображает блок-схему светофора на фиг.3.

Фиг. 5 изображает электрическую схему узла защиты от помех. Светофор (фиг. 1) содержит расположенный внутри корпуса 1 с защитным стеклом 2 и козырьком 3 источник 4 света, выполненный в виде (печатной) платы 5 со светоизлучающими диодами 6 с заданным цветовым свечением, в том числе красным и/или желтым и/или зеленым цветом, и источник 7 его питания. Источник 4 света снабжен устройством 8 защиты от помех, причем первый и второй входы указанного устройства 8 (фиг.2) подключены к первому и второму выходам источника 7 питания, а выходы его подключены ко входам 9, 10 источника 4 света.

Целесообразно устройство 8 защиты от помех выполнить на плате 5 со светоизлучающими диодами 6. Возможно его размещение на отдельной плате.

Для установки нескольких источников 4 света (например, двух, трех, четырех, пяти) разного цветового свечения корпус 1 выполняют секционным.

В качестве источника 7 питания может быть применен выпрямитель переменного тока сети, выполненный, в частности, в виде двух полупериодного диодного (выпрямительного) моста, и/или аккумулятора, и/или солнечной энергетической установки, и/или ветровой энергетической установки.

Наиболее широкое применение находят трехцветные светофоры (с красным, зеленым и желтым цветами свечения соответственно) с питанием от выпрямителя переменного тока сети.

Светофор (фиг. 1) содержит корпус 1, в частности, состоящий из трех секций 1а, 1б, 1в, например, красного, желтого и зеленого цветов свечения, снабженных защитными стеклами 2а, 2б, 2в (бесцветными линзами-рассеивателями) и козырьками 3а, 3б, 3в. Внутри каждой из указанных секций установлен соответствующий источник 4 (4а, 4б, 4в) света, выполненный в виде платы 5 (5а, 5б, 5в) со светоизлучающими диодами 6 (6а, 6б, 6в) соответственно красного, желтого и зеленого цветов свечения. Каждый источник света через соответствующие ему устройство (8а, 8б, 8в) защиты и источник (7а, 7б, 7в) питания, выполненный в виде двухполупериодного выпрямителя, подключен к соответствующему входу 11, 12, 13 питающей сети.

Светоизлучающие диоды 6 на плате 5 объединены в необходимом количестве в параллельно соединенные группы из одного или нескольких светоизлучающих диодов 6. Светоизлучающие диоды 6 в группах последовательно соединены с соответствующими резисторами 14. Выводы крайних из указанных элементов (в частности, резисторов 17 и последних светоизлучающих диодов 6) в группе являются первым и вторым входами 9, 10 источника 4 света (фиг. 4).

Защитное стекло 2 может быть выполнено светопропускающим, в том числе прозрачным, например, в виде неокрашенной линзы, или иметь на внешней поверхности линзовые элементы различной конфигурации.

Устройство 8 защиты от помех (фиг.5) содержит узел 15 задания опорного напряжения, транзистор 16, средство переключения, выполненное в виде транзисторного ключа 17, первый, второй, третий резисторы 18, 19, 20, первый и второй конденсаторы 21,22, токоограничивающий резистор 23 и диод 24, анод которого подключен в коллектору транзистора 16, а катод к первым выводам первого резистора 18, первого конденсатора 21 и транзисторного ключа 17, второй вывод которого подключен ко вторым выводам первого резистора 18, первого конденсатора 21, первому входу узла 15 задания опорного напряжения и первому выводу второго конденсатора 22, а третий - к первому выводу второго резистора 19, второй вывод которого подключен к первому выводу третьего резистора 20, второй вывод которого соединен со вторым выводом второго конденсатора 22 и первым выводом токоограничивающего резистора 23, второй вывод которого соединен со вторым входом узла 15 задания опорного напряжения, к первому и второму выходам которого подключены соответственно эмиттер и база транзистора 16, причем второй выход транзистора ключа 17 и первый вывод третьего резистора 20 являются первым и вторым входами устройства, выходами которого являются третий вывод транзисторного ключа 17 и второй вывод второго резистора 19.

Узел 15 задания опорного напряжения выполнен в виде мостовой схемы, содержащей диод 25 в диагонали и включенные в противоположные ее плечи резисторы 26 и 27 и стабилитроны 28 и 29, причем точки соединения катода одного стабилитрона 28 и анода другого стабилитрона 29 с соответствующими выводами резисторов 27 и 26 являются первым и вторым входами узла 15 задания опорного напряжения, первым и вторым выходами которого являются катод и анод диода 25 в диагонали мостовой схемы.

Транзисторный ключ 17 может быть выполнен в виде МДП транзистора, затвор, исток, сток которого являются соответственно первым вторым и третьим выводами транзисторного ключа 17.

Устройства (8a, 8б и 8в) защиты от помех, согласно фиг.2,4, соединены по входу через источники (7а, 7б и 7в) питания (двухполупериодные выпрямители) со входами 11, 12, 13 питающей сети соответственно красного, желтого и зеленого цветов и по выходу со входами 9, 10 источников (4а, 4б и 4в) света, выполненных в виде плат 5 со светоизлучающими диодами 6 красного, желтого и зеленого цветов свечения соответственно (в частности, в форме матрицы светоизлучающих диодов 6). Предлагаемая схема позволяет включать светоизлучающие диоды 6 только при заданной амплитуде входного сигнала. Устройство 8 защиты выполнено таким образом, что входные сигналы с малой амплитудой и длительностью (помехи и наводки) не открывают его, а входной сигнал питающей сети открывает транзисторный ключ 17 устройства 8 защиты от помех и входное напряжение прикладывается к входам 9,10 источника 4 света.

Устройство работает следующим образом. При эксплуатации светофора от сети переменного тока переменное напряжение поступает, например, на вход 11 секции 1а корпуса 1 светофора с красным цветовым свечением и через источник питания 7а и устройство 8a защиты поступает на вход источника 4а света (матрицы светоизлучающих светодиодов) красного цвета свечения. Источник 7а питания осуществляет двухполупериодное выпрямление входного сетевого сигнала и подачу его на устройство 8a защиты от помех. Устройство 8a защиты от помех за каждый полупериод входного сигнала формирует специальные импульсы и подает их на вход источника 4а света.

Эти импульсы формируются на полевом транзисторном ключе 17 с помощью мостовой схемы (реализованной на резисторах 26, 27 и стабилитронах 28, 29), в диагональ которой включен базо-эмиттерный переход транзистора 16, токозадающий резистор 23 и цепь задержки, состоящий из резистора 20 и конденсатора 22.

Например, сигнал напряжения питающей сети недостаточен для открытия транзисторного ключа 17 (или на входе появился сигнал помехи). В этом случае ток, протекающий через ограничительный резистор 23 и элементы (25-29) мостовой схемы, недостаточен для отпирания транзистора 16 и соответственно через диод 24, первый резистор 18 и первый конденсатор 21 держит в закрытом положении транзисторный ключ 17. Ток через источник 4а света не протекает, красный сигнал светофора не горит.

При поступлении сигнала питающей сети на вход красной секции 1а происходит увеличение протекающего тока в элементах мостовой схемы. Транзистор 16 открывается и создает цепь заряда конденсатора 21 через диод 24 до напряжения стабилитрона 29. Это напряжение поступает на транзисторный ключ 17 и открывает его, подключая источник 4а света к входу 11 питающей сети. Через источник 4а света (матрицу светоизлучающих диодов) протекает ток, вызывая красное свечение красного сигнала светофора.

При отсутствии на входе питающего напряжения конденсатор 21 разряжается через резистор 18, транзисторный ключ 17 закрывается, исключая прохождение токов утечки, наводок и помех через источник 4а света. При этом сигнал светофора не горит.

Секции 1б, 1в соответственно желтого и зеленого сигнала светофора работают аналогичным образом.

Использование в качестве устройства защиты мостовой схемы 15 с транзисторным ключом 17, обеспечивающей управление включением и отключением источника 4 света, позволяет повысить уровень достоверности отображения сигналов путем сравнения их с заданным уровнем амплитуды входного сигнала. Высокая надежность отображения обеспечивается благодаря исключению ложных засветок (срабатываний) от помех и наводок, что повышает удобство его эксплуатации. Все это в совокупности ведет к решению поставленной задачи.

Предлагаемое техническое решение испытано в опытных образцах светофоров с подтверждением достижения поставленной задачи.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1494025, МКИ G 08 G 1/095.

2. Заявка РФ на полезную модель N 96104440/20, МКИ F 21 Q 3/00.

3. Свидетельство РФ на полезную модель N 10918, МКИ G 08 G 1/00 - прототип.