2.3 Выбор элементной базы узлов устройства

В качестве датчика загрязнения стекла выбрана оптопара EL817 с открытым оптическим каналом, особенностью которого является возможность управлять извне интенсивностью излучения, попадающего от излучателя к фотоприемнику оптопары.

Оптопара работает с компаратором К1401СА1. Это счетверенный компаратор среднего быстродействия (t_ЗАД≤120 нс) и небольшого тока потребления (I_ПОТ≤45 мА). Компаратор работает в диапазоне питающего напряжения 3…16,5В.

Параметры оптопары EL817:

прямой ток 20 мА

пробивное напряжение коллектор – эмиттера 15 В

напряжение насыщения коллектор – эмиттера 5 В

В качестве времязадающих элементов использованы таймеры КР1006ВИ1[2]. Они имеют следующие достоинства: небольшие размеры (восьмивыводной корпус DIP); минимальное количество и простота расчета времязадающих R,C-элементов обвязки; достаточно мощный выход (I_ВЫХ≈100мА) позволяет работать непосредственно на транзистор средней мощности КТ815А.

Транзистор КТ815А выбран с запасом по току, для того чтобы иметь возможность использования его без теплоотвода (постоянная рассеиваемая мощность без теплоотвода транзистора КТ815А Р_РАС=1ВТ) для снижения массогабаритных параметров [1].

Диоды КД522Б и КД106А выбраны из-за своих миниатюрных размеров, а следовательно, занимаемой площади на печатной плате. Немалую роль играет их доступность и дешевизна. Электрические параметры данных диодов не критичны, поэтому они удовлетворяют поставленным условиям.

1	Напряжение питания	от 3 до 15 В
2	Выходное напряжение низкого уровня     при Uп=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Iвых=5 мА     при Uп=15 В, Uср=11,5...14 В, Iвых=0,1 А	не более 9,35 В не более 2,5 В
3	Выходное напряжение высокого уровня     при Uп=5 В, Uср=1,8...2,8 В, Iвых=0,1 А     при Uп=15 В, Uср=5,5...8 В, Iвых=0,1 А	не менее 2,75 В не менее 12,5 В
4	Ток потребления     при Uп=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Uвх=2,3...3,3 В     при Uп=15 В, Uср=11,5...14 В, Uвх=7...9,5 В	не более 6 мА не более 15 мА
5	Ток сброса при Uп=15 В	не более 1,5 мА
6	Выходной ток при Uп=15 В	не более 2 мкА
7	Ток срабатывания	250 нА
8	Время нарастания (спада)	300 нс
9	Начальная погрешность при Uп=15 В	не более 3 %

Таблица 2.1. Электрические параметры микросхемы КР1006ВИ1

2.4 Принципиальная электрическая схема системы управления стеклоочстителем

Принципиальная электрическая схема разработанной системы управления стеклоочистителем приведена на листеДП 1.140706.65.11.27.07 00 Э3 .

Система стеклоочистки работоспособна при включённом выключателе зажигания и при наличии сигнала от датчика дождя. При переводе подрулевого переключателя в положении “0” из любых рабочих положений через выводы 53 и 53е накоротко замыкается обмотка якоря через основные щётки, чем обеспечивается динамическое торможение электродвигателя стеклоочистителя.

Рассмотрим работу системы управления стеклоочистителем в каждом режиме.

Работа устройства при прерывистом режиме

Для организации этого режима подрулевой переключатель переводится в положение 1, 2. Сигнал от датчика дождя подаётся на генератор прямоугольных импульсов (ГПИ).

ГПИ построен на базе ИМС DD1 [2] (рисунок 2.2). Он генерирует сигнал с регулировкой длительности подстроечным резистором R4 и регулировкой паузы переменным резистором R3, расположенным в корпусе рычага подрулевого переключателя Длительность импульсов задаётся резисторами R1, R4 и конденсатором С1.Длительность паузы задаётся резисторами R2, R3 и конденсатором С1. Формирование на выходе схемы последовательности импульсов происходит в результате заряда и разряда времязадающего конденсатора С1.

Рисунок 2.2 - Схема генератора прямоугольных импульсов и осциллограммы его работы

При подключении схемы к источнику питания конденсатор С1 заряжается от 0 до 2/3 Uп через резисторы R1, R4 и диод VD1 за время T0. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно Uп. В момент T0, когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет величины 2/3Uп, потенциал выводов 3 и 7 падает до нуля и конденсатор С1 начинает разряжаться от 2/3 до 1/3Uп через диод VD2, резисторы R3, R2 и вывод 7 микросхемы DD1. Время T0 определяет продолжительность выхода таймера на периодический рабочий режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся импульсы. Конденсатор С2 снижает влияние помех на длительность формируемых импульсов.

В момент появления импульса на выходе ГПИ (момент времени t₁) открываются транзисторы VT1 и VT3, и питание +12 В от замкнутого выключателя зажигания (точка Н), через вывод 15 блока управления, точку M, к–э переход транзистора VT3, точку F, вывод S блока управления , выводы 53е, 53 подрулевого переключателя, точку В, вывод 1 привода стеклоочистителя подаётся на щётку электродвигателя стеклоочистителя – щётки выходят из паркового положения. В момент времени t₂ щётки стеклоочистителя отклоняются на угол достаточный для переключения контактов концевого выключателя из нормальнозамкнутого положения 1–2 в положение 1–3. Во время отсутствия импульса напряжение на выходе ГПИ уменьшается практически до нуля, и транзисторы VT1, VT3 закрываются, а питание на электродвигатель стеклоочистителя подаётся посредством контактов 1–3 концевого выключателя. Замкнутые контакты 1–3 концевого переключателя обеспечивают открытие транзисторов VT2, VT4 тем самым подаётся питание электродвигателя стеклоочистителя по следующей цепи: +12 В от выключателя зажигания, точка Н, вывод 15 блока управления, точка M, к–э переход транзистора VT4, точка F, вывод S блока управления, выводы 53е, 53 подрулевого переключателя, точка В, вывод 1 привода стеклоочистителя, щётка электродвигателя стеклоочистителя (момент времени t₂ – t₃ ). Электродвигатель останавливается (щётки не движутся) после возвращения щеток в парковое положение (момент времени t₃–t₄).

Таким образом, с приходом последующего импульса с ГПИ (момент времени t₄) цикл повторится.

Рисунок 2.3 - Осциллограммы в контрольных точках принципиальной схемы системы управления стеклоочистителем

Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя

Совместная работа стеклоочистителя и стеклоомывателя обеспечивается блоком управления. Для организации этого режима подрулевой переключатель из исходного положении “0” переводится в нефиксированное положение 5. Вследствие чего питание через выводы 53аh и W подрулевого переключателя подаётся на электродвигатель омывателя и схему задержки блока управления (вывод 86. блока управления стеклоочистителем).

Схема задержки состоит из следующих узлов:

- Времязадающая цепь (С3, R6, VD3);

- Резистивный делитель (R7, R8);

- Компаратор DA1.

При подачи питания на времязадающую цепь, потенциал в точке К мгновенно примет значение U_К-U_VD3= 11,6 В, что превышает значение потенциала в точке L (U_L=3 В), с выхода компаратора будет сниматься высокий уровень напряжения и следовательно транзисторы VT1, VT3 откроются (момент времени t₀–t₁). При отключении питания времязадающей цепи в момент t₁, контакты подрулевого переключателя вернутся в положение “0” и цепь питания электродвигателя стеклоочистителя замкнётся, щётки стеклоочистителя начнут двигаться. В это же время конденсатор C3 начинает разряжаться через резистор R7. Диод VD3 препятствует разряду конденсатора С3 через электродвигатель омывателя. Как только потенциал в точке К станет меньше потенциала в точке L с выхода компаратора будет сниматься низкий уровень напряжения и следовательно транзисторы VT1, VT3 закроются. За время разряда конденсатора С3 (t₁–t₂) щётки стеклоочистителя успевают сделать 3 цикла работы. В конце третьего цикла доведение щёток стеклоочистителя в парковое положение (при необходимости) осуществляется посредством контактов концевого выключателя аналогично, как было рассмотрено в выше описанном режиме (момент времени t₂–t₃).

Рисунок 2.4 – Осциллограммы в контрольных точках принципиальной схемы системы управления стеклоочистителем (Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя).

Работа на первой скорости

Режим работы на первой скорости осуществляется переведением подрулевого переключателя в положение 3. Питание через вывод 53а и 53 подрулевого переключателя, вывод 1 привода стеклоочистителя, подается на щётку электродвигателя стеклоочистителя постоянно. При этом доведение щёток стеклоочистителя в парковое положение осуществляется посредством контактов концевого выключателя аналогично, как было рассмотрено в выше описанных режимах

Работа на второй скорости

В этом случае подрулевой переключатель устанавливается в положение 4. Питание через вывод 53а и 53b подрулевого переключателя, вывод 2 привода стеклоочистителя, подается постоянно на щётку электродвигателя стеклоочистителя, смещённую на некоторый угол от геометрической нейтрали.

При выборе элементной базы принципиальной схемы, в качестве элементов DA1, выбираем микросхемы типа LM111N [19]. В качестве интегрального таймера DD1 по справочнику выбираем микросхему КР1006ВИ1 [16]. На рисунке 2.5 показана функциональная схема ИМС КР1006ВИ1 (NE555).

Схема состоит из следующих узлов:

- Резистивный делитель (R1–R3);

- Два компаратора – верхний (ВК) и нижний (НК);

- Триггер памяти (Тр);

- разрядный транзистор (VT3);

- выходные транзисторные каскады (VT1, VT2).

Рисунок 2.5 – Функциональная схема ИМС КР1006ВИ1 (NE555)

Резистивный делитель содержит три одинаковых резистора и подает на нижний по схеме компаратор напряжение U_н = Un/3, а на верхний – напряжение U_в = 2Un/3. Таким образом, если на выводе 2 таймера напряжение станет меньше, чем Uн, то на триггер пойдет сигнал установки в единицу, транзистор VT1 откроется и с выхода 3 таймера будет сниматься высокий уровень напряжения; если же напряжение на выводе 6 станет больше, чем U_B, то с верхнего компаратора на триггер придет сигнал установки в нуль, транзистор VT1 закроется, а транзисторы VT2 и VT3 откроются тем самым, образуя цепь: вывод 7 таймера – переход коллектор-эмиттер транзистора VT3– вывод 1 таймера.