Дипломная работа: Разработка автомобильного стробоскопа
Учитывая, что микроконтроллер работает в условиях мощных электромагнитных помех, его неиспользуемые выводы соединены с общим проводом, а вывод R E S E T подключен непосредственно к источнику питания +5 В.
Светодиод LXHL-LW3C имеет угол излучения 140 град, но для серии "STAR" фирма LUMILEDS выпускает линзу-коллиматор LXHL-NX05, применение которой позволяет получить световой пучок с углом 10 град.
Кнопки SB 1, SB 2, управляют работой стробоскопа. SB 1 – разрешает работу стробоскопу, SB 2 –осуществляет выбор между режимами работы стробоскопа.
Через разъем ХР 1 на входы контроллера (PD 1, PD 4)поступают дискретные информационные сигналы, которые подлежат дальнейшей логической обработке и в зависимости от выбранной функции пользователем (тахометр или стробоскоп), выдается результат на жидкокристаллический модуль по восьми битной шине данных.
С вывода порта РА 1 поступает последовательность импульсов идущих на светодиод стробоскопа.
От аккумулятора аналоговый сигнал поступает на вход цифро-аналового преобразователя (АЦП) контроллера (РА 0). После логической обработки этого сигнала результата выдается на ЖКМ.
Конденсатор С 4 обеспечивает аппаратный сброс контроллера при включении питания. При отсутствии напряжения или его пропадании конденсатор С 4 оказывается разряженным. После появления напряжения питания на контакте RESET микроконтроллера удерживается низкий уровень до тех пор, пока конденсатор С 4 не зарядится через резистор.
Для АЦП используется внешний источник опорного напряжения к которому подключен фильтр (L 1С 5) для повышения помехозащищенности.
Для регулировки подцветки ЖКМ используется резистор R 8.
Резистор R 12 необходим для управления контрастностью ЖКМ.
3.2 Принципиальная электрическая схема стробоскопа с лампой вспышкой
Импульсные лампы обеспечивают высокую яркость вспышек, но имеют ограниченный срок службы и требуют источника повышенного напряжения.
3.2.1 Физические принципы построения ламп-вспышек
Принцип работы любой лампы-вспышки основан на явлении отдачи мощного светового импульса инертным газом в момент прохождения через него импульса тока большой величины [11]. В качестве рабочего наполнителя для ламп-вспышек часто используются такие газы, как ксенон и криптон. Ксеноновые лампы-вспышки предназначены для использования в фотографических аппаратах, высокоскоростных копирах, стробоскопах и т. д. Лампы, в которых наполнителем служит криптон, предназначены в основном для использования в схемах накачки лазеров.
3.2.2 Конфигурация ламп-вспышек
Лампа-вспышка конструктивно представляет собой баллон из кварцевого или боросиликатного стекла, заполненный под высоким давлением инертным газом ксеноном или криптоном. В баллон впаяны два электрода – анод и катод. На внешней стороне баллона наносится полоска токопроводящего покрытия, к которому присоединяется третий — поджигающий электрод.
Часто функции поджигающего электрода выполняют несколько витков тонкой проволоки, намотанной на баллон снаружи.
Формы баллона бывают самые различные: дугообразные, кольцевые, спиральные и т. д.
Устройство лампы-вспышки показано на рисунок 3.1.
Рисунок 3.1 – Устройство лампы-вспышки
Вне зависимости от материала используемого стекла и электродов, лампы-вспышки имеют три основных конструктивных характеристики, определяющих степень их применения. К таким параметрам относятся:
1) расстояние между внутренними электродами (e );
2) внутренний диаметр колбы (r );
3) используемый газ.
Соотношение этих величин определяет длительность разряда, интенсивность светового излучения и, соответственно, сферу применения. Так, например, если отношение e/r <5, лампы будет иметь короткую разрядную дугу и высокую интенсивность излучения, если же это соотношение находится в пределах 10<e /r <20, лампа будет обладать большим внутренним сопротивлением и длительной фазой разряда.
3.2.3 Разрядная характеристика
Процесс вспышки можно условно разделить на две основные фазы: фазу поджига и фазу разряда. На рисунке 3.6 приведена разрядная характеристика, поясняющая процессы, происходящие в лампе.
В момент подачи напряжения на поджигающий электрод напряжение между анодом и катодом лампы максимально и равно значению, до которого заряжен разрядный конденсатор. По мере ионизации газа внутри лампы происходит постепенное снижение напряжения между анодом и катодом при незначительном увеличении анодного тока, что является следствием постепенного образования ионной дорожки между электродами внутри лампы. В какой-то момент времени внутреннее сопротивление лампы достигнет такого предела, при котором произойдет резкое увеличение анодного тока и разряд конденсатора, иными словами, наступает электрический пробой. Внутри лампы в этот момент происходит образование плазмы, разогретой до температуры 7000÷10000 К, и высвобождение яркого светового импульса с длительностью от 10 мкс до 10 мс. Сопротивление лампы в этот период времени составляет примерно 0,1÷5 Ом. Процесс образования плазмы показан на рисунке 3.5.
По мере разряда конденсатора происходит уменьшение анодного напряжения при постепенном снижении разрядного тока, что ведет к прекращению процесса. Вспышка продолжает «гореть», пока напряжение на лампе не упадет до уровня гашения.
Такой процесс генерации светового импульса является разовым и краткосрочным по времени своего действия. Для его возобновления необходимо повторение описанных выше фаз.
3.2.4 Световая энергия вспышки
Световая энергия определяется произведением светового потока вспышки на ее длительность и косвенно может быть выражена электрической энергией заряженного конденсатора W , Дж:
(3.1)