Ministerul educaţiei naţionale şi cercetării ştiinţifice colegiul tehnic "tomis" constanţA Școală europeană

5.5. Indicatoare electronice de bord
5.5.1. Indicatoare optice
5.5.1.1. Indicator cu 4 tranzistoare şi 3 becuri
Dispozitivul din fig.5.9 indică tensiunea de la bornele bateriei de acumulatoare prin intermediul a 3 becuri de 6V/l00 mA - având culorile roşu, galben, verde și sunt plasate pe panoul de bord al automobilului.

Astfel: '

- beculB₁ (roşu) - aprins indică E < 8,2 V (stare de avarie - bateria este descărcată sau are două elemente scurtcircuitate sau există un consum exagerat în circuitul electric);

- beculB₂ (galben) - aprins indică E = 12 V (stare normală - cu motorul oprit);

- beculB₃ (verde) - aprins indică E > 13,2 V (stare normală - cu motorul pornit corespunzătoare încărcării bateriei de către alternator).

Valorile acestor praguri pot fi eventual modificate prin utilizarea unor diode Zener DZ₁, DZ₂ şi/sau DZ₃ de alte valori.

Dispozitivul se alimentează prin intermediuI întreruptorului cheii de contact I. La închiderea acestui întreruptor se realizează în mod normal şi autoverificarea becurilor dispozitivului care se aprind succesiv astfel:

1. 
   becul galben (demarorul - neconectat);
   
2. 
   becul roşu (demarorul - acţionat);
   
3. 
   becul verde (motorul - în funcţiune).
   

Fig.5.9 Indicator de tensiune cu 4 tranzistoare şi 3 becuri

5.5.1.2. Indicator cu 3 tranzistoare şi 3 diode electroluminescente
Circuitul din fig.5.10 indică tensiunea bateriei de acumulatoare prin aprinderea diodelor electroluminescente DEL₁ (roşie), DEL₂ (galbenă) şi DEL₃ (verde) - plasate pe panoul de bord - astfel:

- dioda roşie – aprinsă indică E < 10 V sau E > 15 V (starea de avarie);

- diodele roşie şi galbenă – aprinse indică E = 10,5 V;

- dioda galbenă - aprinsă indică E = 12 V;

- diodele galbenă şi verde - aprinse indică E = 13 V;

- dioda verde - aprinsă indică E = 14 V;

- diodele verde şi roşie - aprinse indică E = 15 V.

Fig.5.10 Indicator de tensiune cu 3 tranzistoare şi 3 diode electroluminescente

Valorile acestor praguri pot fi modificate şi eventual reglate cu precizie prin alegerea unor diode Zener, având tensiunile V_z de valori adecvate.

Ca şi celelalte dispozitive indicatoare cu diode electroluminescente şi acesta poate avea circuitul imprimat, astfel realizat încât să permită montarea în spaţiul disponibil pe panoul de bord al automobilului.

Tabelul 5.1

Semnificaţia diodelor electroluminescente la funcţionarea autoturismului

5.5.1.3. Indicator cu circuitul integrat specializat U 1010 şi 3 diode electroluminescente
Ciruitul integrat U 1010 este special destinat identificării şi indicării continue a stării electrice a bateriei de acumulatoare (de 12 V) a unui automobil - prin aprinderea în diverse combinaţii a trei diode electroluminescente având culorile roşu, galben, verde plasate pe panoul de bord al automobilului (fig.5.11):

- dioda roşie aprinsă indică starea de avarie (E < 10 V, deci bateria este descărcată sau există un consum exagerat în circuitele echivalentului electric sau unul din elementele bateriei este scurtcircuitat);

- dioda galbenă aprinsă indică o stare normală a bateriei, când motorul este oprit (10 V  E  13 V);

- dioda verde aprinsă indică o stare normală a bateriei, când motorul este pornit (13 V < E < 15 V);

- diodele verde şi roşie aprinse simultan indică stare de avarie (E > 15 V - datorită funcţionării incorecte a releului de încărcare în timpul mersului motorului).

Fig.5.11 Indicator de tensiune cu circuitul integrat U 1010 şi 3 diode electroluminescente

Grupul condensator cu diodă Zener - conectat în paralel pe bornele bateriei de acumulatoare - are rolul de a proteja circuitul integrat contra vârfurilor parazite de tensiune care pot apare în circuitul de alimentare datorită bobinei de inducţie şi/sau alternatorului.

Faţă de dispozitivele similare având aceeaşi funcţie, dar realizate cu componente discrete, soluţia utilizării circuitului integrat specializat oferă: precizie în indicarea intervalelor de tensiune, stabilitatea performanţelor la variaţia de temperatură, preţ relativ scăzut, conectare şi montare foarte simple.

5.5.1.4. Indicatoare de siguranţe electrice defecte (arse)
În fig.5.12 este reprezentată o variantă simplificată a instalaţiei electrice a unui autoturism. Sistemul de indicare optică se realizează prin conectarea în paralel pe fiecare siguranţă fuzibilă a câte unui bec B₁ ... B_8. Cât timp siguranţele sunt bune, acestea sunt stinse, dar atunci când se ard, determină aprinderea becurilor respective.

Fig.5.12 Indicator optic individual de siguranţe electrice defecte (arse)

5.5.1.5. Indicator universal pentru circuitele becurilor
În general, controlul circuitelor becurilor se efectuează electric, în mod simplu, cu ajutorul unor becuri indicatoare amplasate pe panoul de bord, care sunt puse sub tensiune concomitent cu becurile din circuitele respective (faza lungă, luminile STOP, luminile de mers înapoi, de semnalizare, de poziţie, etc.), aprinzându-se simultan cu acestea.

Dacă însă unul din aceste becuri nu funcţionează (fie datorită arderii, fie prin întreruperea circuitului lor), becurile indicatoare continuă să funcţioneze întrucât se menţine tensiunea lor de alimentare.

Circuitul din fig.5.13 înlătură acest dezavantaj, deoarece este acţionat nu de tensiunea de alimentare (comună), ci de curentul consumat - sau nu - de becurile lămpilor supravegheate. În acest scop pentru fiecare circuit controlat, se poate monta în serie un astfel de dispozitiv.

Rezistenţa R* produce la bornele sale o cădere de tensiune U proporţională cu curentul I consumat de becul B, conform relaţiei U = R* I.

Fig.5.13 Indicator universal pentru circuitele becurilor

Dacă T₁ conduce, T₂ se blochează şi prin dioda electroluminescentă DEL - montată pe panoul de bord al conducătorului auto - nu circulă curent (dioda fiind deci stinsă).

La arderea unuia din becurile B, curentul prin rezistenţa R* se reduce, iar tensiunea la bornele ei, de asemenea. În consecinţă, T₁ se blochează, T₂ intră în conducţie şi dioda DEL luminează indicând funcţionarea incorectă a circuitului de lumină supravegheat.

5.5.1.6. Indicator centralizat pentru luminile de poziţie şi stop
Dispozitivul din fig.5.14 semnalizează pe tabloul de bord al conducătorui auto -la aprinderea becului B - nefuncţionarea (prin arderea becului sau întreruperea circuitului respectiv) oricăreia din luminile de poziţie (faţă-spate), de stop sau de iluminare a numărului de înmatriculare.

În acest scop, în fiecare din lămpile supravegheate menţionate mai sus, în vecinătatea becurilor respective, e plasat câte un fototranzistor având rolul de a transforma lumina emisă de acestea în semnale electrice adecvate prelucrării în circuitul dispozitivului. Fototranzistoarele FT₄ şi FT₅ supraveghează fiecare câte două becuri - în general montate în acelaşi corp de lampă sau câte două filamente (5 + 21 W) ale unui aceluiaşi bec. Astfel, pe intrarea C a circuitului logic SAU (reprezentat de diodele D3, D₄, D₅) pot apare semnale corespunzătoare celor trei posibilităţi de funcţionare: luminile de poziţie, luminile de stop sau ambele tipuri de lumini.

Fig.5.14 Indicator centralizat pentru luminile de poziţie şi stop

Dispozitivul este astfel conceput încât să reacţioneze la două niveluri de iluminare: redus (corespunzător luminilor de poziţie) şi ridicat (corespunzând luminilor de stop sau a luminilor de stop, cât şi luminilor de poziţie). În acest scop au fost prevăzute rezistenţele diferite R₃ şi R₄ conectate la tensiunea de alimentare cu întreruptoarele I₁ sau I₂. Diodele D₁ şi D₂ evită interconectarea circuitelor luminilor de poziţie - spate şi luminilor de stop.

Ziua, când luminile de poziţie nu sunt aprinse, dispozitivul supraveghează doar luminile de stop. Noaptea însă, circuitul permite supravegherea permanentă atât a luminilor de stop, cât şi a celor de poziţie şi de iluminare a numărului de înmatriculare. Datorită structurii sale, dispozitivul supraveghează noaptea, în spate, în principal luminile de poziţie, dar când se frânază (închizând astfel I₁), dispozitivul verifică automat luminile de stop.

De menţionat că, în momentul conectării luminilor de poziţie sau frânei, becul B (normal stins) se aprinde pentru foarte scurt timp - datorită inerţiei termice a filamentelor becurilor – apoi, dacă totul este în ordine, se stinge.
5.5.1.7. Indicator cu tiristor pentru luminile de stop
În circuitul din fig.5.15, atât timp cât I₁ este deschis, prin primarul transformatorului TR nu circulă curent, iar becurile B₁, B₂ şi B₃ sunt stinse.

La închiderea întrerupătorului I₁ (prin apăsarea pedalei de frână), curentul rezultat în primarul transformatorului determină aprinderea becurilor B₁ şi B₂ din lămpile de STOP. Întrucât cele două înfăşurări din primar sunt identice şi parcurse de curenţii i₁ şi i₂, având sensuri opuse şi valori egale (dacă becurile funcţionează corect), rezultă că în secundarul TR nu se va induce nici o tensiune (prin închiderea întrerupătorului I₁), iar becul B₃ va rămâne stins ("funcţionarea corectă").

Dacă însă unul din becurile B₁ sau B₂ este ars, curentul respectiv din primar va fi nul şi prin închiderea întrerupătorului I₁, în secundarul TR apare un impuls de tensiune care se aplică prin dioda D (ce selectează doar impulsurile de polaritate adecvată) tiristorului Th, amorsându-l. Astfel, becul B₃ se aprinde, indicând arderea unuia din becurile lămpilor de STOP. Acest bec rămâne aprins până la acţioarea întrerupătorului I₂ (plasat pe panoul de bord).

Fig.5.15 Indicator cu tiristor pentru luminile de stop

5.5.1.8. Dispozitiv (cu sau fără indicator) pentru comutarea automată bec ars/bec de rezervă

Un dispozitiv mai eficace - dar mai costisitor - decât indicatorul de becuri nefuncţionale (arse) este cel din fig.5.16, care realizează înlocuirea automată a becului supravegheat, B ars, cu becul de rezervă B' de aceeaşi putere plasat în apropiere.

Becurile importante astfel dublate pot fi cele din indicatoarele şi semnalizatoarele de bord, dar şi cele din semnalizatoarele exterioare (de ex. de schimbare a direcţiei de mers, de STOP etc.).

Se evită astfel consecinţele neplăcute ale defectării accidentale a unui asemenea bec - eveniment imposibil de realizat pe timpul rulării de conducătorul auto, în absenţa unor dispozitive electronice adecvate.

În circuitul din fig.5.16 întrerupătorul I controlează funcţionarea becului supravegheat B, alimentat de la bateria de acumulatoare E prin intermediul rezistenţei R₂. Căderea de tensiune datorată curentului prin aceasta determină conducţia tranzistorului T₁ şi blocarea tranzistorului T₂, deci nefuncţionare becului de rezervă B’.

La întreruperea filamentului becului B₁ dispare căderea de tensiune la bornele rezistenţei R₂; în consecinţă T₁ se blochează, iar T₂ intră în conducţie determinând aprinderea becului B’.

În cazul unor becuri B şi B’ mai puternice de 5 W, este necesar ca tranzistorul T₂ să fie de tipul 2N 3055 (montat pe un radiator) şi să se reducă adecvat valorile rezistenţelor R₁ şi R₂.

Fig.5.16 Dispozitiv pentru comutarea automată bec ars/bec de rezervă

5.5.1.9. Indicator de apariţie a condiţiilor de polei
Se ştie că poleiul apare pe carosabil atunci când acesta este umed, iar temperatura mediului ambiant scade sub +2°C ... 0°C.

Dioda electroluminescentă DEL a indicatorului din fig.5.17 este stinsă atunci când temperatura mediului exterior este superioară valorii de +2°C. Sub acest prag ea se aprinde cu intermitenţe (cu atât mai frecvent cu cât temperatura se apropie de 0°C), iar sub 0°C dioda rămâne permanent aprinsă.

Traductorul de temperatură este un termistor (montat într-o cutie ecran având rolul de a evita erorile datorate curenţilor de aer), care este expus temperaturii mediului exterior autovehiculului.

Fig.5.17 Indicator de apariţie a condiţiilor de polei

Întrucât circuitul M 3900 funcţionează într-o gamă largă de tensiuni de alimentare (1 ... 36 V), nu este necesară o stabilizare a tensiunii de +12 V.

Amplificatorul operaţional AO₂ funcţionează ca circuit basculant astabil, furnizând o tensiune dreptunghiulară cu perioada T = 1 s. Rezistenţele R₆, R₇ şi R₈ determină limitele superioară şi inferioară ale tensiunii pe condensatorul C₁.

Tensiunile de ieşire ale amplificatoarelor AO₁ şi AO₂ sunt comparate cu AO₃. Când tensiunea de ieşire a astabilului este inferioară celei a cicuitului AO₁, la ieşirea comparatorului apare tensiunea de + 12 V, care determină aprinderea diodei electroluminescente (rezistenţa R₉ limitând curentul prin ea la cca 25 mA).

Etalonarea circuitului se efectuează cu ajutorul rezistenţei reglabile P₁, astfel încât cu termistorul introdus într-un vas cu apă şi gheaţă care se topeşte (temperatura de aproximativ 0⁰C), DEL să se aprindă în permanenţă.

Întrucât consumul este foarte redus – în repaus (DEL-stins) - 2,5 mA, iar în funcţionare (DEL-aprins) - 25 mA, dispozitivul poate fi menţinut permanent sub tensiune.
5.5.2. Indicatoare acustice
5.5.2.1. Indicatoare monotonale pentru semnalizatorul de direcţie şi/sau de avarie
Circuitele prezentate în fig.5.18 în două variante: cu tranzistoare (a) şi cu porţi logice tip ŞI-NU integrate(b) - generează pe durata conectării tensiunii de alimentare un sunet specific, având frecvenţa şi intensitatea constante indiferent de direcţia semnalizată. Un astfel de dispozitiv se poate conecta în paralel pe oricare din becurile semnalizatoare optice plasate pe panoul de bord al automobilului, realizând în habitaclu o semnalizare acustică - uneori mult mai eficientă decât cea optică (pe panoul de bord).

Eventual, se poate utiliza un acelaşi indicator acustic pentru indicarea mai multor "evenimente" (ca de exemplu: frână de mână trasă, presiunea uleiului - prea scăzută, apă de răcire - prea caldă, portbagajul deschis, funcţionarea semnalizatoarelor de schimbare a direcţiei, etc.), alimentând semnalizatorul cu tensiunea de 12 V provenind de la oricare din aceste circuite prin intermediul diodelor D₁ .... D_n, evitând astfel influenţarea reciprocă a circuitelor controlate.

Circuitul din fig.5.18 este un circuit basculant astabil (multivibrator) nesimetric, care produce o tensiune cvasidreptunghiulară, a cărei frecvenţă se poate regla cu ajutorul rezistenţei semireglabile P. El funcţionează chiar atunci când tensiunea de alimentare variază între 6 V ... 12 V (semnalul din difuzor variind evident în funcţie de această tensiune).

Difuzorul se poate conecta în circuitul colectorului atunci când impedanţa lui e diferită de 50  - prin intermediul unui transformator de adaptare corespunzător.

Fig.5.18 Indicatoare monotonale pentru semnalizatorul de direcţie şi/sau de avarie:

a) cu tranzistoare; b) cu porţi logice ŞI-NU integrate
Circuitul din fig.5.18.b este tot un multivibrator - dar realizat cu circuite logice TTL (trei porţi logice ŞI-NU - din cele patru ale circuitului integrat tip CDB-400 - sunt conectate ca inversoare). Frecvenţa semnalului cvasidreptunghiular generat depinde de valorile componentelor C₁, C₂, R₃, R₄.

Puterea transmisă difuzorului este însă mai mică decât în primul caz. La nevoie se mai poate introduce un etaj de amplificare.

Dispozitivul poate fi declanşat de mai multe circuite controlate prin intermediul diodelor D₁ ... D_n, care evită influenţarea lor reciprocă.
5.5.2.2. Avertizor monotonal cu tranzistoare
Circuitul basculant astabil din fig.5.19.a produce un semnal dreptunghiular (având frecvenţa de aproximativ 1 kHz), care se aplică difuzorului. Acesta se alege astfel încât, împreună cu rezistenţa cu care este montat în serie, să fie prezentă o impedanţă totală de 500  ... 150  (în funcţie şi de nivelul sonor dorit - mai ridicat la valori mai mici ale acestei rezistenţe).

Avertizorul poate fi declanşat prin conectarea tensiunii de alimentare (fie de 12 V, fie de 6 V).

În cazul existenţei mai multor evenimente capabile să declanşeze fiecare avertizorul, se poate utiliza un circuit SAU conectat ca în fig.5.19.b. Circuitul basculant astabil va fi alimentat doar atunci când T₁ conduce - ceea ce se întâmplă atunci când se închide K₁ (la scăderea presiunii uleiului) sau K₂ (dacă alternatorul nu mai încarcă acumulatorul - ca urmare, de exemplu, a ruperii curelei de transmisie respective). În ambele cazuri, conducătorul auto este avertizat atât optic (prin aprinderea beculeţelor B₁ şi B₂) cât şi acustic.

Semnalul acustic este mai puternic în acest caz datorită prezenţei etajului amplificator T₄.

Frecvenţa sunetului generat poate fi reglată prin modificarea valorilor condensatoarelor C₁ şi C₂.

Fig.5.19. Avertizor monotonal cu tranzistoare:

a. circuit basculant astabil (multivibrator); b. multivibrator cu circuit de declanşare
Pe autovehicule sunt în continuare amplificate puternic (de un amplificator adecvat) și aplicate unui traductor electroacustic special de tip difuzor.

5.5.3. Avertizoare optice
5.5.3.1. Avertizor pulsatoriu cu bec, la 12 V
Dispozitivul din fig.5.20 realizează o lumină intermitentă (eventual roşie) suficient de puternică pentru a semnaliza noaptea, sau în condiţii de vizibilitate redusă, prezenţa unui autovehicul imobilizat pe carosabil. El înlocuieşte astfel clasicul triunghi reflectorizant.

Fig.5.20 Avertizor pulsatoriu cu bec la 12V

Tranzistoarele T₁ şi T₂ formează un circuit basculant astabil a cărui frecvenţă de oscilaţie se poate eventual regla, modificând valorile capacităţilor C₁ şi C₂. Tranzistoarele T₃ şi T₄ amplifică în curent, pentru a furniza becului echivalent B puterea de 30 W necesară (eventual, T₄ necesită un radiator).
5.5.3.2. Avertizor pulsatoriu cu diode electroluminescente
Circuitul din fig.5.21 realizează - la conectarea tensiunii de alimentare (cu întreruptorul I, eventual prin intermediul unui circuit logic SAU cu mai multe intrări) - avertizarea optică a conducătorului auto prin aprinderea/stingerea diodei electroluminescente DEL₁ cu o frecvenţă de aproximativ 1 Hz.

Introducând în circuit o a doua dioda electroluminescentă, DEL₂ (eventual de culoare verde, dacă DEL₁ este roşie), se obţine o funcţionare pulsatorie, în contratimp, a celor două diode.

Fig.5.21 Avertizor pulsatoriu cu diode electroluminescente

Un asemenea circuit - deosebit de simplu şi eficace - poate fi util în construcţia tuturor avertizoarelor/indicatoarelor optice.
5.5.3.3. Semnalizator de viteză maximă admisibilă
Acest dispozitiv (fig.5.22) - derivat din turometrul electronic cu E 555 - sesizează (optic sau acustic - în funcţie de preferinţe) atingerea unei anumite turaţii maxime - corespunzătoare, în treapta de viteză utilizată, unei anumite viteze maxime a automobilului.

Prin introducerea mai multor rezistenţe semireglabile se pot sesiza şi indica mai multe valori maxime prestabilite ale turaţiei (de exemplu, pentru diferitele trepte de viteză posibile ale cutiei de viteze), în gama 500 ... 6 000 ture/minut.

Ieşirea Q a dispozitivului se află în ,,1’’ logic (corespunzând unei tensiuni de cca 10 V) - atunci când frecvenţa impulsurilor aplicate la intrare se află sub limita prestabilită. La depăşirea acestui prag, ieşirea Q basculează în ,,0’’ logic (corespunzând tensiunii 0 V). În funcţie de tipul avertizorului (optic san acustic) utilizat, ieşirea Q poate controla un releu electromagnetic, cu tranzistor de putere, etc.

Fig.5.22 Semnalizator de viteză maximă admisibilă

Impulsurile aplicate pe intrarea I trebuie să fie scurte şi în logică negativă. Ele pot proveni, de exemplu, de la ruptor prin intermediul unui circuit de filtrare şi limitare adecvat (similar celui utilizat la turometrul electronic).

Aceste impulsuri declanşează cicluri periodice de temporizare ale circuitului integrat CI₁ (având constanta de timp RC). Dacă perioada de repetiţie a acestor impulsuri de comandă devine inferioară timpului necesar -condensatorului C_l să se încarce până la tensiunea de prag - sus de basculare (0,66 V+), atunci tensiunea de ieşire a CI₁ rămâne în ,,1’’ logic şi constituie semnal de intrare pentru Cl₂.

Descărcarea condensatorului C₁ este asigurată de tranzistorul T₁.

Rezistenţa semireglabilă R₁ (în una sau mai multe exemplare, comutate cu K) prereglează pragul de frecvenţă maximă ce trebuie sesizat. Rezistenţa semireglabilă R₂ se reglează astfel încât ieşirea CI₂ să rămână stabil în ,,1’’ logic pentru frecvenţa cea mai mică a impulsurilor aplicate la intrare.

5.5.3.4. Semnalizator de nivel minim al lichidului de frână
Dispozitivul din fig.5.23 semnalizează optic conducătorului auto scăderea nivelului lichidului de frână (din unul sau două rezervoare metalice) sub un anumit prag inferior – datorită unor cauze multiple, cum ar fi, de exemplu, ruperea sau fisurarea unei conducte, garnituri, etc.

Senzorul de nivel minim este reprezentat de o pereche de electrozi izolaţi faţă de masă şi astfel plasaţi în rezervoarele lichidului de frână, încât vârfurile electrozilor să ajungă până la nivelul minim admisibil de semnalizat. Dacă nivelul lichidului scade sub această limită - la oricare dintre electrozi sau la amândoi - bazele tranzistoarelor T₁ şi/sau T₂ (reprezentând două comutatoare electronice) nu mai sunt conectate la masă (prin intermediul lichidului de frână - bun conducător de electricitate) şi în consecinţă T₁ şi/sau T₂ intră în conducţie determinând conducţia tranzistoarelor T₃ şi T₄ (amplificatoare), precum şi declanşarea avertizorului optic (,,de avarie’’) B.

Fig.5.23 Semnalizator tranzistorizat de nivel minim al lichidului de frână

De remarcat că avertizorul intră în funcţiune şi la o întrerupere accidentală a circuitului senzorului (ruperea conductorului, contacte imperfecte, etc.).

Curentul ce parcurge un electrod este foarte scăzut (1,4 A), întrucât lichidul de frână are o conductibilitate electrică mică. Astfel, dispozitivul poate funcţiona sigur între -25°C ... +100°C.

Electrozii se realizează din bară sau sârmă de alamă, având diametrul exterior de 3 ... 6 mm.

Pentru a nu se modifica rezervorul original cu lichid de frână, este recomandabil ca fiecare electrod să se fixeze în buşonul (din material plastic, în general) care închide orificiul de umplere a rezervorului respectiv. În acest scop, se poate eventual confecţiona un buşon identic, având electrodul fixat central prin filetare.

Varianta cu două rezervoare de lichid de frână, se referă la automobilele având două circuite independente de frână (soluţie care conduce la creşterea fiabilităţii în exploatare a sistemului de frânare).

Dispozitivul funcţionează într-o gamă relativ largă a tensiunii de alimentare (8,5 ... 16 V). Avertizorul optic poate fi eventual dublat de un avertizor acustic adecvat.