常傳義

摘要：為提高拖拉機(jī)駕駛模擬器系統(tǒng)的真實(shí)性和互動(dòng)性，采用雙極性555芯片設(shè)計(jì)拖拉機(jī)駕駛模擬器的轉(zhuǎn)向燈電路。詳細(xì)說明雙極性555芯片非穩(wěn)態(tài)工作模式的設(shè)定方法及原理，介紹拖拉機(jī)模擬器轉(zhuǎn)向燈電路的連接方法。仿真結(jié)果表明，輸出波形為方波信號(hào)，閃爍頻率為84次/min，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：駕駛模擬器；拖拉機(jī)；雙極性555定時(shí)器；多諧振蕩器

中圖分類號(hào)：S219.032.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）01-0041-03

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和人機(jī)交互模式的不斷發(fā)展，虛擬駕駛模擬器越來越受到關(guān)注。近年來，我國(guó)汽車、飛機(jī)、船舶等駕駛模擬器有了較高水平的突破，但在拖拉機(jī)駕駛模擬器方面還有所欠缺。尤其在轉(zhuǎn)向燈設(shè)計(jì)方面，有些駕駛模擬器采用軟件進(jìn)行模擬，真實(shí)感不強(qiáng)。若采用與拖拉機(jī)實(shí)車相同的轉(zhuǎn)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(fù)雜的問題。為此，采用555芯片和LED等相關(guān)電子元件，設(shè)計(jì)拖拉機(jī)駕駛模擬器轉(zhuǎn)向燈電路，以提高拖拉機(jī)駕駛模擬器的真實(shí)感、互動(dòng)性、沉浸性，且電路具有穩(wěn)定性和可靠性。

1 雙極性555時(shí)基電路及時(shí)序特征

雙極性555芯片是一種數(shù)字和模擬功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，可在5～15 V電壓范圍內(nèi)工作，輸出的驅(qū)動(dòng)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(yīng)用于電子控制、電子檢測(cè)、儀器儀表、家用電器等。555芯片價(jià)格低廉、性能可靠，只需外配幾個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙菰?，就可以?gòu)成振蕩器、脈沖發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生器、方波發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器等。555芯片封裝如圖1，其內(nèi)部等效電路如圖2所示。

555芯片內(nèi)部由2個(gè)電壓比較器、1個(gè)RS觸發(fā)器、1個(gè)放電三極管和3個(gè)5K歐姆電阻組成。A1和A2是兩個(gè)高增益的電壓比較器，其輸出端分別接到RS觸發(fā)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(fā)器S（置位端）和R（復(fù)位端），以控制輸出端引腳3的電平狀態(tài)和放電三極管的導(dǎo)通與截止。555芯片真值如表1所示。

2 模擬器轉(zhuǎn)向燈電路設(shè)計(jì)

采用雙極性555芯片設(shè)計(jì)拖拉機(jī)模擬器轉(zhuǎn)向燈電路，將555芯片設(shè)定為非穩(wěn)態(tài)觸發(fā)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(wěn)態(tài)工作原理

555芯片非穩(wěn)態(tài)連接方法見圖3。

圖3是非穩(wěn)態(tài)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(dāng)輸出為邏輯“1”時(shí)，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(dāng)引腳6電位升高到2/3Vcc時(shí)，輸出變?yōu)檫壿嫛?”。當(dāng)輸出為邏輯“0”時(shí)，放電三極管VT導(dǎo)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(dāng)引腳2處電位降至1/3Vcc時(shí)，輸出變?yōu)檫壿嫛?”。

2.2 模擬器轉(zhuǎn)向燈電路原理圖

本拖拉機(jī)駕駛模擬器轉(zhuǎn)向燈電路原理圖使用Proteus軟件進(jìn)行繪制。該模擬器轉(zhuǎn)向燈的操作與真車轉(zhuǎn)向燈的操作相似，并且伴有實(shí)車轉(zhuǎn)向時(shí)的“滴答”聲。本電路主要由555定時(shí)器和繼電器、2個(gè)聯(lián)動(dòng)開關(guān)組成。采用2個(gè)聯(lián)動(dòng)開關(guān)組成開關(guān)電路是因?yàn)檫@種連接方式可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向時(shí)繼電器工作而不轉(zhuǎn)向時(shí)繼電器不工作，既節(jié)省電量又增加繼電器的使用壽命。當(dāng)聯(lián)動(dòng)開關(guān)SW1閉合時(shí)，繼電器按一定頻率吸合，使D4，D5發(fā)光二極管閃爍。當(dāng)聯(lián)動(dòng)開關(guān)SW2閉合時(shí)，D3，D4發(fā)光二極管閃爍。其工作原理為：555定時(shí)器被設(shè)定為非穩(wěn)態(tài)工作模式，因此管腳3構(gòu)成了一個(gè)常規(guī)的脈沖輸出，這一脈沖信號(hào)激活繼電器的線圈，且以固定的時(shí)間間隔控制繼電器開啟與關(guān)閉。二極管D1的作用是保證只有來自555定時(shí)器輸出的正信號(hào)能夠到達(dá)繼電器線圈。D2作為一個(gè)回掃二極管，能夠防止線圈中小電流流入555定時(shí)器，避免555定時(shí)器損壞。計(jì)算555定時(shí)器發(fā)射脈沖信號(hào)和停止發(fā)射脈沖信號(hào)的時(shí)間由R1，R2，C1來確定。

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

本轉(zhuǎn)向燈的發(fā)射脈沖時(shí)間為0.38 s，停止發(fā)送脈沖的時(shí)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(qū)動(dòng)電路仿真

拖拉機(jī)模擬器轉(zhuǎn)向電路原理見圖4。

圖4所示的拖拉機(jī)駕駛模擬器電源為直流12 V，555芯片輸出信號(hào)頻率約為1.37 Hz。通過Proteus仿真軟件進(jìn)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(hào)，頻率為約為1.37 Hz，輸出信號(hào)穩(wěn)定、可靠，證明所提出的設(shè)計(jì)方案正確，且能滿足拖拉機(jī)駕駛模擬器轉(zhuǎn)向燈的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

利用該方法設(shè)計(jì)的拖拉機(jī)模擬器轉(zhuǎn)向燈電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)、LED燈顯示效果好等優(yōu)點(diǎn)，并在操作拖拉機(jī)模擬器轉(zhuǎn)向時(shí)，伴有實(shí)車轉(zhuǎn)向時(shí)的“滴答”聲，提高了拖拉機(jī)駕駛模擬器的真實(shí)感。