Оптоелектроний годинник

АНОТАЦІЯ

В даній роботі розглянуто основний принцип роботи оптоелектронного годинника, побудованого на базі логічних оптоелектронних схем. Ччасові діаграми роботи та функціональна схема годинника представлені за допомогою креслень, виконаних в КОМПАС 3D LT 5.11.

ЗМІСТ

Вступ

1. Будова оптоелектронного годинника .

2. Принцип роботи оптоелектронного годинника

3. Установка оптоелектронного годинника

4. Корекція часу в оптоелектронному годиннику

4.1. Ручний режим корекції часу

4.2. Автоматична корекція часу

5. Конструктивне виконання оптоелектронногогодинника.

6. Формула винаходу.

7. Висновки

ВСТУП

Оптоелектронна схемотехніка – порівняно молоде науково-технічне направлення. Вона розширилась за останні 10-15 років у зв’язку з новими досягненнями в технології виробництва оптоелектронних елементів (в тому числі в інтегральному виконанні). Це призвело до значному прогресу оптоелектронної елементної бази в різних технічних приладах та системах.

Першочергово багато спеціалістів називали оптоелектронікою порівняно вузьку область науки та техніки, в яку включались лише фотоприймачі та світловипромінювачі. Оптрони розглядалися як пасивні кола, основним призначенням яких рахували гальванічну розв’язку електричних кіл. Однак успіхи, які досягненні в останній час в цій області, змінили поняття оптоелектроніки. З’явилися терміни „функціональна оптоелектроніка”, „багатофункціональні оптоелектронна модулі”, тощо. Таким чином, в наш час оптоелектроніка стала самим багатогранним науковим направленням, області застосування якої в техніці, біології, медицині, тощо.

Ідея застосування світлового потоку в якості носія інформації виникла більш ніж ста років тому. Вона бере свій початок з 1864 року, коли Д.Максвел вперше показав електромагнітну природу світлових коливань. Використання світлових випромінювань в технічний пристроях стало більш очевидним, коли в 1973 р. У.Сміт відкрив внутрішній та зовнішній фотоефект. У 1917 р. А.Ейнштейн сформулював умови вимушеного випромінювання; у 1940 р. В.Фабрикант знайшов властивість підсилення випромінювання при проходженні його через речовину. Когерентна опто-електроніка свій розвиток отримала дякуючи відкриттю у 1947 р. Д.Габором голографії, де були вперше сформульовані методи фіксації зображення об’єкту. Радянський вчений В.Денисов вперше отримав кольорове зображення об’єкту. Когерентна оптоелектроніка почала інтенсивно розвиватися з 1954 р., коли радянські вчені А.Прохоров та Н.Басов створили вперше зразки лазеру (починаючи з 1960 р. розроблюються різні типи лазерів: газові, твердотільні, напівпровідникові). З 1970р. створюються світло випромінюючі та фото приймальні діоди, в яких застосовуються ефекти інжекційної електролюмінісценції (дата відкриття ефекту – 1956 р.) та лавинні ефекти напівпровідникових діодів. Оптоелектронна дискретні компоненти (світловипромінювачі, фотоприймачі, оптрони, тощо) були розроблені та удосконалені С.В.Свечніковим, Ю.Р.Носовим, Є.І.Адировичем, В.А.Гороховим та іншими радянськими вченими. Досліджуванню принципів багатофункціональної оптоелектронної схемотехніки (некогерентної) посвячені роботи В.П.Кожем’яко та О.Г.Натрошвили, початі ще у 1972 р.

Можна бачити два основних направлення оптоелектроніки: когерентну (на базі застосування лазерної техніки) та некогерентну (на базі напівпровідникових світловипромінювачів та фотоприймачів). Ці два направлення доповнюють один одного та мають спільну ціль – створити пристрої, які працюють на оптико-електронних чи електронно-оптичних принципах, де при зберіганні, обробці та передачі інформації використовуються електричні заряди разом з електрично нейтральними фотонами.

Застосування оптоелектронної схемотехніки відкриває широкі можливості у підвищені ефективності ряду спеціалізованих інформаційно-вимірювальних та обчислювальних пристроїв. Саме х цих позицій висока комунікабельність та завадозахищеність схемотехніки функціональної оптоелектроніки вказує на нові перспективи при організації однорідних обчислювальних середовищ у вигляді „операційних екранів” – спец процесорів для обробки зображень з розширеними інтелектуальними властивостями обчислювальної техніки. Таким чином, оптоелектронна схемотехніка досягла рівня розвитку, який дозволяє будувати різні структури з розширеними функціональними можливостями, зберігання та обробку великих масивів інформації. Наявність фотонного зв’язку оптичної ланки дозволяє значно підвищити щільність інформації в каналі зв’язку, його швидкодія, завадозахищеність функціональних елементів та вузлів, їх схемотехнічну гнучкість та надійність.

В системах, де існує щільний зв’язок людини з інформаційно-обчислюваними пристроями, індикації інформації принципово необхідна для швидкого сприйняття людини, зчитування та внесення коректування у процес керування. В зв’язку з цим дуже актуальна задача побудови таких пристроїв вимірювальної, обчислювальної та керувальної техніки, де процеси вимірювання, запам’ятовування, перетворення та обробки сигналів, які супроводжуються також візуальною індикацією. Подібні пристрої повинні бути реалізовані на елементах оптоелектронної схемотехніки. Такими елементами являються некогерентні оптрони з пам’яттю суміщення функцій перетворення, зберігання та візуальної індикації в одному елементі дає реальну можливість створення на їх основі інформаційно-вимірювальних та обчислювальних структур, які відмінні новими функціональними можливостями. Вони характеризуються високими критеріями ефективності, мінімальними апаратурними затратами та високою швидкодією по відношенню з електронними (не оптоелектронними) пристроями та пристроями аналогічного призначення.

Дуже важливо та цікаво з точки зору теорії функціонування являється задача використання оптоелектронної схемотехніки для побудови багатофункціональних модулів у монолітному чи гібридному виконанні. Їх велике теоретичне і практичне значення заключається у тому, що ці не когерентні оптоелектронна модулі при вимірюванні зовнішніх збуджуючих умов, але без індикації з запам’ятовуванням виконують також аналогово-цифрові та цифроаналогові перетворювачі, додавання, зсув, перерахування (сукупність цих властивостей визначає примусову багатофункціональність оптоелектронних пристроїв).

Діапазон застосування оптоелектронної схемотехніки дуже широке. Але, щоб впровадження будь-якого із оптоелектронних пристроїв в тій чи іншій сфері було економічно доцільним, необхідно ґрунтовний аналіз наукових та інженерно-конструкторський пророблень.

ОПТОЕЛЕКТРОННИЙ ГОДИННИК

Цей винахід відноситься до інформаційно-вимірювальної техніки і може бути використаний для створення електронного годинника з псевдострілковою індикацією колективного та індивідуального використання. Ціллю винаходу являється зниження потужності споживання, підвищення ергономічних характеристик оптоелектронного годинника. Годинник містить генератор імпульсів, чотири ключа, формувач імпульсу корекції, одновібратори, два кола, що диференціюють, ключ управління, лічильникові тригери, елемент ИЛИ, п’ять кіл із світлодіода та резисторів, три оптоелектронні схеми ИЛИ-НЕ, шкали секунд, хвилин та годин, світлодіод.

На рис.1 показана електрична схема оптоелектронного годинника; на рис.2 – часові діаграми, які пояснюють роботу оптоелектронного годинника; на рис.3 – часові діаграми, які пояснюють процес корекції часу; на рис.4 – один з можливих варіантів конструктивного виконання циферблату та однієї стрілки оптоелектронного годинника; на рис.5 – оптоелектронна схема ИЛИ-НЕ.

1. Будова оптоелектронного годинника Оптоелектронний годинник містить генератор 1 імпульсів, чотири ключа 2-5, формувач 6 імпульсу корекції, п’ять одновібраторів 7-11, два кола, що диференціюють 12 та 13, ключ управління 14, чотири лічильникових тригера 15-18, схему ИЛИ 19, п’ять послідовних ланцюгів 20-24 з світлодіода та резистора, три оптоелектронна схеми ИЛИ-НЕ 25-27, оптоелектронна шкалу 29 хвилин, оптоелектронна шкалу 30 годин та світлодіод 31.

Розряди оптоелектронних шкал 28-30 містять світлодіоди 32 для індикації часу, фото тиристори 33 та світлодіоди 34.

Аноди світлодіодів 32 для індикації часу в оптоелектронних шкалах 28 і 30 з’єднанні та підключені до виходу ключа керування 14, вхід живлення, який підключений до входу живлення генератора 1 імпульсів, через ключ 2, коло яке диференціюється 12 та одновібратор 7 – до першого входу схеми ИЛИ 19, через ключ 3 – до входу джерела живлення, через коло яке диференціюється 13 та одновібратор 8 – до другого входу схеми ИЛИ 19 та установочного входу лічильникового тригера 18. Вихід схеми ИЛИ 19 підключен до входів встановлення лічильникових тригерів 15-17, генератора 1 імпульсів до входу одновібратора 11 та до керувального входу керувального ключа 14. Лічильниковий вхід лічильникового тригера 15 підключено до виходу генератора 1 імпульсів, через ключі 4 і 5 – до входам одновібраторів 9 і 10. Другий вхід одновібратора 7 через формувач 6 імпульса корекції, що підключено до входу радіоживлення. Анод світлодіода 31 через послідовне коло 20 з світлодіоду й резистора підключено до виходам керуючого ключа 14, а катод через послідовні кола 21 і 22 з світлодіода й резистора, підключено до інверсного та прямим виходам лічильникового тригера 18 і не посередньо – до виходу одновібратора 11. Оптичний вихід світлодіода 31 зв’язаний фототиристором 33 нульового розряду оптоелектронної шкали 28 секунд. Катоди світлодіодів 34 парних розрядів оптоелектронних шкал 28-30 об’єднанні в управляючі шини, які підключені до прямим виходам лічильникових тригерів 15-17, а не парних розрядів об’єднанні в управляючі шини, які підключені до інверсних виходів лічильникових тригерів 15-17, аналогічно, аноди світло діодів 34 підключені до катодам фототиристорів 33 відповідних розрядів. Аноди фототиристорів в кожному розряді в всіх оптоелектронних шкалах 28-30 підключені до катодам світлодіодів 32 для індикації часу, аноди, які в оптоелектронній шкалі 29 хвилин підключені до анодам фототиристорів 33 однойменних розрядів оптоелектронної шкали 30 годин. Кожні фототиристори 33 почлідовних і-их розрядів оптоелектронних шкал 28-30 оптично зв’язані з відповідними світлодіодами 34 попередніх (і-1)-их розрядів. Фототиристори 33 нульових розрядів в кожній шкалі 28-30 оптично зв’язяні з світло діодами 34. 59-і розряди. Оптичний вихід світлодіода 34 59-го розряду оптоелектронної шкали 28 секунд зв’язаний з першим оптичним входом оптоелектронної схеми ИЛИ-НЕ 25, вихід якого підключений до лічильникового входу тригера 16. світлодіоди 34 11-го, 23-го, 35-го, 47-го та 59-го розрядів оптоелектронної шкали 29 хвилин відповідно оптично зв’язані з першим, другим, третім, четвертим ті п’ятим входами оптоелектронної схеми ИЛИ-НЕ 26, вихід якої підключений до лічильникового тригера 17, а світлодіоди 34 15-го та 45-го розрядів – з першим та другим входами оптоелектронної схеми ИЛИ-НЕ 27, вихід якої підключений до лічильникового входу лічильникового тригера 18. Світло діоди послідовних кіл 20-24 оптично зв’язані відповідно з фототиристорами 33 нульових розрядів оптоелектронної шкали 29 та 30, фототиристором 33 30-го розряду оптоелектронної шкали 30 годин, другим входом оптоелектронної схеми ИЛИ-не 25 та шости входом оптоелектронної схеми ИЛИ-НЕ 26. Виходи одновібраторів 9 та 10 через послідовні кола 23 та 24 з світлодіода та резистора підключені до входу клерувального ключа 14. Оптичні зв’язки та індекційні виходи світлодіодів умовно зображенні лініями з стрілками.

2. Принцип роботи оптоелектронного годинника

Запуск оптоелектронного годинника здійснюється включенням ключа 3. При замиканні контактів ключа 3 початковий стан керуючого ключа 14 – відкрите, в результаті чого напруга живлення подається на оптоелектронна шкали 28-30, на послідовні кола 20-24, на вхід генератора 1 імпульсів, запускаючи його (перший імпульсів тривалістю 20-30мкс з’явиться через проміжок часу, який дорівнює 1 с, другий – через дві секунди тощо), і на коло, яке диференціюється 13, яка формує імпульс запуску одновібратора 8.

Імпульс високого рівня потенціалу з виходу одновібратора 8 тривалістю 100-150 мкс (тривалість цього імпульсу обирається більшою максимальною тривалістю перехідних процесів елементів оптоелектронних шкал 28-30) вплине високим рівнем потенціалу на встановлюваний вхід лічильникового тригера 18, через схему ИЛИ 19 – на встановлюючі входи лічильникових тригерів 15-17, встановлюючи на їх прямих виходах низький рівень потенціалу, а на інверсних – високий, через схему ИЛИ 19 – на встановлюваний вхід генератора 1 імпульсів, затримуючи появу першого імпульсу з його виходу на час дії імпульсу одновібратора 8, переднім фронтом через схему ИЛИ 19 впливає на керуючий вхід керуючого ключа 14, переводячи його в закритий стан на час дії імпульсу, а заднім фронтом впливає на вхід одновібратора 11, вихідний імпульс низького рівня потенціалу якого тривалість 30-50 мкс збуджує на такий самий час світлодіод 31 та світлодіоди послідовних кіл 20 та 21 з світлодіода та резистора, які включають оптично зв’язані з ними фототиристори 33, викликаючи тим самим збудження електрично зв’язаних з ними світло діодів 32 для індикації часу та світло діодів 34 нульових розрядів оптоелектронних шкал 28-30. Наявність низького рівня потенціалу на прямих виходах лічильникових тригерів 15-17 та внутрішньої пам’яті фототиристорів 33 здійснює запам’ятовування інформації в нульових розрядах всіх оптоелектронних шкал 28-30 після відключення фотодіодів 31 та послідовних кіл 20 та 21 з світлодіода і резистора по задньому фронту імпульсу з вихода одновібратора 11. при включенні нульового розряду шкали 29 хвилин збуджується світлодіод 32 для індикації часу нульового розряду шкали 29 хвилин та шкали 30 годин. Світловий потік світло діодів 34 нульових розрядів оптоелектронних шкал 28-30 впливає на оптично зв’язані з ними фототиристори 33 перших розрядів тих же шкал, підгодовуючи ці розряди до включення. Однак фототиристори 33 перших розрядів не включаються, так як на катодах послідовно зв’язаних з ними світлодіодів 34 присутній високий рівень потенціалу. Таким чином, при первинному включенні вихідний імпульс високого рівня потенціалу з виходу одновібратора 8 здійснює обнуління генератора 1 імпульсів, оптоелектронних шкал 28-30, установку лічильникових тригерів 15-18 в нульовий стан та збудження нульових розрядів оптоелектронних шкал 28-30, в результаті чого оптоелектронний годинник готовий до рахунку першого та наступних імпульсів генератора 1 імпульсів, наступних з частотою 1 Гц. Через одну секунду після зняття імпульсу одновібратора 8 (його заднього фронту) генератор 1 імпульсів видає перший імпульс, передній фронт якого, діючи на лічильниковий вхід лічильникового тригера 15, змінюючи потенціали на його виходах на протилежні. Таким чином на об’єднаних катодах світлодіодів 34 непарних розрядів оптоелектронної шкали 28 секунд з’явиться низький рівень потенціалу, а на об’єднаних катодах світлодіодів 34 парних розрядів – високий. В результаті відбувається включення фототиристора 33 першого розряду, так як він підготовлений оптичним сигналом світлодіода 34 нульового розряду цієї ж шкали 28, і на його катоді з’явиться низький рівень потенціалу, в результаті чого збуджуються електрично-зв’язані з ним світлодіод 34 та світлодіод 32 для індикації часу першого розряду, відбувається виключення фототиристора 33 нульового розряду (на його катоді з’являється високий рівень потенціалу) та відповідно гасіння світлодіода 32 для індикації часу та світлодіода 34 нульового розряду цієї ж шкали 28 секунд. Світлодіод 32 для індикації часу і світлодіод 34 першого розряду оптоелектронної шкали 28 секунд буде знаходитися у збудженому стані одну секунду, не дивлячись на те , що на оптичному вході фототиристора 33 цього розряду зникає оптичний сигнал з нульового розряду із-за наявності внутрішньої пам’яті у фототиристорі 33, підтримуючи світлодіод 32 індикації часу і світлодіод 34 першого розряду у збудженому стані до тих пір, поки на його катоді не з’явиться високий рівень потенціалу, який приведе до відсічки першого розряду. Таким чином, в момент переключення лічильникового тригера 15 утворюються вимоги для збудження першого розряду та гасіння нульового розряду оптоелектронної шкали 28. при відсутності кожного наступного імпульсу з вихода генератора 1 імпульсів збудження наступних і-их та гасіння попередніх (і-1)-их розрядів оптоелектронної шкали 28 відбувається аналогічно до 59-го розряду. Присутність 34 59-го розряду з фототиристором 33 нульового розряду шкали 28 секунд та з першим оптичним входом оптоелектронної схеми ИЛИ-не 25 дозволяє збудити аналогічно нульовий розряд, а також сформувати імпульс переносу в оптоелектронна шкалу 29. таким чином, оптоелектронна шкала 28 секунд функціонує в режимі кільцевого лічильника. Оптичний сигнал із світлодіода 34 59-го розряду шкали 28 секунд тривалістю 1 с впливає на вхід оптоелектронної схеми ИЛИ-НЕ 25, змінюючи потенціал на її виході з високого рівня на низький та в ході однієї секунди на її виході буде присутній низький рівень потенціалу, який не призводить до переключення лічильникового тригера 16 (так як він спрацьовує по передньому фронту імпульсу високого рівня). В момент виключення світлодіода 34 59-го розряду та включення нульового розряду оптоелектронної шкали 28 секунд, тобто з прибуттям 60-го імпульсу з генератора 1 імпульсів, на електричному виході оптоелектронної схеми ИЛИ-НЕ 25 і на лічильниковому вході лічильникового тригера 16 з’явиться високий рівень потенціалу (тобто передній фронт імпульсу), який перемикає лічильників тригер 16, в результаті чого потенціали на його виходах змінюються на протилежні, збуджується світлодіод 32 для індикації часу та світлодіод 34 1-го розряду шкали 29 хвилин, а також електрично-зв’язані з ним світлодіод 32 для індикації часу 1-го розряду оптоелектронної шкали 30 годин, вимикається світлодіод 34 нульового розряду оптоелектронної шкали 29 хвилин, а світлодіод 32 для індикації часу першого розряду оптоелектронної шкали 30 годин підтримується у збудженому стані за рахунок відкритого фототиристора 33 цього ж розряду. Процеси переключення розрядів в оптоелектронній шкалі 29 хвилин аналогічні описаним в оптоелектронній шкалі 28 секунд, з тією лише різницею, что при включенні світлодіода 32, для індикації часу будь-якого розряду шкали 29 хвилин завжди збуджується електрично-зв’язаний з ним світлодіод 32 для індикації часу відповідного розряду оптоелектронної шкали 30 годин. Збуджений світлодіод 32 для індикації часу та світлодіод 34 1-го розряду шкали 29 хвилин підтримується в цьому стані за рахунок внутрішньої пам’яті фототиристора 33 цього ж розряду та за рахунок оптичного потоку світлодіода 34 і готовності до збудження оптично-зв’язаний з ним фототиристор 33 2-го розряду оптоелектронної шкали 29 хвилин. Другий імпульс переносу, який з’являється на вході лічильникового тригера 16, одночасно з 120-им імпульсом з генератора 1 імпульсів переключає лічильників тригер 16 та переводить у збуджений стан другий розряд, а у не збудженому – перший розряд оптоелектронної шкали 29 хвилин. З приходом кожного наступного імпульсу переносу через оптоелектронну схему ИЛИ-НЕ 25 на лічильниковий вхід лічильникового тригера 16 збуджуються кожні і-е розряди і світлодіоди (і-1)-их розрядів переходять в стан відсічки в оптоелектронній шкалі 29 хвилин. Таким чином, переключення розрядів оптоелектронної шкали 29 хвилин відбувається одночасно з збудженням нульового розряду оптоелектронної шкали 28 секунд. Із-за наявності оптичного зв’язку між світлодіодом 34 59-го розряду і фото тиристором 33 нульового розряду в оптоелектронних шкалах 28-30 вони функціонують в режимі кільцевих лічильників. 660-й імпульс генератора 1 імпульсів переводить у збуджений стан 11-й розряд оптоелектронної шкали 29 хвилин та оптичний сигнал із світлодіода 34 цього розряду, який діє на вхід оптоелектронної схеми ИЛИ-НЕ 26, встановлює низький рівень потенціалу на її виході, в результаті чого лічильників тригер 17 не переключається. 720-й імпульс генератора 1 імпульсів збуджує 12-й розряд і вмикає 11-ий розряд оптоелектронної шкали 29 хвилин. Одночасно на виході оптоелектронної схеми АБО-НІ 26 та відповідно на лічильному вході лічильного тригера 17 з’являється передній фронт імпульсу високого рівня потенціалу, що перемикає лічильний тригер 17 в протилежний стан, при цьому вмикається нульовий розряд, вмикається 1-й розряд (процеси перемикання аналогічні описаним для оптоелектронної шкали 28 секунд) і готується до вимикання оптично зв’язаний зі світлодіодом 34 фототірістор 33 другого розряду оптоелектронної шкали 30 годин. Другий імпульс переносу, що відповідає 24-ій хвилині на оптоелектронній шкалі 29 хвилин, що зявляється на вході лічильного тригера 17, що відповідає 1440-ому імпульсу генератора 1 імпульсів, перемикає його і переводить у збуджений стан 2-й розряд, а перший розряд оптоелектронної шкали 30 годин перходить в сан відсічки і т.д. п’ятий імпульс переносу, що відповідає 60-й хвилині (3600-й імпульс генератора 1), вмикає 5-й розряд оптоелектронної шкали 30 годин, в результаті чого його світло діод 32 вкаже на циферблаті 1 год., тобто між двома значеннями годин „0” та „1” існуєть проміжні значення.

Збудження 15-ого розряду оптоелектронної шкали 30 годин призводить до спрацьовування оптоелектронної схеми АБО-НІ 27 та появі на її виході низького рівня потенціалу, що не перемикає лічильний тригер 18. в момент погашення світлодіода 34 цього розряду на виході оптоелектронної схеми АБО-НІ 27 з’являється передній фронт імпульсу високого потенціалу, що перемикає лічильний тригер 18. на його прямому вході з’являється високий рівень потенціалу, що створює умови для вимикання послідовного кола 22 зі світлодіода та резистора, а, отже, і ввімкнення фото тиристора 33 30-го розряду оптоелектронної шкали 30 годин. Момент погашення 45-го розряду цієї ж шкали знову призводить до переключення лічильного тригера 18, в результаті чого створюються умови для включення послідовного ланцюга 21 зі світлодіода та резистора, а, отже, і включення фото тиристора 33 нульового розряду.

3. Установка оптоелектронного годинника

В електричній схемі оптоелектронного годинника (рис. 1) передбачена ручна установка годинника,ручна і автоматична корекція (в 12.00 чи 24.00 та 18.00 чи 6.00). Якщо пуск годинника виконується в 00 годин, 00 хвилин, 00 секунд чи 12 годин 00 хвилин, 00 секунд, то необхідність ручної установки годинника відсутня. При запуску годинника в будь-який інший час доби, виконується установка поточного часу та хвилин (без установки секунд) за допомогою ключів 5 і 4 після ввімкнення ключа 3. в зв’язку з тим, що годинникова стрілка (світіння світлодіодів 32 оптоелектронної шкали 30 годин) має проміжкові значення між будь-якими двома значеннями годин, необхідно спочатку встановити поточне значення годин (розряди шкали 30 – 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55), а потім встановлювати значення хвилин (наприклад, поточний час 5 год. 38 хв., отже, встановлюємо 5 год., а потім 38 хв., при цьому годинникова стрілка переміститься на три проміжних значення).

Ручна установка годинника в поточний час виконується замиканням ключа 5, через контакти якого секундні імпульси генератора 1 імпульсів поступають на вхід одновібратора 10, вихідні імпульси низького рівня потенціалу якого збуджують світлодіод послідовного кола 24 зі світлодіода та резистора, оптичний сигнал якого через оптоелектронну схему АБО-НІ 26 і лічильний тригер 17 діє на оптоелектронну шкалу 30 годин, так само, як імпульси переносу з оптоелектронної шкали 29 хвилин. Ключ 5 необхідно утримувати до тих пір, поки не збудиться розряд оптоелектронної шкали 30 годин, що відповідає поточному часу (в нашому прикладі 25-ий розряд). В момент установки потрібної кількості годин ключ 5 розмикається. Ручна установка хвилин виконується аналогічно ручній установці годин при замиканні ключа 4.

4. Корекція часу в оптоелектронному годиннику

В оптоелектронному годиннику передбачена також корекція часу в процесі відліку, як в ручному, так і в автоматичному режимі від сигналів радіотрансляційної сіті. Корекцію часу можна виконувати (в 12.00 чи 24.00 та 18.00 чи 6.00) завдяки наявності в електричній схемі годинника лічильного тригера 18 та оптоелектронної схеми АБО-НІ 27, що забезпечує автоматичний вибір запуску годинника в 12.00 чи 24.00 та 18.00 чи 6.00. виконується цей режим наступним чином (рис. 3). При вмиканні живлення лічильний тригер 18 встановлюється в низький рівень потенціалу на прямому вході, а на інверсному – високий, що забезпечує збудження світлодіода, послідовного кола 21 і включення оптично зв’язаного з ним фототірістора 33 нульового розряду оптоелектронної шкали 30 годин при спрацьовуванні одновібратора 11 (ці процеси докладно описані вище). Якщо запуск годинника виконаний в 12.00.00, то установка поточного часу не вимагається. Через 3 години засвітиться світлодіод 34 15-ого розряду оптоелектронної шкали 30 годин і частиною свого оптичного сигналу через оптоелектронну схему АБО-НІ 27 переключить лічильний тригер 18 в протилежний стан, при якому створюються умови для запуску фототірістора 33 30-го розряда оптоелектронної шкали 30 годин. Такий стан буде зберігатись до включення світлодіода 34 45-го розряду тієї ж шкали (що відповідає 9-ій чи 21-й годині). Якщо в цій проміжок часу прийде імпульс корекції (при ручній чи автоматичній корекції часу), то засвітиться не нульовий, а 30-й розряд оптоелектронної шкали 30 годин (відповідає 6 чи 18 годинам) та нульові розряди оптоелектронних шкал 28 та 29. таким чином, була виконана корекція часу в 6 чи 18 годин. При подальшій роботі годинника (через 3 год.) засвітиться світлодіод 34 45-ого оптоелектронної шкали 30 годин, що призведе до переключення лічильного тригера 18 в початковий стан та будуть створені умови для включення фототірістора 33 нульовогорозряда цієї ж шкали 30. такий стан тригера 18 буде зберігатись до ввімкнення 15-го розряда шкали 30. якщо в цей проміжок часу поступить імпульс корекції, то він включить нульові розряди в усіх оптоелектронних шкалах 28-30. такий розв’язок забезпечує корекцію часу в широкому діапазоні його розкидів:

· корекція в 12.00 (24.00) – від 9.01 (21.01) до 2.59 (14.59);

· корекція в 6.00 (18.00) – від 3.01 (15.01) до 8.59 (20.59), тобто можна використовувати нестабілізований генератор 1 імпульсів.

Ручний режим корекції в 6.00 (18.00) чи 12.00 924.00) виконується замиканням ключа 2 при слуховому сприйнятті початку 6-го сигналу точного часу з радіоджерела . Через контакти ключа 2 напруга живлення подається на ланцюжок 12, що диференціює та формує імпульс запуску одновібратора 7. сформований одно вібратором 7 імпульс високого рівня потенціалу, подовженістю 100-150 мкс діє через схему АБО 19 на установлювальний вход генератора 1 імпульсів, затримуючи на це час видачу імпульсів з його вихода, на установлювальні входи лічильних тригерів 15-17, встановлюючи на їх прямих виходах рівні низького потенціалу, а на інверсних – високого, на керуючий вхід керованого ключа 14, закриваючи його, що призводить до погашення світлодіодів 32 для індикації часу всіх розрядів в оптоелектронних шкалах 28-30, і на вхід одновібратора 11, імпульс низького рівня потенціалу з виходу якого збуджується світлодіод 31 і світлодіоди послідовних кіл 20, 21 чи 22 (в залежності від стану лічильного тригера 18). При цьому збуджуються нульові розряди оптоелектронних шкал 28 та 29, нульовий чи 30-тий розряди оптоелектронної шкали 30. таким чином, імпульс ручної корекції занулює всі оптоелектронні шкали 28-30, встановлює лічильні тригери 15-17 в нульовий стан по прямим входам і збуджує світлодіоди нульових розрядів оптоелектронної шкали 28 секунд, оптоелектронної шкали 29 хвилин, нульовий чи 30-ий розряди оптоелектронної шкали 30 годин.

Автоматична корекція часу проводиться за рахунок виділення формувачем 6 імпульса корекції імпульса, що відповідає початку 6-го сигналу точного часу, що поступають на його вхід з радіотрансляційного джерела. Сформований імпульс корекції високого рівня потенціалу поступає на другий вхід одновібратора 7, імпульс високого рівня потенціала з вихода якого проводить дії, аналогічні ручній корекції.

5. Конструктивне виконання оптоелектронного годинника

Всі оптоелекронні шкали 28-30 (рис.4) конструктивно виконані у вигляді єдиного циферблату круглої, овальної та іншої замкненої форми, на якому по максимальному діаметру розташована шестидесятирозрядна шкала 28 секунд. Всередині оптоелектронної шкали 28 розташовані шестидесятирозрядна шкала 29 хвилин і шкала 30 годин. Світлодіоди 32 для індикації часу оптоелектронних шкал 28-30 можуть бути як одиничні (крапки, що світяться), так і набрані з деякої кількості світло діодів, з’єднаних послідовно, і конструктивно оформлені у вигляді стрілок, штрихів і т.д. набір світло діодів 32, що світяться, оптоелектронної шкали 30 представляє собою годинну (коротку) стрілку, хвилинна стрілка представляється одночасно годинною стрілкою та набором світлодіодів 32 для індикації часу оптоелектронної шкали 29. оптично зв’язані з ними фото тиристори 33 також можуть бути розміщені в цих стрілках. Таким чином, місцеположення на циферблаті крапок, що світяться, вказує на кількість секунд, великої стрілки – кількість хвилин, малої стрілки – кількість годин.

Інформація про час в кожній із шкал 28-30 представляється позиційно світінням лише одного розряду, що забезпечує мінімальну потрібну потужність годинника і рівномірну енергетичну загрузку в часі кожного з розрядів.

6. Формула винаходу

Оптоелектронний годинник, що містить генератор імпульсів, чотири ключі, формувач імпульсу корекції, п’ять одно вібраторів, дві диференціюючи ланцюжки, керує мий ключ, три лічильних тригера, схему АБО, три послідовних кола зі світлодіода та резистора, індикатор, виконаний у вигляді оптоелектронних шкал секунд, хвилин та годин, кожний розряд якого включає світлодіод для індикації часу, аноди яких в оптоелектронній шкалі секунд об’єднані і підключені до виходу керованого ключа, вхід живлення якого з’єднаний з виходом генератора імпульсів, через перший ключ, першу диференціюючий ланцюг і перший одновібратор – з першим входом схеми АБО, через другий ключ – з входом джерела живлення і через другий диференціюючий ланцюг, другий одновібратор – з другим входом схеми АБО, вихід якої підключений до виходу п’ятого одновібратора та до виходу установки першого лічильного тригера, лічильним входом з’єднаного з виходом генератора імпульсів, а через третій та четвертий ключі – відповідно з входами третього та четвертого одно вібраторів, встановлювальний вхід генератора імпульсів підключений до керуючого входу керує мого ключа, а виходи першого, другого та третього лічильних тригерів підключені до керуючих шин оптоелектронних шкал відповідно секунд, хвилин та годин, другий вхід першого одновібратора через формувач імпульсу корекції з’єднаний з виходом радіоджерела, що відрізняється тим, що з ціллю пониження спожитої потужності, підвищення надійності та покращення ергономічних характеристик, в них введені четвертий лічильний тригер, три оптоелектронні схеми АБО-НІ, в кожний розряд оптоелектронних шкал секунд, хвилин та годин – фототиристор і світлодіод , четверті і п’яті послідовні кола із світлодіода і резистора і світлодіод, анод якого через перше послідовне коло із світлодіода та резистора з’єднаний відповідно з інверсним і прямими входами четвертого лічильного тригера і безпосередньо з виходом п’ятого одновібратора, вхід якого об’єднаний з входами установки другого та третього лічильних тригерів і установочним входом генератора імпульсів, оптичний вихід світлодіода зв’язаний з фототиристором нульового розряду оптоелектронної шкали секунд, катоди світлодіодів парних розрядів оптоелектронних шкал секунд, хвилин та годин об’єднані в керуючі шини, які підключені до прямих виходів відповідно першого, другого та третього лічильних тригерів, катоди світлодіодів непарних розрядів об’єднані в керуючі шини, які підключені до інверсних виходів лічильних тригерів, а аноди світлодіодів з’єднані з катодами фототиристорів відповідних розрядів, аноди фототиристорів в кожному розряді оптоелектронних шкал підключені до катодів світлодіодів для індикації часу, аноди яких в оптоелектронній шкалі годинника з’єднані з виходом керуємого ключа, а в оптоелектронній шкалі хвилин підключені к анодам фототиристорів однойменних розрядів шкали годин, кожний із фототиристорів наступих розрядів оптоелектронних шкал оптично зв’язаний з відповідними світлодіодами попередніх розрядів, фототиристори нульових розрядів оптично зв’язані зі світдодіодами п’ятдесят девятих розрядів, оптичний вихід п’ятдесят девятого розряду оптоелектронної шкали секунд зв’язаний з першим оптичним входом першої оптоелектронної схеми АБО-НІ, вихід якої підключений до лічильного входу другого лічильного тригера, а світлодіоди одинадцятого, двадцять третього, тридцять п’ятого, сорок сьомого і п’ятдесят дев’ятого розрядів оптоелектронної шкали хвилин оптично зв’язані з першим, другим, третім, четвертим і п’ятим входами другої оптоелектронної схеми АБО-НІ відповідно, вихід якої підключений до лічильного входу третього лічильного тригера, світлодіоди п’ятнадцятого і сорок п’ятого розрядів оптоелектронної шкали хвилин оптично зв’язані з першим і другим входами третьої оптоелектронної схеми АБО-НІ, вихід якої підключений до лічильного входу четвертого лічильного тригера, встановлюваний вхід якого з’єднаний з виходом другого одновібратора, світлодіоди першого, другого, третього, четвертого і п’ятого послідовного кола із світлодіодів і резисторів оптично зв’язані відповідно з фототиристорами нульових розрядів оптоелектронних шкал хвилин та годин, фототиристором тридцятого розряду оптоелектронної шкали годин, другим входом першої оптоелектронної схеми АБО-НІ, шостим входом другої оптоелектронної схеми АБО-НІ, виходи третього і четвертого одновібраторів через четвертий і п’ятий послідовний ланцюг із світлодіодів підключені до виходу керуємого ключа.

Висновки:

В даному курсовому проекті було розроблено такий елемент інформаційно-вимірювальної техніки як оптоелектронний годинник. У даній роботі було досить повно розглянуто його будову, а також його принцип роботи, що було графічно зображено у вигляді електричної схеми та часових діаграм у Додатках. Було пояснено послідовність виконання функцій кожним блоком схеми та докладно розглянуто розташування та призначення елементів заданої схеми. Також були розглянуті і додаткові функції, що здатен виконувати оптоелектронний годинник: установка та корекція часу.

В кінці курсового проекту було представлено один з можливих варіантів конструктивного виконання циферблату та однієї стрілки оптоелектронного годинника.