Оптоэлектронные часы

Оптоэлектронные часы

Реферат

 

Использование: изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в электронных часах с псевдострелочной оптической индикацией для слепых, людей с ограниченным зрением, а также при отсутствии освещения. Сущность изобретения: оптоэлектронные часы содержат блок синхронизации 1, генератор импульсов 2, блок формирования частот 3, делитель частоты 4, два элемента ИЛИ 5 и 10, счетчик минут 6, дешифратор 7, оптоэлектронный индикатор минут 8, светодиоды 9 и 14, счетчик часов 11, дешифраторы 7 и 12, оптоэлектронный индикатор часов 13, блок коррекции 15, оптоэлектронные мостовые схемы минут 16 и часов 17, компараторы 18 и 19, элемент И 20, два фотоприемника 25 и 26. 6 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для создания электронных часов с псевдострелочной оптической индикацией для слепых, людей с ограниченным зрением, а также для использования при отсутствии освещения. Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения использования оптоэлектронных часов слепыми или в темноте с отсчетом текущего времени и установкой времени подачи сигнала "будильник" на ощупь. На фиг.1 изображена функциональная схема оптоэлектронных часов; на фиг. 2, 3 принципиальная схема и временная диаграмма работы блока синхронизации; на фиг. 4 схема делителя частоты; на фиг.5 схема блока коррекции; на фиг.6 общий вид соединения одного фотоприемника с одним из светоизлучающих диодов оптоэлектронной шкалы минут (часов). Оптоэлектронные часы содержат: блок синхронизации 1, имеющий в своем составе генератор импульсов 2 и блок формирования частот 3, делитель частоты 4, первый элемент ИЛИ 5, счетчик минут 6, первый дешифратор 7, оптоэлектронный индикатор минут 8, содержащий двенадцать развязывающих усилителей 8.1-8,12 и оптоэлектронную шкалу минут 8.13 с двенадцатью светоизлучающими диодами 9, второй элемент ИЛИ 10, счетчик часов 11, второй дешифратор 12, оптоэлектронный индикатор часов 13, содержащий двенадцать развязывающих усилителей 13.1-13.12 и оптоэлектронную шкалу часов 13 с двенадцатью светоизлучающими диодами 14, блок коррекции 15, оптоэлектронные мостовые схемы минут 16 и часов 17, компараторы 18, 19, элемент И 20, усилитель 21, звуковой сигнализатор 22, источник питания 23, оптическую связь 24, первый и второй фотоприемники 25, 26. На фиг.2 обозначено: блок двоичных счетчиков 3.1, выполненный на микросхеме К176 ИЕ 12, которая содержит также генератор G без внешних элементов, блок начальной установки 3.2. Генератор импульсов содержит генератор G, кварцевый резонатор А₁, резисторы R₁, R₂, конденсаторы С₁, С₂, С₃. Блок начальной установки 32 содержит дифференцирующий конденсатор С₄, резистор R₃, разделительный диод Д₂. На фиг.3 обозначено: а импульс на входе 1 блока 3 при включении питания; б импульс на выходе 2 блока 3 и на R-входе счетчиков 3.1; в импульс на выходе 3 блока 3; г импульсы на выходе 4 блока 3; д импульсы на выходе S₁ блока 3.1 (вход счетчика); е импульсы на выходе 1 блока 3. На фиг. 4 обозначено: двоичный счетчик по основанию 10 4.1, элемент И 4.2, элемент ИЛИ 4,3. На фиг.5 обозначено: кнопка коррекции минут 15.1, кнопка коррекции часов 15.2, блок устранения "дребезга" 15.3, 15.4, формирователи импульсов 15.5, 15,5. На фиг.6 обозначено: светоизлучающий диод 9 (14), фотодиод фотоприемника 25 (26), корпус фотоприемника 25.1, оболочка соединения фотоприемника 25 с мостовой схемой 16 25.2, выводы фотодиода 25.3, корпус 9.1 светоизлучающего диода 9, выводы светоизлучающего диода 9, выводы светоизлучающего диода 9.2, лицевая панель шкалы минут 8.1 (часов 13.1). Блок синхронизации 1 предназначен для формирования импульсных последовательностей с частотами 1 кГц, 2 кГц, 1/60 Гц стабилизированной частоты и содержит кварцевый генератор импульсов 2 и блок формирования частот 3, выходы которых соединены с делителем частоты 4, входами элемента И 20 и выходом блока коррекции 15. Блок синхронизации 1 может быть выполнен по схеме фиг.2 и содержит комбинированную микросхему Д₁ типа К176 ИЕ 12, в составе которой находятся генератор, рассчитанный на работу с внешними кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц, и два делителя частоты СТ₂ с коэффициентами деления 12¹⁵ 33762 и 60. Конденсаторы С₁-С₃ предназначены для настройки частоты генератора. Вход сброса микросхемы Д₁ соединен с блоком А₁, который содержит дифференцирующую цепь С₄, R₃ и развязывающий диод Д₂ и предназначен для установки счетчиков СТ₂ в нулевое состояние при включении питания в блоке 23. Выход блока А₁ является четвертым выходом блока 3 формирования частот и соединен с вторым входом установки в нуль делителя частоты 4. Временная диаграмма работы блока синхронизации 1 приведена на фиг.3. При включении питания (см. фиг.3, график а) на выходе блока А₁ формируется короткий импульс (см. фиг.3, график б), который сбрасывает счетчики СТ₂ микросхемы Д₁ в "0". На выходе 3 (выход F счетчика СТ₂) формируются импульсы частотой 1024 Гц в результате деления частоты, формируемой генератором G. При последующем делении этих импульсов на выходах S₂ (выход 2 блока 3) и S₁ соответственно формируются импульсные последовательности частотой 2 Гц и 1 Гц (см. фиг.3, графики г, д), а на выходе М второго счетчика СТ₂ (выход 1 блока 3) импульсная последовательность частотой 1/60 Гц (см. фиг.3, график г), т. е. на этом выходе формируются импульсы с периодом 1 мин. Делитель частоты 4, соединенный с первым выходом блока 3 и через элемент ИЛИ 5 с первым входом счетчика 6, предназначен для деления импульсной последовательности частотой 1/60 Гц на 5, т.е. на его выходе формируются импульс с периодом 5 мин. Делитель частоты 4 с коэффициентом деления 5 может быть выполнен, например, по схеме 4 и содержит счетчик 4.1 на микросхеме К 176 ИЕ2, выходы 1 и 4 которого соединены с входами элемента И 4.2, выход которого является выходом делителя частоты 4 и соединен через элемент ИЛИ 4.3 с R-входом счетчика 4.1. Второй вход элемента ИЛИ 4.3 является вторым входом блока 4 и предназначен для установки счетчика 4.1 в начальное состояние. Счетчик минут 6 предназначен для подсчета импульсов, поступающих на его первый вход с пятиминутным интервалом, вторым входом установки в "0" счетчик 6 соединен с тринадцатым выходом первого дешифратора 7, а его выходы соединены с входами первого дешифратора 7, выходы которого с первого по двенадцатый соединены с соответствующими входами индикатора минут 8. Счетчик 6 с учетом обратной связи с тридцатого выхода первого дешифратора 7 считает входные импульсы до 12, при этом дешифратора 7 формирует на своих выходах последовательно импульсы, каждый длительностью 5 мин. По окончании 12-го импульса на 13-м выходе дешифратора 7 формируется перепад напряжения, который устанавливает счетчик 6 в начальное нулевое состояние, и цикл счета входных импульсов повторяется. Счетчик 6 может быть выполнен на микросхеме К176 ИЕ 2, а дешифратор 7 на двух микросхемах, при этом для перехода на дешифрацию числа "9" вход "8" дешифратора 7 подключается к инверсному выходу четвертого разряда счетчика 6 или к прямому выходу через инвертор. Оптоэлектронный индикатор минут 8 состоит из двенадцати одинаковых усилителей 8.1-8.12, вход каждого из усилителей подключен к соответствующим выходам первого дешифратора 7, а выход соединен со светоизлучающим диодом 9, каждый из которых предназначен для индикации пятиминутных интервалов времени. Тринадцатый выход первого дешифратора 7 соединен с вторым входом установки в "0" счетчика 6 и через второй элемент ИЛИ 10 со счетным входом счетчика часов 11, который считает часы. Его входы соединены с входами второго дешифратора (часов) 12, двенадцать выходов которого соединены с входами индикатора часов 13, а тринадцатый выход с вторым входом установки счетчика 11 в "0". Счетчик 11, дешифратор 12 и индикатор 13 аналогичны соответственно счетчику 6, дешифратору 7 и индикатору 8. Блок коррекции 15 соединен входом с четвертым выходом блока формирования частот 3, а первым и вторым выходами через элементы ИЛИ 5, 10 со счетными входами счетчиков 6, 11 для установки значений текущего времени дня. Блок коррекции 15 может быть выполнен, например, по схеме фиг.5 и содержит кнопку 15.1 коррекции минут, кнопку 15.2 коррекции часов, интегрирующие цепи 15.3, 15.4, устраняющие "дребезг" контактов кнопок, формирователи 15.5, 15.6 импульсов коррекции, поступающих на выходы блока 15. Оптоэлектронная мостовая схема 16, соединенная с фотодиодом фотоприемника 25, оптически связана с одним из светоизлучающих диодов 9 шкалы минут. Диагональ мостовой схемы 16 выходами соединена с входами компаратора 18, а входами с источником питания 23 и корпусной шиной. Фотодиод 25 при отсутствии светоизлучения от светодиода 9 имеет сопротивление, при котором мостовая схема 13 разбалансирована так, что на выходе компаратора 18 формируется нулевой сигнал. При попадании света от светоизлучающего диода 9 на фотодиод 25 мостовая схема 16 разбалансируется в противоположную сторону, и на выходе компаратора 18 формируется положительный потенциал. Оптоэлектронная мостовая схема 17 аналогична схеме 16 и соединена с входами компаратора 19 и фотоприемником 26. Выходы компараторов 18, 19 соединены с входами элемента И 20, другие входы которого соединены с третьим и четвертым выходами блока формирования частот 3. Компаратор 18 (19) предназначен для формирования единичного сигнала при разбалансировке мостовой схемы 16 (17), при освещении фотоприемника 25 (26), светоизлучающим диодом 9 (14). Элемент И 20 предназначен для формирования выходного сигнала при совпадении единичных сигналов на его входах, т.е. на выходе И 20 формируется сигнал частотой 1 кГц в течение 0,25 с с паузой 0,25 с (с выхода 4 блока 3 поступает периодический сигнал частотой 2 Гц) при единичных сигналах на выходах компараторов 18, 19. Оптоэлектронный часы работают в двух режимах: в режиме счета текущего времени и в режиме будильника. При включении питания на втором выходе блока формирования частот 3 появляется короткий импульс установки в начальное состояние делителя частоты 4 и блока двоичных счетчиков 3.1 из блока 3. Генератор 2 импульсов формирует периодическую кварцованную последовательность импульсов (см. фиг.3, график б), поступающую на блок счетчиков 3.1, который формирует импульсы частот 1 кГц, 2 Гц, 1/60 Гц. Импульсы с периодом 1 мин (1/60 Гц) с первого выхода блока 3 (см. фиг.3, график е) поступают на счетный вход 1 делителя 4, на выходе которого появляется импульс после счета 5 входных импульсов, т.е. период следования этих импульсов составляет 5 мин. Эти импульсы поступают через первый элемент ИЛИ 5 на первый вход счетчика минут 6. Состояние счетчика 6 расшифровывается первым дешифратором 7, и на его выходах 1-12 последовательно появляются импульсы, каждый длительностью 5 минут, поступающие на входы усилителей 8.1-8.12. Усилители 8.1-8.12 включают соответствующие светоизлучающие диоды 9 индикатора минут 8. После окончания двенадцатого импульса на тринадцатом выходе первого дешифратора 7 формируется фронт импульса, который поступает на второй вход сброса счетчика 6 в "0", и счетчик 6 начинает новый цикл счета двенадцати импульсов длительностью 5 мин. т.е. счет нового часа. Одновременно выходной импульс первого дешифратора 7 поступает на счетный вход 1 счетчика часов 11, который вместе с вторым дешифратором 12 считает 12 ч аналогично счетчику 6 с дешифратором 7. Часы индицируются последовательно на светоизлучающих диодах 14 индикатора часов 13. Каждый светодиод 14 светится последовательно в течение часа. При необходимости коррекции индикаторов минут 8 и часов 13 нажимают соответственно кнопки коррекции 15.1 и 15.2 и с четвертого выхода блока 3 на выходы 1 и 2 блока коррекции 15 начинают поступать импульсы частотой 2 Гц, которые через элементы ИЛИ 5 и 10 поступают на входы счетчиков 6 и 11 и изменяют их состояние до нужной величины. Оптоэлектронные шкалы минут 8.13 и часов 13.13 выполнены в виде концентрических окружностей с равномерным расположением светодиодов 9, 14 аналогично расположению цифр на циферблате обычных часов, т.к. светодиод 9, показывающий соответствующий пятиминутный интервал, и светодиод 14, показывающий соответствующий час, в процессе свечения нагреваются, а шкалы выполнены так, что светящиеся части светодиодов выступают над поверхностью лицевой панели 8.1 (см. фиг.6), то текущее время может быть определено на ощупь и визуально. В режиме будильника пользователь надевает фотоприемник 25 на соответствующий светодиод 9, а фотоприемник 26 на соответствующий светодиод 14 (см. фиг.6). При засвечивании в соответствующее время выбранных светодиодов световой сигнал по связи 24 поступает на фотоприемник 26, а затем на фотоприемник 25, компараторы 19 и 18 формируют единичные сигналы, и элемент И 20 открывается для прохождения частоты 1 кГц в течение того полупериода частоты 2 Гц, в который элемент И 20 открыт по этому входу. Прерывистые импульсы частоты 1 кГц поступают на усилитель 21 и звуковой сигнализатор 22, звуковые колебания которого извещают о наступлении установленного времени. Фотоприемники 25 и 26 могут надеваться на светодиоды 9 и 14 как визуально, так и на ощупь, что позволяет использовать оптоэлектронные часы для слепых или в темноте. Предлагаемые оптоэлектронные часы, по сравнению с прототипом, имеют следующие преимущества: простая оптоэлектронная шкала минут позволяет с достаточной точностью использовать электронные часы слепыми без посторонней помощи; наличие фотоприемников, которые можно на ощупь установить на заданное время, расширяет функциональные возможности часов для использования их в качестве будильника зрячими при дневном свете и в темноте, а также слепыми.

Формула изобретения

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ, содержащие блок синхронизации, который содержит последовательно соединенные генератор импульсов и блок формирования частот, делитель частоты, счетчик часов, счетчик минут, оптоэлектронные шкалы часов и минут, светоизлучающие диоды которых расположены по концентрическим окружностям, блок коррекции, последовательно соединенные усилитель и звуковой сигнализатор, отличающиеся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения использования оптоэлектронных часов в темноте или слепыми, введены два дешифратора, два элемента ИЛИ, элемент И, две мостовые схемы с двумя фотоприемниками, два компаратора, а оптоэлектронные шкалы часов и минут содержат каждая по двенадцать светоизлучающих диодов, каждый из которых установлен в корпусе выступающим из него, а корпус светоизлучающего диода выполнен с возможностью сочленения с корпусом соответствующего минутам (первого) или часам (второго) фотоприемника, внутри которого закреплен фотодиод, который включен в плечо соответствующей первой или второй мостовых схем, которые подключены измерительными диагоналями к входам соответствующих компараторов, выходы которых подключены к первому и второму входам элемента И, третий и четвертый входы которого соединены с третьим и четвертым выходами блока формирования частот, а выход - с входом усилителя, первый и второй выходы блока формирования частот соединены с входами делителя частоты, выход которого через первый элемент ИЛИ соединен с первым входом счетчика минут, выходы которого подключены к первому дешифратору, первые выходы которого через развязывающие усилители соединены с соответствующими светоизлучающими диодами оптоэлектронной шкалы минут, второй выход первого дешифратора соединен с вторым входом счетчика минут и через второй элемент ИЛИ - с первым входом счетчика часов, выходы которого подключены к входам второго дешифратора, первые выходы которого через развязывающие усилители соединены с соответствующими светоизлучающими диодами оптоэлектронной шкалы часов, второй выход второго дешифратора соединен с вторым входом счетчика часов, четвертый выход блока формирования частот подключен к входу блока коррекции, выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ, диагонали питания мостовых схем, первый вход блока синхронизации и вторые входы оптоэлектронных шкал подключены к выходу источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6