摘要：针对汽车追尾事故频繁发生的原因，为了提高汽车的安全性能，完善汽车的配置，利用运算放大器和三极管组成电路，设计出一款新的刹车灯断丝报警器，能够在刹车灯断丝时及时报警，提高了汽车的安全性能，经试验验证具有实效性，有很大的应用前景。
关键词：断丝报警器 运算放大器 三极管
随着时代的发展，人们生活水平的不断提高，汽车已经成了人们出行必备的交通工具。汽车带给了人们无穷的乐趣和舒适便捷的同时，也带来了许多不安全的因素。据统计，在所有的交通事故中，追尾事故的发生率站到了30%--40%，由此可见，汽车制动灯的及时提示有着至关重要的作用，但是汽车刹车灯一般安装在车辆尾部，主体颜色为红色的灯，为了增强光源的穿透性，以便后面行驶的车辆即使在能见度较低的情况下，易于发现前方车辆刹车，起到防止追尾事故发生的目的，主要起到警示的作用。如果刹车灯坏了，车主一般很难发现，那么在行驶过程中，如果进行刹车，不能很好的起到警示后车的作用，存在很大的安全隐患。目前，在国内中的中低档汽车中，包括一部分货车上，没有安装刹车灯监测装置，给汽车的安全出行留了很大的安全隐患。笔者设计的刹车灯断丝报警器能够在刹车灯出现故障时及时报警，提醒车主及时更换，为车主的安全出行提供保障。这是一款新的断丝报警器，报警器电路简单，电路小巧轻便，但是工作稳定可靠，抗干扰能力强，使用维护简便，经济实惠，是汽车配置中不可缺少的一项。
1 电路原理图及分析
1.1电路原理图
1.2外部接线图
1.3电路原理分析
如图1所示，刹车灯A,B为汽车上的刹车灯，报警指示灯为断丝时报警指示用，电路原理图和外部接线图通过四孔插接件相连。此电路为一辅助电路，刹车灯的控制电路为汽车上的配置电路，正常使用时刹车灯的开和关由控制电路控制，报警指示灯电路时在刹车灯出现故障时的提示电路，两个电路互不干涉，独立工作。报警电路工作电压为24V，两个刹车灯的功率为21W，TL062是双路低功耗运算放大器，在此作为比较器使用。当两个刹车灯正常时，刹车灯A和刹车灯B并联，此时电路有两路通电，一路为从B+到R1经过P流过刹车灯到地，一路为从B+--R2—R3到地，两条支路为并联关系，根据电阻的串并联关系，我们可以计算出两路的电流。由于两路通路中电流很小，所以此时刹车灯不会亮。又经计算P点电位低压TL062反相输入端电位，TL062输出低电平，BD237保持截止状态，报警指示灯不亮。
当刹车灯A或B灯丝烧断之后，不管是烧坏一只还是两只，电阻和两只刹车灯并联时相比变大了，根据电阻分压原理，P点电位会升高，此时P点电位大于TL062反相输入端电位，TL062输出电平由低变高，BD237由截止状态迅速转为饱和导通，电路由VCC—报警指示灯—L—R7—BD237—地形成通路，报警指示灯随即点亮。
在上述电路中电阻R1和刹车灯串联，电路中电流变化的大小将直接影响运算放大器的输入，R1电阻上电流的变化会影响电路反应的时间。为了提高电路的精度和稳定性，R1电阻采用0.8mm的康铜丝代替。康铜丝是以铜镍为主要成份的电阻合金。特点是具有较低的电阻温度系数，较宽的使用温度范围（4800C以下），阻值稳定，通常可以作为取样电阻使用。当R1使用康铜丝时，当电路中刹车灯出现故障时，引起了电流的变化，由于R1电阻阻值稳定，受温度较小，所以能及时准确的将电流的变化反应到运算放大器的同相输入端，提高了输入的精度和可靠性，使电路导通，报警指示灯及时报警，提醒车主制动灯断丝，及时更换，避免了不必要的安全隐患。
电路中一个核心元件是TL062运算放大器，一般的运算放大器是通过反馈回路和输入回路的确定运算参数，比如放大倍数，反馈量可以是输出电流或电压的部分或全部。在这个电路中，运算放大器作为电压比较器来使用，这时不需要反馈，直接比较输入端的两个电压的量。又由于此款设计电路小巧轻便，用低电源供电，所以运放要选择低功耗的芯片，TL062运算放大器功耗低，切换速度快，延迟时间小，抗干扰能力高，当同相输入端（P点）电压大于反相(2点)输入端电压时，输出为高电平；当同相输入端电压小于反相输入端电压时，输出为低电平，和电路中另一个核心元件三极管配合，控制报警电路的截止和导通。BD237三级管为普通的元器件，功耗低，只有25W，放大倍数为40左右，主要起到饱和导通作用。
2 实验验证
电路设计好以后，能不能正常工作，是否能及时反映刹车灯的工作情况，为了验证电路的功能，我们通过实验的方法来验证。首先做出电路板，焊接元器件，做出产品。在通电试验时为了提高通电的直观效果，制作一个模拟的测试台，通过观察测试台通电情况来判断电路的好坏。下图给出了几个实物图及测试台的平面图。
2.1电路板
图3为本报警器的PCB图，在PCB图布局时，为了减小阻抗，提高抗干扰能力，图中元器件布局紧凑，布线时，运算放大器的输入端电流较小，需要先布这两条线，用手工布线并且要锁定，其他的线没有特殊要求，一般的手工布线就可以达到要求，手工布线的目的是为了合理美观，同时进行了大面积敷铜，提高了电路的稳定性。电路板只有36mm×36mm大小，符合使用要求。电路板实物如图4，图中插接件为单排四孔，用于和外部连接。
产品做好后，连接电源通电实验，为了增加直观性，针对这个电路制作了测试台，测试台的平面图如图5所示，刹车灯A、B和报警指示为三个灯泡。测试时把产品和测试电源连接，电源电压调到28V，注意正负极性不要接错。同时按照电路外部接线接通外部电路，打开电源进行测试，测试结果如下：
图5 测试台平面图
（1）将刹车灯两个开关置于“OFF”，此时，电路板插入测试接口，两刹车灯不亮，报警指示灯亮。
（2）将其中一个开关置于“ON”，对应的刹车灯亮，报警指示灯亮。将另外一个开关置于“ON”，对应的刹车灯亮，报警指示灯熄灭。
（3）将待测线路板取下，测试结束。
通过实验可见，测试台正常通电时，两个刹车灯不亮，当两个刹车灯正常时，报警指示灯不亮，当一个或两个刹车灯出现故障时，报警指示灯亮，测试结果符合设计要求。
3 小结
刹车灯的报警电路是针对汽车刹车灯出现故障时设计的，只能起到一个报警指示的功能，它和汽车刹车灯的控制电路不同，不会对刹车灯的通断有任何影响。此款刹车灯断丝报警器由运算放大器和三极管组成，结构简单，元器件少，工作稳定可靠。经实验验证，功能完全符合要求，用于汽车刹车灯报警，结构小巧，维护简便，经济实惠，能为驾驶员提供很大的方便，在刹车灯出现故障时及时报警，可以应用在多种车辆配置上，有很大的市场前景。
参考文献
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论文作者:赵小静1,,,, 王海英2
论文发表刊物:《科技中国》2017年9期
论文发表时间:2018/2/9
标签：电路论文; 刹车灯论文; 运算放大器论文; 汽车论文; 电阻论文; 测试论文; 报警器论文; 《科技中国》2017年9期论文;