一种基于斯密特触发器的汽车刹车灯监视器的制作方法

本实用新型涉及一种基于斯密特触发器的汽车刹车灯监视器的技术，以别克君越轿车的制动系统为基础，设计一个汽车刹车灯监视器，利用左右两个刹车灯良好与损坏时的不同的压降，换算成由两个晶体管构成的斯密特触发器的输入电压，该电压控制斯密特触发器电路的工作与否，触发器的输出控制声、光报警；两个刹车灯正常工作时时，发光二极管常亮、蜂鸣器静声；两个刹车灯都损坏时，发光二极管永远熄灭、蜂鸣器持续报警；其中一个损坏时，发光二极管短暂亮一下、然后熄灭、紧接着蜂鸣器持续报警。

背景技术：

汽车刹车灯就是车辆刹车时亮起的灯，一般为红色，起到警示后面车辆的作用，它主要用来提醒后面的车辆，本车要减速或停车，刹车灯若使用错误或者出问题，便很容易造成追尾撞车事故。

在交通日益拥挤的今天，汽车刹车灯显得更加重要，应该让其时刻保持良好工作状态，如有损坏应及时更换或修理。

目前几乎所有汽车的电气电路部分，对刹车灯的监控都没有采取任何措施，这项技术在行业内部处于一片空白，若要检查两个刹车灯的工作状态仅靠司机一人是非常困难的，只能靠第二人在车外观察刹车灯是否正常高亮。

以别克君越轿车的制动系统为基础，设计一个汽车刹车灯监视电路，该电路的核心部分是一个斯密特触发器电路，通过该刹车灯监视电路可以时刻监视两个刹车灯的工作状况，并由发光二极管以及有源蜂鸣器（直流蜂鸣器）指示刹车灯工作正常与否，有助于司机一个人就可以很容易地判断刹车灯的运行情况，便于及时维修或更换。

该电路可以作为一个模块电路直接应用在几乎所有车型的刹车灯控制电路里，或者集成在汽车的车身控制模块（bcm）内部，作为bcm模块的组成部分。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠、通用性较强的汽车刹车灯监视器。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于斯密特触发器的汽车刹车灯监视器，所述汽车刹车灯监视器包括开关s1电路、刹车灯电路、斯密特触发器电路、led警示电路、声音警示电路；所述刹车灯电路由两个并联的刹车灯泡la1、la2组成，供电12v通过所述开关s1电路同时连接la1、la2的上端，la1、la2同时连接工作地；所述斯密特触发器电路由两个pnp三极管q1、q2及电阻r1、r2、r3、r4、r5、电位器p1构成，12v供电通过所述开关s1电路同时连接电阻r2及r4的上端，电阻r2的下端同时连接晶体管q1的发射极、q2的发射极，电阻r4的下端通过电阻r3连接晶体管q1的集电极，q1的集电极依次通过电阻r1、电位器p1连接工作地，电阻r4、r3的连接点连接晶体管q2的基极，q2的集电极通过电阻r5连接工作地；供电12v电源通过开关s1依次连接晶体管q3的e-c极、电阻r6、正向发光二极管led、工作地构成所述led警示电路，晶体管q2的集电极连接晶体管q3的基极；供电12v电源通过开关s1依次连接晶体管q4的e-c极、直流蜂鸣器、工作地构成所述的声音警示电路，晶体管q3的集电极连接晶体管q4的基极。

所述斯密特触发器电路，电位器p1的滑动端连接电阻r1的下端。

附图说明

附图1、附图2、附图3用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1是斯密特触发电路结构示意图。附图2是斯密特电路的电压传输特性示意图。附图3是基于斯密特触发器的汽车刹车灯监视器电气原理图。

具体实施方式

斯密特触发器的结构及工作原理

既然用到了斯密特触发器，就先简单介绍一下斯密特触发器的电路结构及工作原理。

斯密特触发器是脉冲波形变换中经常用到的一种电路，有时也简称为斯密特电路。斯密特电路应用相当广泛，不仅有独立制作的集成电路产品，如ttl电路集成斯密特触发电路7413；还可以用分立元件构成一个斯密特电路，如图1所示，电路由两个npn三极管t1、t2以及电阻r1、r2、re组成。

图1中的斯密特电路是通过公共发射极电阻re耦合的两级正反馈放大器，假定三极管发射极的导通压降为0.7v，那么当输入端的电压μi为低电平时（μi=0），必有

μi-μe=μbe1<0.7v

则t1将截止而t2饱和导通。若μi逐渐升高并使μbe1>0.7v时，t1进入导通状态，并有如下的正反馈过程发生

从而使电路迅速进入t1饱和导通、t2截止的状态。

若μi从高电平逐渐下降，并且降到μbe1只有0.7v左右时，ic1开始减小，于是又引发了另一个正反馈过程

使电路迅速返回t1截止、t2饱和导通的状态。

可见，无论t2由导通变为截止还是由截止变为导通，都伴随有正反馈过程发生，使输出端电压μo的上升沿和下降沿都很陡。

同时由于r1>r2,所以t1饱和导通时的μe值必然低于t2饱和导通时的μe值。因此，t1由截止变为导通时的输入电压必然高于t1由导通变为截止时的输入电压，于是就得到了图2所示的电压传输特性。通常用vt+和vt-分别表示μi上升时t1由截止变为导通时的输入电压和μi下降时t1由导通变为截止时的输入电压。

并将vt+称为正向阈值电压，将vt-称为负向阈值电压，将|vt+-vt-|=δvt称为回差电压。同时也将图2这种类型的电压传输特性称为斯密特触发特性。

基于斯密特触发器的汽车刹车灯监视器工作原理

本设计的电气原理图如图3所示，可以看到电路系统包括由左右刹车灯组成的车灯电路、两个pnp三极管及电阻构成的斯密特触发器电路、电流放大电路、led警示电路、声音警示电路等组成。以别克君越轿车为例，其中s1为别克君越轿车制动灯继电器的触点结合开关，继电器受车身控制模块（bcm）的控制，为了便于理解或描述，暂且认为开关s1就是汽车制动踏板。la1、la2是左右两只刹车灯。

我们设计的要求是：当司机踩下刹车，两个刹车灯良好运行时，led灯常亮且声音警示不工作；有一个刹车灯出故障时，led灯短暂亮一下然后熄灭、紧接着开始持续声音报警；万一两个刹车灯都出故障时，led灯永远不会亮且声音持续报警。

斯密特触发器电路

图3中的斯密特触发器电路由两个pnp三极管q1、q2及电阻r1、r2、r3、r4、r5、电位器p1构成。

与图1相比，两个斯密特电路结构比较像类似，但有所区别，图1的斯密特电路由两个npn三极管组成，图3的斯密特电路由两个pnp三极管组成，由于三极管极性不一样，故这种两级正反馈放大器的正反馈过程路径会与前述有所不同，图3中斯密特电路工作原理如下分析。

图3中的斯密特电路是通过公共发射极电阻r2耦合的两级正反馈放大器，假定pnp三极管发射结的导通压降为0.6v，那么当斯密特电路的输入端电压为高电平（ua≈12v）时，必有μq1-e-μq1-b=μq1-eb<0.6v，则q1将截止而q2饱和导通。这里的μq1-e指三极管q1的发射极电压，别的工作点电压参照μq1-e理解，不再赘述。

若μa电平逐渐降低并使μq1-eb>0.6v时，q1进入微导通状态，并有如下的正反馈过程发生

强烈的正反馈使斯密特电路迅速转为q1饱和导通、q2截止的状态，这个正反馈称作上升沿正反馈。

若μa电平逐渐升高，并且升高到使μq1-eb只有0.6v左右时，iq1-c开始减小，于是又引发了另一个正反馈过程。

强烈的正反馈使电路迅速返回到q1截止、q2饱和导通的状态，这个正反馈称为下降沿正反馈。

同时按照图3参数所示，由于（r1+p1）<r5,所以q1饱和导通时的μe值必然低于q2饱和导通时的μe值，因此，q1由截止变为导通时的输入电压必然高于q1由导通变为截止时的输入电压，q1由截止变为导通时的输入电压称为该斯密特电路的上升沿阈值电压vt+，其值大于0.6v；q1由导通变为截止时的输入电压称为该斯密特电路的下降沿阈值电压vt-，其值大约0.6v。

汽车刹车灯监视器工作原理

如图3所示，该监视器的工作电压（即斯密特电路输入端电压），取决于别克君越轿车制动灯继电器的输出端连接两刹车灯la1和la2导线两端的电压降ux，注意是导线两端的电压降，而不是a点的电位。

假定三极管q1发射结的导通压降为0.6v，故导线两端电压降ux必须大于0.6v，如果达不到0.6v压降，就必须在每个车灯串一只正向导通电流为5a的二极管。

下面分两刹车灯皆完好、一个刹车灯坏、两刹车灯皆坏三种情况来分析汽车刹车灯监视器的工作原理。

两刹车灯全部正常工作

图3中的晶体管q1和q2组成斯密特触发器，这个触发器由跨接在灯泡电源线上电压降ux来触发，若两车灯都发光，并联的两灯丝电压降比12v略小一些，而这时的导线电压降ux>0.6v，参照上文介绍的斯密特电路上升沿正反馈部分，强烈的正反馈使斯密特电路迅速转为q1饱和导通、q2截止的状态。

这时斯密特电路输出低电平，晶体管q3基级为低电平，触发晶体管q3导通而使发光二极管d1稳定“持续”地发光；晶体管q4截止，直流蜂鸣器静声。

这里的持续指司机脚踩下制动闸的时间，司机脚挪开制动闸，监视器电路没有供电，发光二极管d1自然会熄灭。

一只刹车灯正常、另一只坏

如果有一只刹车灯突然损坏，电流只由另一只好的刹车灯所消耗，这时的灯丝电压比刚才两只刹车灯都正常的时候的灯丝电压略高一些，这时的导线压降ux≈0.6v，由于斯密特电路的磁滞特性，斯密特电路输出低电平状态不会马上改变，发光二极管d1继续短暂发光、蜂鸣器继续静声。

参照上文介绍的斯密特电路下降沿正反馈部分，强烈的正反馈使电路迅速返回到q1截止、q2饱和导通的状态。这时斯密特电路输出高电平，晶体管q3基级为高电平，晶体管q3截止而使发光二极管d1熄灭；晶体管q4导通，直流蜂鸣器持续报警。

注意观察和倾听d1发光（光指示）与蜂鸣器报警（声音警示）有时间差，不会同时发生。

两只刹车灯皆不正常

如果两刹车灯都损坏，这时的灯丝电压约等于12v，图3中的导线压降ux<0.6v，斯密特电路不工作，斯密特电路输出高电平，发光二极管永远也不会发光，直流蜂鸣器持续报警。

这里的持续指司机脚踩下制动闸的时间，司机脚挪开制动闸，监视器电路没有供电，蜂鸣器自然会静声。

调试与注意事项

本监视器电路中的斯密特触发器的磁滞，也就是监视器的灵敏度可以用电位器p1在较窄的范围内调定。该电位器调到最佳状态的标志是以一只刹车灯损坏的情况下，而使光指示发光二极管d1能短暂发光为限，d1短暂发光继而熄灭后，蜂鸣器开始持续报警。

如果你发现该监视器电路受到了干扰，即无论什么时候踩下制动闸发光二极管d1都在发光、蜂鸣器静声，这时可将晶体管q3、q4都更换为npn型三极管。

如果这样的话，电路的工作指示状态恰好来了个颠倒，即发光二极管d1不亮、蜂鸣器静声，表明两刹车灯皆完好无损；而d1发光、蜂鸣器报警反而表明刹车灯坏了。

这时晶体管q3、q4的集电极就应连接到电源正极，而q3发射极连接到电阻r6上，q4发射极连接到蜂鸣器上。

但请注意，这样做便不能判断是两只刹车灯都坏了还是一只刹车灯坏了，也就是说一旦d1发光时，可能令你更换一只灯或两只灯不定。

本设计利用一个斯密特触发器巧妙地解决了对刹车灯故障的监视或报警，填补了行业空白，而且通过调节斯密特电路正反馈的时间（即磁滞时间），将只有一只刹车灯损坏时的状态提供了监控的依据，使两只刹车灯俱损、俱好、一损一好三种状态的监测都有不同的表现形式，有助于司机一个人可以很容易地判断刹车灯的运行情况，便于更换或维修。

由于别克君越轿车高位刹车灯的供电没有通过制动灯继电器，而直接通过车身控制模块（bcm）控制，故本设计对高位刹车灯的损坏不能起到警示作用。

另外如果左右刹车灯采用led刹车灯泡而非常用的卤素灯泡，由于led灯泡工作电流比卤素灯泡低，故上文斯密特电路的输入电压将会相应变化，led灯泡供电导线两端的电压降ux为了适应该变化，需要将每个车灯所串的二极管型号进行调整，使所串二极管的正向压降增大，以符合斯密特电路的阈值电压的需求。