CN201456997U - 一种用于交通工具的遮光装置 - Google Patents

Abstract

一种用于交通工具的遮光装置，设有液晶板和可将液晶板与交通工具连接的固定连接部件；设有交流信号发生器，输出有效值随输入电压变化、并加到液晶板电极上的交流控制电压；设有光电转换电池，用于向交流信号发生器输入随可见光强度变化的光强传感信号，同时向交流信号发生器提供直流工作电压。本实用新型能够使遮阳板根据外界的光照强度自动调节透光率，所采用的光电转换电池既能为系统供电，又能充当光强传感器，从而简化了电路结构，缩小了体积，而且使遮阳板不必使用外接电源连线，为将现有交通工具传统挡光板更新为液晶遮光板创造了便利条件。

Description

一种用于交通工具的遮光装置

技术领域

本实用新型属一种遮光装置，特别是用于车辆、飞机等交通工具的遮光装置。

背景技术

车辆驾驶中，外界光照度千差万别，或太亮(如晴朗的夏天)或太暗(如隧道中)，并且经常有迎着太阳行驶的情况，此时透过车窗的阳光会直接进入驾驶者眼睛，当视场内强弱光对比度很高时，人眼就分辨不了弱光的信息，由于眩目，看不清驾驶周围的环境，容易引发交通事故。所以车内前窗上部常配有遮阳板来避免阳光直射眼睛，此举一定程度上改善了驾驶视线。但对于低角度直射光和路面的强漫反射光却无能为力，有时为了避免阳光直接入眼，常常改变坐姿，造成疲劳不利于安全驾驶。

另外，飞机驾驶中，由于行驶在云层之上，所以阳光更强，对飞行员的眼睛造成炫目，通常选择佩戴太阳眼镜避免强光进入眼睛，太阳眼镜的透过率较低，当飞行员需要看舱内的仪表时又觉得照度不够，存在看不清仪表的不足。

现有技术中有采用液晶板作为车用遮阳板的，如ZL：200320127953.1，在该方案中，液晶板能随视场光照度不同而自动调节透过率，其不足之处是：需要通过引线引入外接电源，使用安装不便，特别是现有交通工具上已有的传统遮阳板均是不需要外接电源的挡光板，没有液晶遮阳板所需要的电源设置，这就为在旧有交通工具上更新液晶遮阳板带来了不便。而且上述装置需要设置相对独立的电源单元、探测光传感单元、控制单元等，电路结构复杂，体积大；由于使用相对独立的探测光传感单元，不可避免地会用放大、控制等相关电路，致使整个控制系统的功耗难以降低，除了一部分能耗用于液晶控制，另外一部分被相关的测光、放大电路所消耗，难以实现用容量较小的电池为液晶遮光装置供电。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以根据阳光强度自动调节透光率，而且结构简单、体积小、功耗低，不需外接电源的用于交通工具的遮光装置。

解决上述问题的技术方案是：设有液晶板和可将液晶板与交通工具连接的固定连接部件，其特征在于：

设有交流信号发生器，输出有效值随输入电压变化、并加到液晶板电极上的交流控制电压；

设有光电转换电池，用于向交流信号发生器输入随可见光强度变化的光强传感信号，同时向交流信号发生器提供直流工作电压。

进一步地，所述的交流信号发生器是变频交流信号发生器，输出有效值和频率均随输入电压变化、并加到液晶板电极上的交流控制电压；

进一步的，在交流信号发生器输入电路里，串联有可调阻抗分压元件VR，用于调节交流信号发生器的输入电压。

所述的可调阻抗分压元件VR是可调节电阻元件或可随光照改变阻值的光敏元件.

进一步的，交流信号发生器输出端与液晶板两电极的连线上，分别串有交流分压阻抗元件X1和X2，用以调节液晶板输入电压。

所述的分压阻抗元件X1和X2是电阻、电容元件光敏电阻元件或反相并联的二个二极管等。

液晶板在可见光范围内的透过率与加在其两电极上的控制电压相关：当控制电压超过设定的控制电压阈值且低于控制电压的设定最大值时，透过率会随控制电压的升高而降低，利用该特性，本实用新型用交流信号发生器控制加在液晶板上的交流电压，达到变色的目的，外界光照强度越强，光电转换电池产生的光强传感信号越强，交流信号发生器产生的交流控制电压越高，液晶板的透过率越低，实现自动遮光的功能；而且本实用新型利用光电转换电池具有将光能转换为电能、且其输出电压可随光强度变化的特性，用光电转换电池为交流信号发生器提供直流电源和光强传感信号，也就是说用光电转换电池一种部件实现传统电池与光强传感器两种部件的功能。

本实用新型能够使遮阳板根据外界的光照强度自动调节透光率，所采用的光电转换电池既能为系统供电，又能充当光强传感器，从而简化了电路结构，缩小了体积，而且使遮阳板不必使用外接电源连线，为将现有交通工具传统挡光板更新为液晶遮光板创造了便利条件。

此外，根据光电转换部件的输出特性：随着光照度的增加，光电池的输出电压在初始段上升很快，达到一定的饱合值后，电压随光照度的增加变化较小，所以如果将光电池的电压输出直接用于控制液晶的透光率，其可以控制的光照度范围就很小，本实用新型又根据液晶板基本是呈容性负载，其容抗值随交流控制电压频率的升高而降低的特性，采用进一步方案，将交流信号发生器设置为变频交流信号发生器，使其输出交流控制电压的有效值和频率均随输入电压变化，相当于为系统加进了负反馈调节环节，从而使得整个调节步长细腻而稳定，增加了光照度的可控调节范围。

附图说明

图1、本实用新型装置实施例1结构示意图

图2、本实用新型电控部分方框原理图

图3、本实用新型实施例1电路图

图4、本实用新型实施例2电路图

图5、本实用新型实施例3方框原理图

图6、本实用新型实施例3电路图

图7、本实用新型实施例3CPU芯片产生交流方波控制电压的波形图

具体实施方式

实施例1

图1是本实施例结构示意图：液晶遮光板1嵌在□形支架2框架内，支架2上部与转轴3铰接，铰接部位设有可使支架定位于转到位置的锁定部件。使用时，将转轴3固定在交通工具内需要遮光的部位，将液晶遮光板转到适当角度，即可起到遮光作用。

电控部分的光电转换电池是采用太阳能电池4，装在支架2对着外界光源一侧的壁面上。

本例的液晶板采用正性TN-液晶板，镜片上设有一对管脚，分别与处于镜片相对的两个表面上的ITO导电膜液晶电极电连接。使用中交流信号发生器可通过管脚向液晶板的两个电极施加交流控制电压，当控制电压超过设定的控制电压阈值但又低于设定的最大控制电压值时，控制电压越高，液晶板的透过率越低，起到遮挡强光的作用，由于液晶板是偏振的，因而还具有一定防眩光效果。

本例液晶板对光谱的响应高峰在波长450纳米到700纳米之间，因此，任何足够明亮的可见光都可以启动液晶板，其透过率变化的时间被设定在0.1秒到30秒之间。

光电转换电池采用太阳能电池模组，是一个由多个非晶硅类电池组成的序列，由4到8个单独的电池组成一个序列，模组的尺寸大约是10毫米长，5毫米宽。

本例使用的非晶硅太阳能电池的中心波长为650纳米左右，对光谱响应的高峰就是在可见光的范围内。

图3是本例电路图，本例的交流信号发生器由三个依次连接的反相器U1、U2、U3及外围电路组成，反相器可以采用CD系列COMS器件完成，也可以是74系列的非门器件，具体结构是：太阳能电池S输出端与依次连接的反相器U1、U2、U3连接，第二级反相器U2输出端接有充放电电容C1，充放电电容C1通过充放电电阻R2与第一级反相器U1输出端和第二级反相器U2输入端连接，同时，通过反馈电阻R1与第一级反相器U1输入端相连，随电容C1上的电压变化驱动反相器的输出变化，形成方波输出。第二级反相器U2输出端和第三级反相器U3输出端分别与液晶板LC两控制级连接，输出等效交流信号。

其将直流变交流的工作过程是：

第一级反相器U1的输入为高时，其输出为低，相连的后两个反相器依次传递电位的高低，U2的输出对电容C1进行充放电，随RC时间常数不同，反相器输入输出周期性转换，从而可在反相器U3的输出端，与反相器U2的输出端产生等效的交流方波输出，施加到液晶板LC两控制极上。

外界光照强度越强，太阳能电池输出的电压越高，加到液晶板控制极上的交流电压有效值越高，液晶板的透光率越低，实现自动遮光的功能。

实施例2

参见图4，与实施例1不同的是，本例的交流信号发生器是由迟滞比较器U加上RC负反馈网络构成的振荡电路，两块太阳能电池S1、S2串联连接，二者串接点接地，另一端分别与运算放大器的正负电源端连接，为运放提供正负电源(也可采用一块有中心输出引脚的光电池)。

运算放大器U输出端通过两分压电阻R1和R2接地，R1和R2的分压点与U的同相端连接，形成门限电压输入端，同时运算放大器U输出端还通过充放电电阻R4与运算放大器反相端连接，该端通过充放电电容C1接地，从而形成迟滞比较器和RC负反馈网络构成的可输出方波信号的振荡电路，其基本工作原理是将比较器U输出电压经RC电路积分，利用电容上的充放电电压取代外加输入信号送入比较器反相端，与同相端上的门限电压相比较使比较器的输出不断发生转换，从而形成方波输出。该方波信号的有效值随太阳能电池输出的电压变化，达到控制液晶板透光率的目的。

实施例3

本例的交流信号发生器采用变频交流信号发生器，所述的变频交流信号发生器由数字集成CPU芯片构成，利用软件将输入的光强传感信号变为输入到液晶板电极的交流方波控制电压，并利用CPU芯片时钟频率随输入电压变化而变化的特性实现变频功能，所述的光电转换电池输出端与数字集成CPU芯片供电端连接。

CPU芯片选用了低功耗的MSP430F2001芯片(Texas Instruments公司的产品)，该芯片具有体积小、耗能少的优点，也可采用其它具有这种优势的同类产品。

太阳能电池的两输出端与CPU芯片的供电端16脚和参考地端14脚连接，为其提供直流工作电源，同时作为向该CPU芯片输入的光强传感信号，CPU芯片两输出2、3脚分别与液晶板的两电极连接。

CPU芯片通过软件和内部的定时器产生有效值随输入光强传感信号幅值变化的方波交流控制电压。

具体过程是：在CPU芯片两个输出引脚2、3上，依次轮流产生幅值与输入光强传感信号幅值相同的方波信号，两脚产生的方波信号频率和占空比相同、相位相差180度，分别加到液晶板的两个电极上，对液晶板形成幅值与输入光强传感信号幅值相同的交流方波控制电压。

软件的具体控制方法包含下述内容：

1、对CPU芯片的工作电压设定能够启动它的下限阈值，并设定一上限阈值；

2、当施加在CPU芯片上的电压低于下限阈值，不足以启动它时，CPU芯片为休眠状态，两个输出管脚为参考地电压；

3、当施加在CPU芯片上的电压高于下限阈值，低于上限阈值时，CPU芯片被启动工作，

4、CPU芯片工作期间，利用CPU芯片内的定时器，按设定的时间间隔，分别使两输出管脚在高电平和低电平之间进行电平切换：第一输出管脚输出与输入的光强传感信号幅值相同的高电平时，第二输出管脚输出参考地电平；第一输出管脚输出参考地电平时，第二输出管脚输出与输入的光强传感信号幅值相同的高电平，从而使两个输出管脚分别依次交替输出幅值与输入光强信号幅值相同的方波信号，这两路方波输出信号频率和占空比相同，幅值与光强传感信号幅值相同，加到液晶板的两个电极上，形成有效值正比于光强传感信号的交流方波控制电压。

本例的直流供电电压是由光电转换电池提供的随光照强度变化的直流电压，在CPU芯片的应用中，通常为了稳定CPU芯片的时钟频率，均要求提供稳定的直流电压，本例则相反，恰恰是要利用CPU芯片时钟频率可随供电电压变化而变化这一特性实现对方波交流信号的变频。由于本例软件是以时钟为参照依次在CPU两输出脚之间进行电压切换的，所以当CPU芯片时钟频率随输入光传感信号变化时，切换的间隔频率也变化，使输出的交流方波信号频率变化，当输入的光强传感信号增高时，输出的交流方波信号频率增加，反之则降低，从而达到增加光照度可控调节范围的目的。

参见图7用上述装置产生交流控制电压的波形图，图中的d1显示了来自太阳能电池的直流电信号V，d2和d3两个波形分别显示了CPU芯片两个输出管2脚和3脚的输出控制电压波形V_A、V_B，两个方波频率相同，占空比相同，时间相位相差180度，幅值与光强传感信号幅值相同，CPU芯片两个输出管脚的电压V_A、V_B分别加到液晶板的两个电极上后，对液晶板形成d4所示的交流方波控制电压V_A-V_B，这是一个有效值正比于输入光强信号的交流控制信号。同时当太阳能电池的直流电信号V1增大到V2后，由于CPU芯片时钟频率增大，使两个输出管脚的电平切换时间间隔缩小，频率增大(f2＞f1)。

图6是本例电路图：太阳能电池S两输出端分别与CPU芯片供电端16脚和参考地端连接，在太阳能电池与CPU芯片连接的供电回路里，串联有可调阻抗分压元件VR，本例的VR为手动可调电阻；

由于液晶的视角特性，在一定的控制电压下随视角的增大，光透过率不同，最小透光率对应的视角随控制电压的增加而减小，有时人眼会在镜片上部看到一条黑带随电压增大而下移，严重影响人眼视觉，同时每个使用者对液晶板的亮度要求也不同，因此需要通过限制电压的办法加以控制。本例在太阳能电池与CPU芯片连接的供电回路里，串联有可调电阻R，用于起到调节输入电压的作用，达到调节液晶板透过率的目的，以适应不同使用者对透过率的不同需求。

可调阻抗分压元件VR也可采用可随光照改变阻值的光敏元件，实现自动调节输入电压的作用：当光照强度大时，该光敏元件的阻值降低，输入CPU芯片的电压值增大，反之则减小，起到自动调节的作用。

太阳能电池两输出端之间，并联有储能滤波电容C2；该电容起稳定控制信号的作用，避免液晶板透光率突变，造成镜片闪烁。

CPU芯片两输出脚与液晶板两电极的连线上，分别串有分压阻抗元件X1和X2，用以调节液晶板输入电压。

本例的分压阻抗元件X1和X2是电阻元件，由于是交流电路的分压部件，所以也可以是电容或光敏电阻，或者反相并联的二个二极管，只要能起到调整工作电压的作用均可。

由于本例太阳能电池产生的电压是在1.8v---3.6v变化，交流方波的电压幅值与输入的电压值相同，也在1.8v---3.6v范围内变化，而液晶板的起控电压为1.4v，如果直接驱动液晶板，会丢弃1.4-1.8v间的控制范围，所以调整上述所加的分压阻抗元件X1和X2可以使得液晶板的控制电压从1.4v起控。

本例与液晶板电极连接的控制系统仅有一组太阳能电池，一个CPU芯片，几个静态电子元件。CPU芯片加几个电子元件充当了静态变频交流信号发生器，在CPU芯片上施加的电压值，即在参考地电压管脚和供应电压管脚之间的电压值，是直接从太阳能电池上获得的，它既为芯片供电，又是为芯片提供的随光照强度变化的光强传感信号，CPU芯片无需使用传统的模拟-数字转换器或其它采样方式将其变为数字信号，而是通过软件使输入的直流光强传感信号在CPU芯片的两输出管脚上轮流输出，使两个输出管脚分别输出频率和占空比相同、幅值相同、相位相差180度的方波信号，加在液晶板电极上即形成有效值正比于光强传感信号的交流控制电压，这种方案避免了使用模拟-数字转换器或其它形式采样电路所需的电路，大大简化了电路结构和能耗，缩小了产品体积。同时巧妙地利用CPU芯片时钟频率随供电电压变化的特性实现变频功能，既能通过变频达到增加光照度可控调节范围的目的，又不需增加更多的硬件电路，用一个CPU芯片即可构成变频交流信号发生器。

当CPU芯片不必启动时被设置为休眠模式，这会大大减低整个系统的电流消耗，从而实现仅用太阳能电池即能满足对交流信号发生器供电的要求。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于交通工具的遮光装置，设有液晶板和可将液晶板与交通工具连接的连接部件，其特征在于：

设有交流信号发生器，输出有效值随输入电压变化、并加到液晶板电极上的交流控制电压；

设有光电转换电池，用于向交流信号发生器输入随外界光强度变化的光强传感信号，同时向交流信号发生器提供直流工作电压。

2.根据权利要求1所述的用于交通工具的遮光装置，其特征在于：所述的交流信号发生器是变频交流信号发生器，输出有效值和频率均随输入电压变化、并加到液晶板电极上的交流控制电压。

3.根据权利要求2所述的用于交通工具的遮光装置，其特征在于：所述的交流信号发生器由数字集成CPU芯片构成，利用软件将输入的光强传感信号变为输入到液晶板电极的交流方波控制电压，所述的光电转换电池输出端与数字集成CPU芯片供电端连接。

4.根据权利要求1所述的用于交通工具的遮光装置，其特征在于：所述的交流信号发生器由三个依次连接的反相器及外围电路组成，其中第二级反相器(U2)输出端接有充放电电容(C1)，该充放电电容(C1)通过充放电电阻(R2)与第一级反相器(U1)输出端和第二级反相器(U2)输入端连接，同时，通过反馈电阻(R1)与第一级反相器输入端相连，第二级反相器(U2)输出端和第三级反相器(U3)输出端分别与液晶板两控制级连接，输出等效交流信号。

5.根据权利要求1所述的用于交通工具的遮光装置，其特征在于：所述交流信号发生器的结构是：运算放大器(U)输出端通过两分压电阻(R1、R2)接地，两分压电阻(R1、R2)的分压点与运算放大器的同相端连接，形成门限电压输入端，同时运算放大器输出端还通过充放电电阻(R4)与运算放大器反相端连接，该反相端通过充放电电容(C1)接地，形成迟滞比较器和RC负反馈网络构成的可输出方波信号的振荡电路，所述的光电转换电池两端分别与运算放大器的正负电源端连接，光电转换电池的中心电压输出端接地。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的用于交通工具的遮光装置，其特征在于：在交流信号发生器输入电路里，串联有可调阻抗分压元件(VR)，用于调节交流信号发生器的输入电压。

7.根据权利要求1-5任一权利要求所述的用于交通工具的遮光装置，其特征在于：交流信号发生器输出端与液晶板两电极的连线上，分别串有交流分压阻抗元件(X1，X2)，用以调节液晶板输入电压。

8.根据权利要求1-5任一权利要求所述的用于交通工具的遮光装置，其特征在于：所述光电转换电池两输出端之间，并联有储能滤波电容。

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