DD150961A1

DD150961A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE CONTINUOUS CONTROL OF THE BRIGHTNESS OF SIGNALING LAMPS

Info

Publication number: DD150961A1
Application number: DD22114580A
Authority: DD
Inventors: Josef Kreiner; Rolf Laube; Alfred Wieczorek; Herbert Schnelle; Guenther Kauerauf
Original assignee: Josef Kreiner; Rolf Laube; Alfred Wieczorek; Herbert Schnelle; Guenther Kauerauf
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1981-09-23
Also published as: DE3112575A1

Abstract

Das Ziel der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, die automatisch die Helligkeit der Signalgeberlampen an die Umgebungshelligkeit anpaszt. Zum einen soll eine deutliche Erkennbarkeit der Signalgeberlampen erreicht werden, ohne dasz eine Blendwirkung eintritt, zum anderen soll die Lebensdauer der Gluehlampen erhoeht und Elektroenergie eingespart werden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz die Gluehlampen mit einer geringeren Netzspannung angesteuert werden. Zur Erzeugung dieser geringen Netzspannung werden die Werte der Umgebungshelligkeit sowie die Groesze der Netzspannung in einem Mikrorechner verarbeitet. Der Mikrorechner programmiert mit diesen Werten ein programmierbares Zeitglied, das im Nulldurchgang der Netzphase gestartet wird und in der ansteigenden Phase ein Signal zur Ansteuerung der Signalgeberlampe abgibt. Je nach programmierter Zeit aendert sich der Sromfluszwinkel in der Signalgeberlampe, und damit die Helligkeit. Das Anwendungsgebiet sind Lichtsignalanlagen zur Steuerung des Straszenverkehrs an Knotenpunkten.The object of the invention is a circuit arrangement which automatically adjusts the brightness of the signal lamps to the ambient brightness. On the one hand, a clear recognizability of the signal generator lamps is to be achieved without a glare effect, on the other hand, the life of the incandescent lamps is to be increased and electrical energy saved. The essence of the invention is that the light bulbs are driven with a lower mains voltage. To generate this low line voltage, the ambient brightness values and the mains voltage are processed in a microcomputer. The microcomputer programs with these values a programmable timer, which is started at the zero crossing of the mains phase and outputs a signal for controlling the signal generator lamp in the rising phase. Depending on the programmed time, the Sromfluszwinkel changes in the signal generator lamp, and thus the brightness. The field of application are traffic signal systems for controlling the traffic flow at junctions.

Description

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Titel der ErfindungTitle of the invention

Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen Steuerung der Helligkeit von SignalgeberlampenCircuit arrangement for the continuous control of the brightness of signal generator lamps

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung dient der kontinuierlichen Steuerung der Helligkeit der Signalgeberlampen von Lichtsignalanlagen für die Steuerung des Straßenverkehrs an Knotenpunkten.The invention serves for the continuous control of the brightness of the signal generator lamps of traffic signal systems for the control of road traffic at junctions.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die bisher zum Einsatz gekommenen Lichtsignalanlagen besitzen keine Anordnungen, die die kontinuierliche Steuerung der Helligkeit der Signalgeberlampen von Lichtsignalanlagen vorsehen. In der Offenlegungsschrift 2415 763 wird eine Anordnung beschrieben, die der Erhöhung der Lebensdauer von Glühlampen und äer Optimierung der Blendverhältnisse bei Lichtsignalanlagen dient. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch Einschalten von Zusatzimpedanzen in den Lampenstromkreis die Betriebsspannung der Glühlampe auf ca. 85 % ihres Nennwertes herabgesetzt wird. Die Zuschaltung der Im-The previously used light signal systems have no arrangements that provide the continuous control of the brightness of the signal lamps of traffic signal systems. Laid-open publication 2415 763 describes an arrangement which serves to increase the service life of incandescent lamps and to optimize the glare conditions in traffic light installations. The object is achieved in that the operating voltage of the incandescent lamp is reduced to about 85 % of its nominal value by switching additional impedances in the lamp circuit. The connection of the im-

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pedanzen wird durch eine geeignete Relaisschaltung mit der Ein- bzw. Ausschaltung der Straßenbeleuchtung gekoppelt. Bei Vorhandensein einer vom Straßenbeleuchtungsnetz unabhängigen Steuerspannung kann der Zuschaltzeitpunkt der Impedanzen noch optimiert werden.Pedestrian is coupled by an appropriate relay circuit with the on or off the street lighting. In the presence of a control voltage independent of the street lighting network, the connection time of the impedances can still be optimized.

Als Zusatzimpedanzen sind Drosselspulen und Transformatoren vorgesehen.As additional impedances choke coils and transformers are provided.

Die Anordnung weist folgende Nachteile auf: Die beschriebene Lösung ist nicht optimal ausgelegt, da nur eine Ein- und Ausschaltung zwischen Tag- und Nachtzeit möglich ist. Helligkeitsunterschiede zwischen den Tagen, aber auch innerhalb eines Tages werden nicht berücksichtigt. Ein weiterer Nachteil ist, daß durch das Zuschalten der Impedanzen ein für das Energienetz unwirtschaftlicher Blindstromanteil vorhanden ist.The arrangement has the following disadvantages: The solution described is not optimally designed, since only an on and off between daytime and nighttime is possible. Brightness differences between the days, but also within a day are not considered. Another disadvantage is that by connecting the impedances an unprofitable for the power grid reactive current component is present.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen Steuerung der Helligkeit der Signallampen von Lichtsignalanlagen, die über den ganzen Tagesablauf automatisch das günstigste Verhältnis zwischen ausreichender Helligkeit, d.h. deutlicher Erkennbarkeit der Signalgeber und der dafür notwendigen minimalen Betriebsspannung zur Gewährleistung einer höheren Lebensdauer der Glühlampen und zur Einsparung von Elektroenergie einstellt. Die Zuschaltung von zusätzlichen Impedanzen soll entfallen.The aim of the invention is a circuit arrangement for the continuous control of the brightness of the signal lamps of traffic signal systems, which automatically over the whole course of the day the most favorable relationship between sufficient brightness, i. clear recognizability of the signal generator and the necessary minimum operating voltage to ensure a longer life of incandescent lamps and to save on electrical energy sets. The connection of additional impedances should be omitted.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, besteht darin, eine Lichtsignalanlage zu realisieren, die die Helligkeit der Signalgeberlampen entsprechend der Umgebungshelligkeit steuert. Die Erfindung dient dem sparsamenThe technical problem, which is solved by the invention, is to realize a traffic signal system which controls the brightness of the signal lamps according to the ambient brightness. The invention serves the economical

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Verbrauch von Elektroenergie, sowie der erhöhung der Verfügbarkeit von Lichtsignalanlagen. Gleichzeitig soll der Material- und Arbeitszeitaufwand, der durch den häufigen Lampenwechsel bei defekten Glühlampen auftritt, wesentlich verringert werden. Die Erfindung dient auch der Verminderung des Blendverhaltens der Signalgeberlampen.Consumption of electric energy, as well as increasing the availability of traffic lights. At the same time the material and labor costs, which occurs due to the frequent lamp replacement with defective bulbs, should be substantially reduced. The invention also serves to reduce the glare behavior of the signal generator lamps.

Die Lösung der Erfindung soll durch eine Anordnung erreicht werden, deren Prinzip darauf beruht, mit einer gewollten Unterspannung gegenüber der Nennspannung der Signalgeberlampen zu arbeiten, wobei dieser Sollwert in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit gesteuert werden soll. Netzspannungsschwankungen werden entsprechend der aktuellen Größe des Sollwertes ausgeregelt.The solution of the invention is to be achieved by an arrangement whose principle is based on working with a desired undervoltage with respect to the nominal voltage of the signal generator lamps, said desired value being controlled in dependence on the ambient brightness. Mains voltage fluctuations are adjusted according to the current size of the setpoint.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Betriebsverhalten von Glühlampen ausgenutzt, das durch die direkte Abhängigkeit zwischen angelegter Betriebsspannung und Lebensdauer gekennzeichnet ist.To solve the problem, the operating behavior of incandescent lamps is utilized, which is characterized by the direct dependence between applied operating voltage and service life.

Die bekannten Glühlampenkennlinien weisen einen exponentiellen Verlauf zwischen Betriebsspannung und Lebensdauer auf, so daß beispielsweise eine IO %-ige Spannungsverringerung gegenüber dem Nennwert eine um das etwa 4-fache höhere Lebensdauer bewirkt. Bei 15 %-iger Spannungsverringerung wird bereits eine ca. 10-fache Erhöhung der Lebensdauer erreicht. Dagegen bewirkt eine Überspannung ein gleichartiges, aber negatives Verhalten auf die Lebensdauer. Eine ähnliche Abhängigkeit besteht zwischen Betriebsspannung und Helligkeit. Die Helligkeit hat einen unmittelbaren Einfluß auf die gute Erkennbarkeit der Signalgeber.The known light bulb characteristics have an exponential curve between operating voltage and life, so that, for example, an IO% voltage reduction compared to the nominal value causes about 4 times longer life. With a 15% reduction in stress, an approx. 10-fold increase in service life is already achieved. In contrast, an overvoltage causes a similar, but negative behavior on the life. A similar dependence exists between operating voltage and brightness. The brightness has an immediate influence on the good recognizability of the signal generator.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht aus einer Einrichtung zur Messung der Umgebungshelligkeit, einer Einrichtung zur Auswertung der Netzspannung, einem Mikrorechner, einem programmierbaren Zeitglied sowie den Leistungsschaltern für die Signalgeberlampen. Die Einrichtung zur Messung der Umgebungshelligkeit besteht aus einem photoempfindlichen Halb-The circuit arrangement according to the invention consists of a device for measuring the ambient brightness, a device for evaluating the mains voltage, a microcomputer, a programmable timer and the circuit breakers for the signal generator lamps. The device for measuring the ambient brightness consists of a photosensitive half-tone

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leiterbauelement. An das photoernpfindliche Halbleiterbauelement schließt sich ein Wandler an, der eine logarithmierende Kennlinie besitzt. Der Ausgang des Wandlers wird auf einen A/D-Wandler geschaltet, der mit dem Mikrorechner verbunden ist. Die Einrichtung zur Auswertung der Netzspannung besteht aus einer Gleichrichterschaltung, an die sich ein A/D-Wandler anschließt· Der Ausgang des A/D-Wandlers ist mit dem Mikrorechner verbunden. Am Mikrorechner sind ein programmierbares Zeitglied und die Leistungsschalter für die Signalgeberlampen angeschlossen.conductor component-. The photo-sensitive semiconductor component is followed by a converter which has a logarithmic characteristic. The output of the converter is switched to an A / D converter which is connected to the microcomputer. The device for evaluating the mains voltage consists of a rectifier circuit, which is followed by an A / D converter · The output of the A / D converter is connected to the microcomputer. On the microcomputer, a programmable timer and the circuit breaker for the signal lamps are connected.

Die Funktion der Schaltung ist folgende:The function of the circuit is as follows:

Das photoempfindliche Halbleiterbauelement wandelt die Umgebungshelligkeit in ein elektrisches Signal um· Das elektrische Signal wird einem Wandler zugeführt, der eine logarithmierende Kennlinie besitzt. Ober eine Wertebereichszuordnung wird nach einer Analog-Digitalumwandlung der Meßwert einem Mikrorechner zugeführt· Die Genauigkeit der Anordnung hängt von der Auflösung in Wertebereiche der analogen eingangsgröße ab. Zur Auswertung der Netzspannung wird diese nach dem Gleichrichten digitalisiert und dem Rechner zugeführt. Der Rechner besitzt somit ein Signal über die Umgebungshelligkeit und über die Höhe der Netzspannung. Entsprechend diesen Werten programmiert der Mikrorechner das programmierbare Zeitglied. Das Zeitglied wird somit auf eine Zeit programmiert, die mit der Umgebungshelligkeit und mit der Höhe der Netzspannung im Verhältnis steht.The photosensitive semiconductor device converts the ambient brightness into an electrical signal. The electrical signal is supplied to a converter having a logarithmic characteristic. After a value range assignment, the measured value is fed to a microcomputer after an analog-to-digital conversion. The accuracy of the arrangement depends on the resolution in value ranges of the analog input quantity. To evaluate the mains voltage, it is digitized after rectification and fed to the computer. The computer thus has a signal about the ambient brightness and the height of the mains voltage. The microcomputer programs the programmable timer according to these values. The timer is thus programmed to a time that is related to the ambient light level and the height of the mains voltage in proportion.

In jeder Halbwelle der Netzphase aktiviert der Mikrorechner das Zeitglied. Die Aktivierung kann vorteilhaft im Nulldurchgang der Netzphase erfolgen. Nach Ablauf der vom Mikrorechner entsprechend der Umgebungshelligkeit und der Höhe der Netzspannung im Zeitglied programmierten Zeit steuert der Mikrorechner die Leistungsschalter für die Signalgeberlampen an. Welche Signalgeberlampen angesteuert werden, richtet sich nach dem internen Programm des Mikrorechners. Mit diesem Ablauf wird der Leistungsschalter zu bestimmten ZeitpunktenIn each half cycle of the network phase, the microcomputer activates the timer. The activation can advantageously take place at the zero crossing of the network phase. After the time programmed by the microcomputer in accordance with the ambient brightness and the level of the mains voltage in the timer, the microcomputer activates the circuit breakers for the signal generator lamps. Which signal generator lamps are controlled depends on the internal program of the microcomputer. With this procedure, the circuit breaker at certain times

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innerhalb der Halbwelle geschaltet» hs ergibt sich ein bestimmter Stromflußwinkel, der unmittelbar auf die Helligkeit der Signalgeberlampen Einfluß hat.Switched within the half-wave »hs results in a certain current flow angle, which has a direct influence on the brightness of the signal lamps.

Ausführungsbeispielembodiment

Das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung ist in Figur 1 dargestellt. Dem photoelektrischen Bauelement 1 folgt der Wandler mit logarithmierender Kennlinie 2 und der A/D*Wandler 3· Dem Gleichrichter 4 für die Netzspannung schließt sich der A/D-Wandler 5 an. A/D-Wandler 3 und 5 sind mit dem Mikrorechner 6 verbunden. Am Mikrorechner 6 ist das programmierbare Zeitglied 7 und ein Leistungsschalter 8 angeschlossen. Der Leistungsschalter 8 steuert die Signalgeberlampe 9. In Figur 2 ist eine Ausführungsform näher beschrieben. An einer ausgewählten Stelle wird der Phototransistor 10 angebracht, dessen Aufgabe es ist, einen der Umgebungshelligkeit proportionalen Strom zu liefern. Der Stromfluß über die Basis-Emitter-Diode von Transistor 11 erzeugt einen logarithmischen Spannungsverlauf, der von den Transistoren 12 und 13 linear verstärkt wird. Ausgewertet wird diese Spannung von einem Schwellwertschalter 14, der den Spannungsbereich, z.B. in 4 digitale Zustände, unterteilt.The block diagram of the circuit arrangement is shown in FIG. The photoelectric component 1 is followed by the converter with a logarithmic characteristic curve 2 and the A / D converter 3. The rectifier 4 for the mains voltage is followed by the A / D converter 5. A / D converters 3 and 5 are connected to the microcomputer 6. The microcomputer 6, the programmable timer 7 and a power switch 8 is connected. The power switch 8 controls the signal generator lamp 9. In Figure 2, an embodiment is described in detail. At a selected location, the phototransistor 10 is mounted, the task of which is to provide a current proportional to the ambient brightness. The current flow through the base-emitter diode of transistor 11 generates a logarithmic waveform which is linearly amplified by transistors 12 and 13. This voltage is evaluated by a threshold value switch 14, which divides the voltage range, for example into 4 digital states.

Die Netzphase wird über eine Diode einem Ladekondensator 15 zugeführt. Ein Schwellwertschalter 16 digitalisiert den Wert der Netzspannung. Ausgangsgrößen sind z.B. 4 Digitalwerte. Ein Mikrorechner 6 einschließlich eines zugehörigen Programms wertet die eingehenden Digitalwerte aus und ermittelt, z.B. nach einem Matrixverfahren, einen Steuerwert für ein programmierbares Zeitglied 7. Für.die Funktion notwendig ist weiterhin die Kenntnis des Zeitpunktes des Spannungsnulldurchganges der Netzphase, der mittels Nullspannungsdeketor IS? festgestellt wird.The mains phase is supplied via a diode to a charging capacitor 15. A threshold value 16 digitizes the value of the mains voltage. Outputs are e.g. 4 digital values. A microcomputer 6, including an associated program, evaluates the incoming digital values and determines, e.g. according to a matrix method, a control value for a programmable timer 7. For the function is still necessary to know the time of the voltage zero crossing of the mains phase, by means of zero-voltage detector IS? is detected.

Der Zeitablauf ist nun folgender: - Bei Feststellung eines Netzphasennulldurchgangs wird dasThe timing is as follows: If a net phase zero crossing is detected, the

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programmierbare Zeitglied 7 mit einem, aus den Digitalwerten der Umgebungshelligkeit und den Digitalwertenprogrammable timer 7 with one, from the digital values of the ambient brightness and the digital values

. des anliegenden Netzspannungseffektivwertes, gewonnenen Steuerwert geladen., of the applied mains voltage RMS value, the control value obtained.

- Nach Ablauf der im Zeitglied 7 eingestellten Zeit gibt der Mikrorechner 6 ein Signal an den Impulsverstärker 18. Der Impulsverstärker 18 erzeugt einen Zündimpuls und dieser Zündimpuls wird über eine Potentialtrennung 19 zur Zündung des in Reihe zur Signalgeberlampe 9 liegenden Halbleiterschalters 20, z.B. eines Triacs, benutzt.- After the time set in the timer 7, the microcomputer 6 gives a signal to the pulse amplifier 18. The pulse amplifier 18 generates an ignition pulse and this ignition pulse is via a potential separation 19 for igniting the lying in series with the signal generator lamp 9 semiconductor switch 20, for example a triac used.

Durch den unterschiedlichen Zündzeitpunkt des Triacs ergibt sich ein unterschiedlicher Stromflußwinkel, und damit eine unterschiedliche Helligkeit der Signalgeberlampe.Due to the different ignition timing of the triac results in a different current flow angle, and thus a different brightness of the signal generator lamp.

Claims

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claims

1. Circuit arrangement for the continuous control of the brightness of signal generator lamps of traffic signal systems, consisting of a microcomputer and circuit breakers for the signaling lamps, characterized in that an execution for measuring the ambient brightness, from a photosensitive element (1), a converter with logarithmic characteristic ( 2) and an A / D converter (3), and a device for evaluating the mains voltage, which consists of a rectifier circuit (4) and an A / D converter (5) on a microcomputer (S), from the Ambient brightness and the value of the mains voltage calculates a value for programming a timer (7) are connected, that the microcomputer is so connected to a programmable timer (7) that, first, the microcomputer (6) the timer (7) corresponding to the values of Ambient brightness and the mains voltage can program that secondly the microcomputer (6) start the timer (7) and third that the timer (7) can cause the computer (6) to drive the circuit breakers (8), and that the circuit breakers (8) for driving the signal transmitter lamps (9) are connected to the microcomputer (6).

2. Circuitry after. Punkt, 1, characterized in that the programmable timer (7) is activated at the zero crossing of the mains phase, and the control of the power switch (8) takes place in the rising half-wave of the mains phase.

For this purpose, see drawings