Verkehrsampel für Straßenfahrzeuge und Fußgänger
Von Jannis Rohleder
Bei der hier vorgestellten Schaltung, bei der nur Teile des Conrad Adventskalenders Verwendung finden, wird die Ablauffolge einer Verkehrsampel mithilfe des CMOS-Bausteins CD4060B simuliert. Andere Chips wurden nicht getestet, jedoch sollten dabei keine weiteren Kompatiblitätsprobleme auftreten. Die Schaltung läuft zwischen 6 – 12 V (optimal sind 9 V), und nimmt dabei einen Strom von maximal 14 mA auf.
Beginnen wir zunächst mit dem Oszillator der ganzen Schaltung. Dieser wird hierbei lt. Applikationshinweis des Datenblattes folgendermaßen aufgebaut:
Als zeitbestimmende Komponenten C1 / R4 dienen in diesem Fall 2x 10 kOhm in Reihenschaltung (also 20kOhm) und 10 nF, wodurch der Oszillator bei einer Frequenz von 2,17 kHz schwingt. Ein kompletter Durchlauf der Ampel dauert somit etwa 7 ½ Sekunden.
LED „rot(1)“ und „gelb(1)“ liegen an Q14 bzw. Q13, und teilen sich den Widerstand R5, welcher gegen Masse geführt ist. Wenn nun an Q14 oder Q13 Spannung anliegt, dann fällt laut des Ohm´schen Gesetz eine höhere Spannung an R5 ab, da durch LED „rot(1)“ bzw. gelb(1) mehr Strom fließt als durch Led „grün“ (bedingt durch R8). Somit liegt zwischen VCC und R5 eine niedrigere Spannungsdifferenz, die nicht mehr dazu reicht, um LED „grün“ zum Leuchten zu bringen. Wenn jedoch Q13 oder 14 offen sind, erhöht sich wieder die Spannungsdifferenz, und die Fahrt kann weiter gehen.
Graphische Darstellung des Verlaufs von Spannung (R5) und Gesamtstromaufnahme (VCC = 12V):
Damit nun Fußgänger aber auch wissen, wann sie gehen dürfen, wurden 2 zusätzliche LEDs in die Schaltung mit einbezogen. Sie werden lediglich von dem Ausgangspegel von Q14 gesteuert. Wenn dieser auf „HIGH“ liegt, wird LED „gelb(2)“ durchgesteuert, wenn nicht, dann LED „rot(2)“.
Zur Verdeutlichung hier ein Pulsdiagramm der Sequenzen:
Zusätzlich habe ich ein kurzes Video gedreht, um die Schaltung in Aktion zu zeigen:
https://www.youtube.com/watch?v=HBdkbrWn-eo
Mehr Teile für mehr Funktion!
Während des Experimentierens kam mir noch die Idee, den mit im Kasten vorkommenden Taster zu verwenden, um eine Art „Haltewunsch“ für die Fußgänger zu realisieren. Genauso wollte ich das Problem lösen, dass die Rotphase der Fußgängerampel zu spät einsetzt. Mit ein paar weiteren Transistoren und Widerständen konnten die Probleme gelöst werden.
Das Schaltbild zeigt nun eine Ampelschaltung, welche vollfunktionsfähig ist. Um den Reset-Pin herum befindet sich nun ein ELKO, welcher über einen Trimmer von 220kOhm geladen wird. Dieser muss so eingestellt werden, dass der Reset genau dann auslöst, wenn die Grünphase eintritt. Am besten stellt man ihn Anfangs in Mittelstellung, und justiert dann im Betrieb. Mit dem Taster SW1 kann man nun einen „bitte Halten“ Wunsch abgeben. Dabei wird C1 kurzgeschlossen, und der Reset wird solange ausgelöst, bis die Schwellenspannung erreicht wird, und die Schaltung sich zurücksetzt.
T1 und T4 bilden ein ODER-Gatter, sodass LED „rot(2)“ nur dann leuchtet, wenn Q13/14 „LOW“ ODER „HIGH“ sind, ODER wenn Q13 „HIGH“ und Q14 „LOW“ ist. LED „gelb(2)“ wurde so verschaltet, dass sie nur leuchten kann, wenn Q14 „HIGH“ und Q13 „LOW“ ist.
Hier ein weiteres kurzes Demonstrationsvideo der verbesserten Version: https://youtu.be/v4bJ5Fqy6Yw