ES2265747B1 - Semaforo para regular la circulacion. - Google Patents
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Abstract
"Semáforo para regular la circulación". El semáforo comprende una caja en cuyo interior están dispuestos múltiples leds distribuidos en tantos grupos luminosos independientes como luces indicadoras del semáforo, y conectados a un órgano de gobierno, basado en un microprocesador conectado a unos conmutadores, que temporiza el encendido y el apagado de los grupos de leds, estando dichos leds enfrentados por su parte luminosa a una pared transparente de la caja. Cada grupo independiente de leds está dividido en al menos dos subgrupos cada uno con un número igual o parecido de leds, estando los leds de los subgrupos entremezclados con los de los otros subgrupos y actuando el órgano de gobierno de forma que, cuando un grupo de leds está en situación operativa, solamente están encendidos los leds de uno de los subgrupos, estando el resto de leds apagados, y alternándose los subgrupos de leds que se encienden con una frecuencia superior a 25 ciclos/s.
Description
Semáforo para regular la circulación.
La invención se refiere a un semáforo para
regular la circulación, de los que comprenden una caja en cuyo
interior están dispuestos múltiples leds (diodos emisores de luz),
enfrentados por su parte luminosa a una pared transparente o
translúcida de la caja y distribuidos en tantos grupos luminosos
independientes como luces indicadoras tiene el semáforo. Los grupos
de leds están conectados a un órgano de gobierno, formado por un
microprocesador conectado a tantos conmutadores como luces
indicadoras tiene el semáforo, cuya función radica en temporizar el
encendido y el apagado de los grupos de leds.
Básicamente, los leds o diodos emisores de luz
son lámparas de estado sólido, es decir, sin filamento ni gas
inerte que los rodee ni cápsula de vidrio que los recubra. El led
está formado por un semiconductor unido a dos terminales cátodo y
ánodo, recubierto por una resina epoxi transparente. Cuando una
corriente eléctrica circula por el led, se produce un efecto de
electroluminiscencia, es decir, el led emite luz monocromática en
frecuencias que van desde el infrarrojo pasando por todo el
espectro de luz visible hasta llegar al ultravioleta.
Hoy en día, los leds se están utilizando cada
vez más en cartelería exterior e iluminación, en sustitución de las
lámparas incandescentes, gracias a la eficiencia lumínica que éstos
presentan. Otras aplicaciones son carteles de mensajes variables,
señales de tráfico, frenos e iluminación interior en automóviles y
semáforos.
A continuación se mencionan algunas de las
ventajas de los semáforos basados en leds, en comparación con los
semáforos tradicionales de lámparas de incandescencia. La duración
máxima de los leds se estima en diez años, frente a los seis meses
de una bombilla; además, éstas acusan una gran pérdida de
luminosidad después de 5000 horas, mientras que los leds lo hacen
pasadas 10000 horas. Los semáforos de leds permiten una
señalización luminosa uniforme y un alto contraste con la luz
solar, por lo que se mejora la visibilidad a distancias superiores.
Otra ventaja es que con los semáforos de leds se elimina el efecto
"fantasma" que presentan los semáforos tradicionales a causa
del reflejo de la luz solar en su parábola a través de la lente. En
los semáforos tradicionales, se coloca una bombilla por cada luz
indicadora del semáforo (rojo, verde, y naranja), por lo que si se
quema una de las bombillas, la correspondiente luz del semáforo se
apaga hasta la sustitución de la bombilla por otra nueva. En
cambio, en los semáforos de leds, cada luz indicadora del semáforo
está formada por varios leds, por lo que un led averiado sólo
representaría una pérdida aproximada del 0,5% en la luminosidad.
Otra ventaja de los leds frente a las lámparas incandescentes es su
bajo tiempo de respuesta, usualmente del orden de los 0,1
microsegundos en comparación con más de 20 milisegundos para las
lámpara incandescentes.
Un ejemplo de realización de una óptica para
semáforos y dispositivos de señalización por leds está descrito en
el documento ES 1040567U, en el que la óptica comprende una carcasa
en cuyo interior van montados una tarjeta de fuente de alimentación
interna, una placa porta-leds intermedia y un disco
exterior de cierre de naturaleza transparente incolora. La placa
porta-leds intermedia incluye múltiples leds,
distribuidos para reproducir la figura correspondiente al semáforo o
señal de tráfico y divididos en grupos con alimentación
independiente a partir de la tarjeta fuente de alimentación.
En los semáforos y dispositivos de señalización
basados en leds, el ahorro de energía se atribuye al reducido
consumo de energía de los propios leds y el aumento de vida útil
que éstos presentan en comparación con las lámparas de
incandescencia. Se hace notar pues la falta de un semáforo para
regular la circulación que permita reducir todavía más el consumo
de energía.
El semáforo para regular la circulación objeto
de la invención es de los que comprenden una caja en cuyo interior
están dispuestos múltiples leds, distribuidos en tantos grupos
luminosos independientes como luces indicadoras tiene el semáforo.
Los grupos luminosos independientes están conectados a un órgano de
gobierno, basado en un microprocesador, conectado a tantos
conmutadores como luces indicadoras tiene el semáforo, que
temporiza el encendido y el apagado de los grupos de leds, estando
dichos leds enfrentados por su parte luminosa a una pared
transparente o translúcida de la caja.
En esencia, el semáforo para regular la
circulación se caracteriza porque cada grupo independiente de leds
está dividido en al menos dos subgrupos de leds, cada uno de los
cuales tiene un número igual o parecido de leds, estando los leds
de los subgrupos entremezclados con los de los otros subgrupos y
actuando el citado órgano de gobierno de forma que, cuando un grupo
de leds está en situación operativa, que corresponde al encendido
de la respectiva luz del semáforo, solamente están encendidos los
leds de uno de los subgrupos, estando el resto de leds apagados, y
alternándose los subgrupos de leds que se encienden con una
frecuencia superior a 25 ciclos por
segundo.
segundo.
Según otra característica de la invención, el
microprocesador del órgano de gobierno está conectado a un
dispositivo detector de iluminación ambiental basado en un
fotodiodo, que ignorando la luz emitida por los propios leds, mide
la luz ambiental y envía una señal al microprocesador, de modo que
en función de dicha señal el microprocesador varía la intensidad
luminosa de los leds modificando el ciclo de trabajo de estos
últimos, manteniendo constante la frecuencia de trabajo de los leds
y variando la relación entre los tiempos de encendido y tiempos de
apagado.
Según otro aspecto de la invención, el
microprocesador del órgano de gobierno está conectado a un
dispositivo de vigilancia del funcionamiento de cada uno de los
subgrupos de leds, de tal modo que, en caso de que el dispositivo de
vigilancia detecte el fallo de algún subgrupo de leds, el
microprocesador hace aumentar la intensidad luminosa de los
restantes subgrupos de leds a fin de compensar la pérdida de
visibilidad, al tiempo que genera una señal de alerta susceptible de
ser enviada a un centro de control de tráfico o centro de
mantenimiento al que está asociado el semáforo.
De acuerdo con otra característica de la
invención, el microprocesador del órgano de gobierno, los
conmutadores y los grupos luminosos independientes de leds están
conectados eléctricamente a un sistema de alimentación.
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de
ejemplo no limitativo, un modo de realización preferido del
semáforo para regular la circulación objeto de la invención. En
dichos dibujos:
la Fig. 1, es una vista en alzado de una
distribución de subgrupos de leds de uno de los grupos luminosos
independientes del semáforo para regular la circulación objeto de
la invención;
la Fig. 2, es un diagrama de bloques de la
disposición de los componentes electrónicos y eléctricos del
semáforo para regular la circulación;
la Fig. 3, es un esquema de la secuencia de
encendido y apagado de los subgrupos de leds de la Fig. 1 en
condiciones de luz ambiental intensa;
la Fig. 4, es un esquema de la secuencia de
encendido y apagado de los subgrupos de leds de la Fig. 1 en
condiciones de luz ambiental débil;
la Fig. 5, es un esquema de la secuencia de
encendido y apagado de los subgrupos de leds de la Fig. 1 en
condiciones de fallo de uno de ellos (subgrupo 2); y
la Fig. 6, es una vista en perspectiva del
semáforo para regular la circulación.
Hoy en día es habitual la utilización de leds
(diodos emisores de luz) en carteles de mensajes variables, señales
de tránsito, frenos e iluminación interior en automóviles, así como
también en semáforos, en sustitución de las lámparas
incandescentes, debido a su reducido consumo de energía y a su larga
vida útil.
El semáforo 1 para regular la circulación objeto
de la invención es de los que comprende una caja en cuyo interior
están dispuestos múltiples leds distribuidos en tantos grupos G1,
G2, G3 luminosos independientes como luces indicadoras tiene el
semáforo, estando dichos leds enfrentados por su parte luminosa a
una pared transparente o translúcida de la caja, como se aprecia en
la Fig. 6. De este modo, en el semáforo 1 para la regulación del
tráfico, el grupo G1 está asociado, por ejemplo, a la luz
indicadora roja, el grupo G2 a la luz ámbar y el grupo G3 a la luz
verde. Así, cada uno de los leds LG1, LG2, LG3, que forman parte de
un grupo G1, G2, G3 luminoso independiente, emite la luz
monocromática propia del grupo luminoso al que pertenece.
Según la invención, cada grupo G1, G2, G3 de
leds independiente está dividido en al menos dos subgrupos SG1,
SG2, cada uno de los cuales tiene un número igual o parecido de
leds, estando los leds LG1 y LG2 de sus respectivos subgrupos SG1 y
SG2, entremezclados con los leds de los otros subgrupos.
La Fig. 1 muestra una de las posibles
distribuciones de subgrupos de leds SG1, SG2, SG3, de uno de los
grupos luminosos independientes del semáforo 1 para regular la
circulación. En el citado dibujo se han sombreado de manera
diferente los leds LG1, LG2, LG3, según el subgrupo de leds SG1,
SG2, SG3 al que pertenecen, para facilitar la comprensión de la
distribución representada, ya que en realidad todos los leds LG1,
LG2, LG3, que forman parte de un mismo grupo luminoso independiente
G1, G2 o G3, emiten la luz monocromática con el mismo color de la
luz indicadora del semáforo asociada (rojo, ámbar, verde).
Según se observa en la Fig. 2, los grupos G1,
G2, G3 luminosos independientes están conectados a un órgano de
gobierno, basado en un microprocesador MP conectado a tantos
conmutadores CG1, CG2, CG3, como luces indicadoras tiene el
semáforo 1. Dichos conmutadores CG1, CG2 y CG3 constituyen
conmutadores de estado sólido de baja resistencia interna, a fin de
minimizar las pérdidas y aumentar el rendimiento del sistema. Tanto
el microprocesador MP, como los conmutadores CG1, CG2, CG3 y los
grupos G1, G2, G3 luminosos independientes, están conectados
eléctricamente a un sistema de alimentación SA.
El microprocesador MP temporiza el encendido y
el apagado de los grupos G1, G2, G3 de leds. El citado órgano de
gobierno actúa de forma que, cuando un grupo G1, G2 o G3 de leds
está en situación operativa, que corresponde al encendido de la
respectiva luz del semáforo, solamente están encendidos los leds
LG1, LG2, LG3 de uno de los subgrupos de leds SG1, SG2 o SG3,
estando el resto de leds apagados. Los subgrupos de leds se
encienden alternativamente con una frecuencia superior a 25 ciclos
por segundo.
A modo de ejemplo, a continuación se adopta el
criterio de asociar a los grupos G1, G2 y G3 las luces indicadoras
roja, ámbar y verde. Cuando el semáforo 1 está "en rojo", sólo
el grupo de leds G1 está operativo, mientras que los grupos G2 y G3
están inoperativos. El grupo de leds G1 está dividido en tres
subgrupos de leds SG1, SG2 y SG3, cada uno de los cuales tiene un
número igual o parecido de leds. A título ilustrativo, la
distribución de los subgrupos del grupo de leds G1 se corresponde
con la representada en la Fig. 1, donde todos los leds LG1, LG2 y
LG3 pertenecen a los subgrupos SG1, SG2 y SG3 respectivamente. Al
estar sólo el grupo de leds G1 en situación operativa, los
subgrupos SG1, SG2 y SG3 se alternan en su encendido con una
frecuencia superior a 25 ciclos por segundo.
La alternancia del encendido de los subgrupos
SG1, SG2 y SG3 para reproducir la luz indicadora del semáforo 1
produce un considerable ahorro de energía respecto de otros
semáforos de leds. La frecuencia de encendido, superior a 25 ciclos
por segundo, sumada a la distribución entremezclada de los subgrupos
de leds SG1, SG2 y SG3, garantiza que el usuario del semáforo
perciba claramente el encendido de la luz indicadora, sin notar que
en realidad el "encendido" de la luz roja, ámbar o verde,
según el caso, es una alternancia de encendidos y apagados de leds
que pertenecen a distintos subgrupos de un mismo grupo luminoso
independiente.
El fenómeno producido es similar al que se
produce cuando una luz brilla de forma intermitente, cuya
percepción depende en gran medida de la frecuencia con la que lo
hace. Si se considera una luz que emite destellos de breve duración
a una frecuencia de N destellos por segundo, cuando N es pequeña,
los destellos de luz se aprecian separados. En cambio, si se
incrementa la frecuencia N, aparece el fenómeno denominado
"parpadeo" o Flicker, una sensación visual que suele resultar
muy molesta para el ojo humano. Si se aumenta todavía más la
frecuencia de los destellos, el Flicker se vuelve cada vez menos
molesto, hasta que se alcanza una cierta frecuencia para la cual el
ojo observa los destellos de luz como si fuera un luz continua.
Esta frecuencia se conoce por el nombre de frecuencia de fusión o
frecuencia crítica de parpadeo.
En la Fig. 2 se aprecia que el microprocesador
MP del órgano de gobierno del semáforo 1 está conectado a un
dispositivo detector de iluminación ambiental DIA, basado en un
fotodiodo, que mide la luz ambiental, ignorando la emitida por los
propios leds. El dispositivo detector de iluminación ambiental DIA
envía una señal al microprocesador MP, de tal modo que, en función
de dicha señal, el microprocesador MP varía la intensidad luminosa
de los leds, reduciendo o aumentando, según la luz ambiental, el
ciclo de trabajo de estos últimos, manteniendo constante la
frecuencia de trabajo de los leds y variando la relación entre los
tiempos de encendido Te y tiempos de apagado Ta.
Para determinar la intensidad luminosa de los
leds, el microprocesador MP toma la señal proveniente del detector
de iluminación ambiental DIA y calcula el ciclo necesario para que
en todo momento la luminosidad sea la exigida por la normativa
vigente, pudiendo ser reprogramado en función de los eventuales
cambios que se produzcan en dicha normativa.
Las Figs. 3 y 4 muestran las secuencias de
encendido y apagado de los subgrupos de leds SG1, SG2 y SG3 en
condiciones de luz ambiental intensa y luz ambiental débil
respectivamente. En dichos dibujos, P es el período fijo de trabajo,
suma del tiempo de encendido Te variable y del tiempo de apagado Ta.
De los dibujos se desprende que en condiciones de luz ambiental
intensa, el tiempo de encendido Te de los subgrupos es mayor que en
el caso de luz ambiental débil, ya que para percibir con claridad
el encendido de la luz indicadora del semáforo 1 se hace necesaria
una mayor intensidad para contrarrestar el efecto de la luz
ambiental.
En resumen, cuando el dispositivo de iluminación
ambiental DIA detecta una situación de luz ambiental intensa, el
microprocesador MP hace aumentar la intensidad luminosa de los leds
ampliando el ciclo de trabajo de estos últimos, incrementando el
tiempo de encendido Te con respecto al tiempo de apagado Ta, tal y
como se aprecia en la Fig. 3. En cambio, cuando la situación de luz
ambiental es débil, el microprocesador MP hace disminuir la
intensidad luminosa reduciendo el ciclo de trabajo de los leds,
decreciendo la relación entre los tiempos de encendido Te y tiempos
de apagado Ta, según se observa en la Fig. 4. Cabe mencionar que
tanto en situaciones de luz ambiental intensa como débil, la
frecuencia de trabajo se mantiene constante, superior a 25 ciclos
por segundo. Gracias a la detección de la iluminación ambiental es
posible rebajar la intensidad luminosa en condiciones de oscuridad
o por la noche.
Tal y como se observa en la Fig. 2, además de
estar conectado al dispositivo detector de iluminación ambiental
DIA, el microprocesador MP también está conectado a un dispositivo
de vigilancia DV del funcionamiento de cada uno de los subgrupos de
leds SG1, SG2 y SG3, de tal modo que, en caso de que el dispositivo
de vigilancia DV detecte el fallo de algún subgrupo de leds, el
microprocesador MP hace aumentar la intensidad luminosa de los
restantes subgrupos de leds a fin de compensar la pérdida de
visibilidad, al tiempo que genera una señal de alerta susceptible
de ser enviada a un centro de control de tráfico o centro de
mantenimiento al que está asociado el semáforo 1. La Fig. 5
representa la secuencia de encendido y apagado de los subgrupos SG1
y SG3 en condiciones de fallo del subgrupo SG2, donde se aprecia el
aumento de la intensidad luminosa de los subgrupos SG1 y SG3 con
respecto a las secuencias descritas en las Figs. 3 y 4.
Por otra parte, el semáforo 1 para regular la
circulación objeto de la invención es compatible con los sistemas
de soporte para semáforos ya existentes en las ciudades. Para un
mayor aprovechamiento y comodidad en las tareas de mantenimiento,
se propone que la lente transparente o translúcida del semáforo esté
soldada a la propia caja del semáforo, a los efectos de
proporcionar una mayor estanqueidad y una superficie de semáforo
completamente continua y sin resaltes, lo que impide la acumulación
de suciedad y facilita su limpieza periódica. Además, se plantea
una carcasa de semáforo sin viseras, ya que con la utilización de
los leds se elimina el efecto "fantasma" que presentan los
semáforos de luces incandescentes a causa del reflejo de la luz
solar en la parábola a través de la lente y una visera sólo
serviría de obstáculo en la limpieza de todo el semáforo. El diseño
propuesto queda reflejado en la Fig. 6.
En conclusión, el semáforo 1 para regular la
circulación del tráfico permite disminuir muy considerablemente el
consumo de energía del semáforo, pudiendo llegar a un ahorro de
hasta un cincuenta por ciento con respecto a otros semáforos de
leds. La frecuencia de parpadeo superior a 25 ciclos por segundo
posibilita que la alternancia en el encendido y apagado de los
diferentes subgrupos de leds en los que está dividido cada grupo
G1, G2, G3 luminoso independiente sea imperceptible al ojo humano,
alcanzándose así un ahorro de energía sin menoscabo alguno en lo
que a calidad visual se refiere. Asimismo, el órgano de gobierno
garantiza el correcto funcionamiento del semáforo 1 mediante la
actuación del microprocesador según la señales recibidas tanto del
detector de iluminación ambiental DIA como del dispositivo de
vigilancia DV del funcionamiento de cada uno de los subgrupos de
leds SG1, SG2 y SG3. De lo anterior se deduce que la subdivisión de
los grupos G1, G2 y G3 luminosos independientes de leds en
subgrupos de leds SG1, SG2 y SG3, y su correspondiente encendido
alternativo es directamente aplicable también en aquellas
señalizaciones luminosas basadas en la construcción de figuras
luminosas a base de leds.
Claims (4)
1. Semáforo (1) para regular la circulación, que
comprende una caja (2) en cuyo interior están dispuestos múltiples
leds distribuidos en tantos grupos (G1, G2, G3) luminosos
independientes como luces indicadoras tiene el semáforo, y
conectados a un órgano de gobierno, basado en un microprocesador
(MP) conectado a tantos conmutadores (CG1, CG2, CG3) como luces
indicadoras tiene el semáforo, que temporiza el encendido y el
apagado de los grupos de leds, estando dichos leds enfrentados por
su parte luminosa a una pared transparente o translúcida de la
caja, caracterizado porque cada grupo independiente de leds
está dividido en al menos dos subgrupos de leds (SG1, SG2), cada
uno de los cuales tiene un número igual o parecido de leds, estando
los leds de los subgrupos entremezclados con los de los otros
subgrupos y actuando el citado órgano de gobierno de forma que,
cuando un grupo de leds está en situación operativa, que corresponde
al encendido de la respectiva luz del semáforo, solamente están
encendidos los leds de uno de los subgrupos, estando el resto de
leds apagados, y alternándose los subgrupos de leds que se
encienden con una frecuencia superior a 25 ciclos por segundo.
2. Semáforo (1) para regular la circulación
según la reivindicación 1, caracterizado porque el
microprocesador (MP) del órgano de gobierno está conectado a un
dispositivo detector de iluminación ambiental (DIA), basado en un
fotodiodo, que ignorando la luz emitida por los propios leds, mide
la luz ambiental y envía una señal al microprocesador, de tal modo
que, en función de dicha señal, el microprocesador varía la
intensidad luminosa de los leds, variando el ciclo de trabajo de
estos últimos, de forma que, manteniendo constante la frecuencia de
trabajo de los leds, varía la relación entre los tiempos de
encendido (Te) y tiempos de apagado (Ta).
3. Semáforo (1) para regular la circulación
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el microprocesador (MP) del órgano de gobierno está
conectado a un dispositivo de vigilancia (DV) del funcionamiento de
cada uno de los subgrupos de leds (SG1, SG2, SG3), de tal modo que,
en caso de que el dispositivo de vigilancia detecte el fallo de
algún subgrupo de leds, el microprocesador hace aumentar la
intensidad luminosa de los restantes subgrupos de leds a fin de
compensar la pérdida de visibilidad, al tiempo que genera una señal
de alerta susceptible de ser enviada a un centro de control de
tráfico o centro de mantenimiento al que está asociado el
semáforo.
4. Semáforo (1) para regular la circulación
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el microprocesador (MP) del órgano de gobierno, los
conmutadores (CG1, CG2, CG3) y los grupos (G1, G2, G3) luminosos
independientes de leds están conectados eléctricamente a un sistema
de alimentación (SA).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20070216 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2265747B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180809 |