CN101673468B - 用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置，包括连接信号控制器的信号输入端和连接各个路口的倒计时屏的信号输出端，信号输入端和信号输出端之间设有信号隔离单元，所述信号隔离单元分别与主控制器以及隔离型DC/DC变换器连接，所述主控制器与一跳线选择单元连接；所述信号控制器输入的信号依次经过信号输入端、信号隔离单元后输入到主控制器，主控制器通过跳线选择单元选择地址后将信号传递给信号隔离单元，通过信号输出端输出给各个路口的倒计时屏。采用本发明后，可以实现单信号控制器控制多路口倒计时屏，节点模块通信可靠，具有很强的自我保护功能及保护系统的设备的功能。

Description

用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置

技术领域

本发明涉及一种应用于交通信号控制的装置，一种用单信号控制器(主机)控制多路口倒计时屏的转接装置。

背景技术

目前城市中主要使用的交通信号控制系统中，交叉路口除了使用信号灯控制外，还可以使用倒计数显示技术，提示司机还有多少秒进行放行信号的转换。交通信号控制领域中使用的倒计时屏主要有两种：学习型倒计时屏和通信式倒计时屏，学习型倒计时屏不需要通信线缆，使用的时候通过学习绿、黄、红3色信号灯的显示时间来确定3种颜色倒计数的显示时间，这种倒计时屏要求信号灯显示时间固定，通常信号灯周期性显示2个周期后倒计时屏就可以学会并正常工作；通信式倒计时屏需要通信线缆接入交通信号控制器，根据信号控制器送来的数据来控制倒计数显示颜色与时间。根据两种倒计时屏的工作原理可以看出学习型倒计时屏只能工作在简单的交通信号控制方式下，碰到诸如“线协调控制”、“无电缆线协调控制”、“优化”等控制方式，由于每个相位周期信号灯的显示时间都不相同，在这种情况下，学习型倒计时屏就无法正常工作，如果使用就会产生黑屏或显示数字突变的现象，这时就只能使用通信式的倒计时屏，由交通信号控制器来控制倒计时屏的显示。

但是目前通信式的倒计时屏的控制方法还存在一些不足之处：一般情况下，倒计时屏与路口信号控制器的通信地址是固定的。在实际使用中，存在着单信号控制器多路口的情况，子路口也需要倒计时屏，如果子路口的倒计时屏与信号控制器的通信地址也采用其固定的通信地址，则容易与主路口的倒计时屏产生冲突。

现有技术中采用如图1的3种方式实现交通信号控制，但均会带来不利的影响。因为图1a的设计，远程数据连接通常存在很大的电位差，该电位差到了发送器的输出上就成了共模噪声。如果这种噪声过大，就可能超过接收器的输入共模噪声容限，从而造成器件损坏。图1b的设计对高阻型共模干扰有效，由于干扰源内阻大，短接后不会形成很大的接地环路电流，对于通信不会有很大影响。但当共模干扰源内阻较低时，会在接地线上形成较大的环路电流，耦合到数据线中成为共模噪声，影响正常通信。图1c实际上是在接地线上加限流电阻限制干扰电流，但大地接地回路的存在使数据链路对回路中其他地方产生的噪声非常敏感。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置。

技术方案：本发明公开了一种用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置，包括连接信号控制器的信号输入端以及与各个路口的倒计时屏连接的信号输出端，信号输入端和信号输出端之间设有信号隔离单元，所述信号隔离单元分别与主控制器以及隔离型DC/DC变换器连接，所述主控制器与一跳线选择单元连接；所述信号控制器输入的信号依次经过信号输入端、信号隔离单元后输入到主控制器，主控制器通过跳线选择单元选择地址后将信号传递给信号隔离单元，通过信号输出端输出给各个路口的倒计时屏。

本发明中，所述信号隔离单元包括磁耦隔离芯片ADM2490E。

本发明中，所述信号输入端和磁耦隔离芯片输入端之间设有抑制瞬态干扰的输入信号保护单元；所述输入信号保护单元包括依次连接在磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端B和输入端A之间第一电阻，相串联的第三瞬态抑制二极管和第四瞬态抑制二极管组、第六陶瓷放电管、相串联的第四陶瓷放电管和第五陶瓷放电管组；所述第四陶瓷放电管和第五陶瓷放电管之间引出接地，所述第三瞬态抑制二极管和第四瞬态抑制二极管负极相连，其中负极相连处引出接地；其中磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端B和输入端A上还分别串接第三PTC电阻和第四PTC电阻。

本发明中，所述信号输出端和磁耦隔离芯片输出端之间设有抑制瞬态干扰的输出信号保护单元；所述输出信号保护单元包括依次连接在磁耦隔离芯片ADM2490E的输出端Z和输出端Y之间第二电阻，相串联的第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管组、第一陶瓷放电管、相串联的第二陶瓷放电管和第三陶瓷放电管组；所述第二陶瓷放电管和第三陶瓷放电管之间引出接地，所述第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管负极相连，其中负极相连处引出接地；其中磁耦隔离芯片ADM2490E的输出端Z和输出端Y上还分别串接第一PTC电阻和第二PTC电阻。

本发明中，所述主控制器包括型号为89C2051的芯片。

本发明中，所述跳线选择单元包括型号为2*4双排针的芯片。

本发明中，所述隔离型DC/DC变换器包括型号为PSI250DC5D5S的芯片。

本发明的原理是：一个信号控制器控制多个路口的倒计时屏时，信号控制器的输出信号在输出端选择不同路口。在接收端通过本发明的倒计时屏的转接装置，用倒计时屏的转接装置中的跳线选择单元来选择将不同的地址转换为倒计数屏所能识别的固定地址。这样，既可以在倒计时屏的转接装置实现地址的区别发送，也可以在接收端实现地址的统一接收。

有益效果：采用本发明后，可以实现单信号控制器控制多路口倒计时屏，节点模块通信可靠，具有很强的自我保护功能及保护系统的设备的功能。并且本发明接线端子可靠性高，插拔方便，设备采用铝型材外壳，内部功能模块完美嵌入其中，具有三防特点。最重要的是外壳与内部功能模块大地接点接触良好(最终共同接入大地)，实现设备的可靠性要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1a、图1b、图1c为现有技术结构示意图。

图2为本发明电路连接示意图。

图3为本发明实施时组网状态示意图。

具体实施方式：

如图2所示，本发明公开了一种用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置，包括连接信号控制器的信号输入端以及与各个路口的倒计时屏连接的信号输出端，信号输入端和信号输出端集成在工业级接线端子上芯片J1上，其中芯片J1的端口1接大地，端口2接电源，端口3接信号地，端口4、5为输入端、端口6、7为输出端。信号输入端和信号输出端之间设有包括磁耦隔离芯片ADM2490E的信号隔离单元，所述信号隔离单元分别与包括型号为89C2051芯片的主控制器以及包括型号为PSI250DC5D5S芯片的隔离型DC/DC变换器连接，所述主控制器与一跳线选择单元连接；所述信号控制器输入的信号依次经过信号输入端、信号隔离单元后输入到主控制器，主控制器通过跳线选择单元选择地址后将信号传递给信号隔离单元，通过信号输出端输出给各个路口的倒计时屏。

所述信号输入端和磁耦隔离芯片输入端之间设有抑制瞬态干扰的输入信号保护单元；所述输入信号保护单元包括依次连接在磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端B和输入端A之间第一电阻R1，相串联的第三瞬态抑制二极管TVS3和第四瞬态抑制二极管组TVS4、第六陶瓷放电管G6、相串联的第四陶瓷放电管G4和第五陶瓷放电管G5组；所述第四陶瓷放电管G4和第五陶瓷放电管G5之间引出接大地，所述第三瞬态抑制二极管TVS3和第四瞬态抑制二极管组TVS4负极相连正极相背，其中负极相连处引出接大地；其中磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端B和输入端A上还分别串接第三PTC电阻F3和第四PTC电阻F4，其中第三PTC电阻F3位于磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端B上相串联的第三瞬态抑制二极管TVS3和第四瞬态抑制二极管TVS4组和第六陶瓷放电管之间部分，第四PTC电阻F4位于磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端A上相串联的第三瞬态抑制二极管TVS3和第四瞬态抑制二极管组TVS4和第六陶瓷放电管之间部分。

所述信号输出端和磁耦隔离芯片输出端之间设有抑制瞬态干扰的输出信号保护单元；所述输出信号保护单元包括依次连接在磁耦隔离芯片ADM2490E的输出端Z和输出端Y之间第二电阻R2，相串联的第一瞬态抑制二极管TVS1和第二瞬态抑制二极管TVS2组、第一陶瓷放电管G1、相串联的第二陶瓷放电管G2和第三陶瓷放电管G3组；所述第二陶瓷放电管G2和第三陶瓷放电管G3之间引出接大地，所述第一瞬态抑制二极管TVS1和第二瞬态抑制二极管TVS2负极相连，其中负极相连处引出接大地；其中磁耦隔离芯片ADM2490E的输出端Z和输出端Y上还分别串接第一PTC电阻F1和第二PTC电阻F2，其中第一PTC电阻F1位于磁耦隔离芯片ADM2490E的输出端A上相串联的第一瞬态抑制二极管TVS1和第二瞬态抑制二极管TVS2组和第一陶瓷放电管G1之间部分，第二PTC电阻F2位于磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端Y上相串联的第一瞬态抑制二极管TVS1和第二瞬态抑制二极管TVS2组和第一陶瓷放电管G1之间部分。

所述跳线选择单元包括型号为2.54-2*4双排针的芯片(间距为2.54)。

所述隔离型DC/DC变换器的PSI250DC5D5S芯片端口GND2接次级地，端口VDD2接第一电容C1和第三电容C3以及磁耦隔离芯片ADM2490E端口VDD2，第一电容C1和第三电容C3的另一端接次级地。PSI250DC5D5S芯片端口GND1接信号地，端口VDD1接第二电容C2和第四电容C4以及磁耦隔离芯片ADM2490E端口VDD1，第二电容C2和第四电容C4的另一端接信号地。

磁耦隔离芯片ADM2490E的端口GND1接信号地，端口GND2接次级地。端口RXD、TXD分别与主控制器89C2051芯片的端口RXD、TXD连接。

本发明中一个信号控制器控制多个路口的倒计时屏时，信号控制器的输出信号在输出端选择不同路口，例如有4个路口，分别为A、B、C、D，在信号控制器的控制程序中，就已经把这四个路口的地址分别设为(0x50，0x51，0x52，0x53)，(0x60，0x61，0x62，0x63)，(0x70，0x71，0x72，0x73)，(0x80，0x81，0x82，0x83)。在接收端通过本发明的倒计时屏的转接装置，用倒计时屏的转接装置中的跳线选择单元来选择将不同的地址转换为倒计数屏所能识别的固定地址。这样，既可以在倒计时屏的转接装置实现地址的区别发送，也可以在接收端实现地址的统一接收。

实施例：

更具体地说，本发明单节点采用隔离节点，见图2所示，本发明采用两级防护措施抑制瞬态干扰。在实验中发现使用了上述数字隔离方案的系统可靠性有了极大的提高，能消除噪声并且防止电流在两通讯端之间流动，防止瞬态尖峰在系统内部的破坏性传播，但同时发现虽然数字隔离器件以内的电路系统没有损坏，可是接口电路在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象，虽然不至于影响整个系统的安全性，但也造成极大的不方便。出现该现象的原因：虽然隔离“切断”了由电路路径形成的环路，噪声电压只出现在隔离层上而非接收机或其他敏感组件上，但是接口电路必须要经过强烈能量的考验，这样的瞬态干扰可能会有成百上千伏的电压但持续时间很短，在切换大功率感性负载(电机、变压器、继电器)、闪电等过程中都会产生幅度很高的瞬态干扰如果不加以适当防护就会损坏接口。对于这种瞬态干扰可以采瞬态抑制方法加以防护，实际应用中采用两级防护措施，见图2所示，使用三个90V陶瓷放电管(2RM090L-8)(可承受10/700μS，10/700μS为通信线路中感应出的雷击电压波形，表示从零值上升至峰值时间为10mS，下降至峰值值的一半为700μS，8000V雷击测试)进行共模防护、差模防护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，再经过PTC电阻K250-120U(PTC可以采用10Ω左右，100～200mA，耐压250V以上的自恢复保险丝)限流，TVS瞬态抑制二极管的选择可以根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压，Rs485芯片可以选择P6KE15CA。

如图2中，信号控制器的输出信号(平衡信号)接J1的4、5端，该信号接入芯片ADM2490E的A、B端，再通过单端(RXD)与主控制器的RXD端相连，经过地址变换后(地址的变换通过跳线单元JP2来选择)，主控制器通过TXD端输出，与芯片ADM2490E的TXD端相连(单端输入)，再通过Z、Y端输出，与J1的端口6、7相连，6、7端接倒计时屏。所述地址变换是指把不同的地址变换成倒计时屏默认的统一地址。

若一个信号控制器控制4个路口的倒计时屏，一般倒计时屏默认的地址是固定的，其北、东、南、西的默认地址分别为0x50、0x51、0x52、0x53，第一个路口信号控制器送出的地址就为0x50、0x51、0x52、0x53，第二个路口，假设信号控制器为了区别第一个路口送出的倒计时屏的地址为0x60、0x61、0x62、0x63，该信号通过芯片ADM2490E隔离后与主控制器相连，通过跳线单元JP2选择0x60转0x50的跳线来变换地址，然后再通过隔离器的发送端Z、Y输出，通过J1的6、7端接倒计时屏。第三个路口，信号控制器送出的倒计时屏的地址为0x70，则在跳线选择单元JP2处选择0x70转0x50的跳线来变换地址。以此类推。即在每个路口增加这样一个倒计数转接模块，通过不通的跳线来选择不同的地址转换。最终实现把不同地址统一转换成倒计时屏默认的地址。实现了单信号控制器控制多路口倒计时屏。

本发明中总线收发器的信号线和电源线与本地信号与电源是相互隔离的。本发明中可以采用带磁耦(icoupler)隔离技术的ADI公司iCoupler产品的ADM2490E，是基于芯片尺寸的变压器，，具有低功耗、高集成度等特点；同时本发明中隔离电路的都具有双电源、地，分别接系统内部电源地和通信接口芯片的电源、地，同时两种电源、地是通过隔离型DC/DC变换器PS1250DC5D5S进行隔离的，这样，初、次级地不通，对破坏性浪涌产生隔离，信号更加可靠。

如图3所示，在本发明应用中，总线以菊花链或总线拓扑方式联网。当一个信号控制器控制多个路口时，在每个路口均安装一个倒计时转接模块。倒计时转接模块的细节图如图2所示。在信号发送端(信号控制器)，在控制程序中，通过设定不同的地址来区分不同的路口倒计时屏，在信号的接收端(倒计时屏)，通过倒计时转接模块中的跳线，选择把不同的地址转换为倒计时屏默认的地址。在实际应用中总线上每台设备的工作地是不相连的，每个节点都必须通过极短的线头连接到主线缆。Rs485尽管是差分传输，但对于Rs485网络来讲一条低阻的信号地还是必不可少的，一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压被短路。这条信号地可以是额外的一对非屏蔽双绞线或者是屏蔽双绞线的屏蔽层，需要注意的是无论怎么连接千万不能形成工作地回路，否则将会形成很大的环路电流。另外需要注意的是所有收发器中除了一个以外其他均通过隔离连接到总线，图2中唯一一个未隔离的收发器为整个总线接口提供单一地参考，噪声环境下的应用往往用两个RC低通滤波器替代120Ω终端电阻，以增强对共模噪声的滤波，两个滤波器的电阻值应相等(最好采用精密电阻)以确保两个滤波器具有相同的滚降频率。

本发明提供了一种用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置，包括连接信号控制器的信号输入端以及与各个路口的倒计时屏连接的信号输出端，其特征在于，信号输入端和信号输出端之间设有信号隔离单元，所述信号隔离单元分别与主控制器以及隔离型DC/DC变换器连接，所述主控制器与一跳线选择单元连接；所述信号控制器输入的信号依次经过信号输入端、信号隔离单元后输入到主控制器，主控制器通过跳线选择单元选择地址后将信号传递给信号隔离单元，通过信号输出端输出给各个路口的倒计时屏；

所述信号隔离单元包括磁耦隔离芯片ADM2490E；

所述信号输入端和磁耦隔离芯片输入端之间设有抑制瞬态干扰的输入信号保护单元；所述输入信号保护单元包括依次并行连接在磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端B和输入端A之间第一电阻，相串联的第三瞬态抑制二极管和第四瞬态抑制二极管组、第六陶瓷放电管、相串联的第四陶瓷放电管和第五陶瓷放电管组；所述第四陶瓷放电管和第五陶瓷放电管之间引出接地，所述第三瞬态抑制二极管和第四瞬态抑制二极管负极相连，其中负极相连处引出接地；其中磁耦隔离芯片ADM2490E的输入端B和输入端A上还分别串接第三PTC电阻和第四PTC电阻；

所述信号输出端和磁耦隔离芯片输出端之间设有抑制瞬态干扰的输出信号保护单元；所述输出信号保护单元包括依次连接在磁耦隔离芯片ADM2490E的输出端Z和输出端Y之间第二电阻，相串联的第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管组、第一陶瓷放电管、相串联的第二陶瓷放电管和第三陶瓷放电管组；所述第二陶瓷放电管和第三陶瓷放电管之间引出接地，所述第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管负极相连，其中负极相连处引出接地；其中磁耦隔离芯片ADM2490E的输出端Z和输出端Y上还分别串接第一PTC电阻和第二PTC电阻。

2.根据权利要求1所述的用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置，其特征在于，所述主控制器包括型号为89C2051的芯片。

3.根据权利要求2所述的用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置，其特征在于，所述跳线选择单元包括2*4双排针的芯片。

4.根据权利要求2所述的用单信号控制器控制多路口倒计时屏的转接装置，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器包括型号为PSI250DC5D5S的芯片。 

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