CN102194323A

CN102194323A - 直流信号机电路

Info

Publication number: CN102194323A
Application number: CN2011100643182A
Authority: CN
Inventors: 王彬; 余建华; 陈智敏
Original assignee: SHENGMAO PHOTOELECTRIC TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: SHENGMAO PHOTOELECTRIC TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明提供一种直流信号机电路，它包括微处理器电路、总线接口电路、总线驱动电路、按键输入电路、数码管显示电路、LED灯态显示电路、信号灯状态检测电路、信号灯驱动电路、红黄绿三色信号灯和电源电路；其中，微处理器电路通过总线接口电路连接按键输入电路；微处理器电路通过总线接口电路连接数码管显示电路；微处理器电路通过总线接口电路连接LED灯态显示电路；微处理器电路依次通过总线接口电路、总线驱动电路连接信号灯状态检测电路；微处理器电路依次通过总线接口电路、总线驱动电路连接信号灯驱动电路；信号灯驱动电路连接红黄绿三色信号灯。该电路具有设计科学、使用方便、低功耗、精确性高、安全可靠、性能稳定的优点。

Description

直流信号机电路

技术领域

本发明涉及一种信号控制电路，具体的说，涉及一种直流信号机电路。

背景技术

目前，在有些欠发达的国家和地区，经常出现短时间停电的现象，而现有信号机大多采用交流供电的方式使用，如果出现停电，则信号灯就不能正常工作，非常容易造成交通事故或者道路拥堵；现有技术中，有些信号机也采用了直流供电的方式，但是没有灯态检测电路，在信号灯出现故障时无法作出相应的保护动作，容易造成交通事故。

为了解决这一问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种设计科学、使用方便、低功耗、精确性高、安全可靠、性能稳定的直流信号机电路。

本发明所采用的技术方案如下：一种直流信号机电路，它包括微处理器电路、总线接口电路、总线驱动电路、按键输入电路、数码管显示电路、LED灯态显示电路、信号灯状态检测电路、信号灯驱动电路、红黄绿三色信号灯和电源电路；其中，所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述按键输入电路用于设置信号灯设置状态参数；所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述数码管显示电路用于显示信号灯设置状态参数的设置信息；所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述LED灯态显示电路以根据信号灯实时工作状态参数模拟信号灯实时工作状态；所述微处理器电路依次通过所述总线接口电路、所述总线驱动电路连接所述信号灯状态检测电路用于采集信号灯实时工作状态参数并与信号灯设置状态参数比对以便判断是否产生信号灯故障信息；所述微处理器电路依次通过所述总线接口电路、所述总线驱动电路连接所述信号灯驱动电路以便根据信号灯设置状态参数和信号灯故障信息发送相应的信号灯控制命令；所述信号灯驱动电路连接所述红黄绿三色信号灯以便根据信号灯控制命令驱动相应的信号灯亮灭；所述电源电路为所述直流信号机电路提供工作电源。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体地说，该直流信号机电路采用不间断供电的设计理念，将信号机和信号灯从目前常见的交流供电方式修改为直流12V供电，当短时间停电时，信号机自动切换到蓄电池供电状态，保证信号灯能够正常工作；

该直流信号机电路增加了信号灯状态检测电路，以便检测信号灯的实时状态，避免由于信号灯故障而没有及时保护黄闪而造成交通事故；

该直流信号机电路的整个系统均采用了低功耗的设计方案，以保障信号机在停电时能够更长时间的正常工作；

该直流信号机电路具有设计科学、使用方便、低功耗、精确性高、安全可靠、性能稳定的优点。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是所述主控板电路的电路原理图；

图3是所述背板电路的电路原理图；

图4是所述灯驱板电路的电路原理图；

图5是所述操作与显示面板电路的电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种直流信号机电路，它包括微处理器电路、串口通讯电路、总线接口电路、总线驱动电路、按键输入电路、数码管显示电路、LED灯态显示电路、信号灯状态检测电路、信号灯驱动电路、红黄绿三色信号灯和电源电路；

其中，所述微处理器电路、所述串口通讯电路、所述总线接口电路、所述电源电路构成主控板电路；所述总线驱动电路构成背板电路；所述信号灯状态检测电路、所述信号灯驱动电路构成灯驱板电路；所述按键输入电路、所述数码管显示电路、所述LED灯态显示电路构成操作与显示面板电路；

所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述按键输入电路用于设置信号灯设置状态参数；所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述数码管显示电路用于显示信号灯设置状态参数的设置信息；所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述LED灯态显示电路以根据信号灯实时工作状态参数模拟信号灯实时工作状态；

所述微处理器电路依次通过所述总线接口电路、所述总线驱动电路连接所述信号灯状态检测电路用于采集信号灯实时工作状态参数并与信号灯设置状态参数比对以便判断是否产生信号灯故障信息；所述微处理器电路依次通过所述总线接口电路、所述总线驱动电路连接所述信号灯驱动电路以便根据信号灯设置状态参数和信号灯故障信息发送相应的信号灯控制命令；

所述信号灯驱动电路连接所述红黄绿三色信号灯以便根据信号灯控制命令驱动相应的信号灯亮灭；

所述微处理器电路连接所述串口通讯电路以便为外围设备提供通讯接口；

所述电源电路为所述直流信号机电路提供工作电源。

所述主控板电路是直流信号机电路的核心电路，负责存储通过操作与显示面板电路设置的信息，当存储完设置后，主控板电路通过它的数据总线、地址总线，并通过背板电路的译码功能对灯驱板电路进行控制，即，将控制信号传输到灯驱板电路上，控制灯驱板电路工作，进而控制信号灯的亮灭和读取信号灯的实时工作状态，确保信号灯正常运行，若信号灯工作不正常，所述主控板电路将执行相应的保护动作，如路口信号灯黄闪等；所述操作与显示面板电路可对主控板电路进行各种操作设置，设置完成后保存至主控板电路中；所述灯驱板电路负责根据主控板电路的控制命令点亮对应的信号灯，并读取信号灯的实时状态，并将该实时状态反馈给主控板电路。

基于上述，如图2所示，所述微处理器电路采用型号为MSP430F149的处理器；MSP430F149是一种新型的混合信号处理器，采用了美国德州仪器公司最新低功耗技术，它将大量的外围模块整合到片内，特别适合于开发和设计单片系统；MSP430F149单片机主要具有低电压、超低功耗的特点，具有12位的模数转换器，可以得到很高的精度，并且省去了使用专门的模数转换器给设计电路板带来的麻烦；它拥有大容量的存储空间，存储器方面包括多达60k Flash ROM和2k RAM，如此数量的存储空间完全可以满足程序及数据的需要；它具有两通道串行通信接口，可用于与计算机进行异步或同步串行通信；它具有硬件乘法器，该乘法器独立于CPU进行乘法运算的操作，在提高乘法运算速度的同时也提升了CPU的利用效率；它具有串行在系统编程，通过仿真器对程序进行下载，并通过专用软件对程序及单片机的工作状态进行监控，极大方便了程序的调试；

复位芯片采用MAXIM公司生产的MAX706；时钟芯片采用DS1306来给系统提供准确的时间信息，DS1306除了实时时钟时间、日期等功能外，还有96字节RAM，可同时输出1Hz和32.768kHz两种方波，可设置2个时钟和2个中断源，数据传输采用SPI方式，其具有低功耗的优点。

所述串口通讯电路采用型号为MAX232的通信芯片和型号为SN65176的串行通信芯片；由于型号为MSP430F149的处理器提供2个串口接口，在本电路中，使用型号为MAX232的通信芯片提供一路RS232接口，使用型号为SN65176的串行通信芯片提供一路RS485接口，以便与其它的设备进行串口通讯。

所述总线接口电路包括四组型号为74HC245的总线驱动器，它实现了型号为MSP430F149的处理器与总线驱动电路、操作与显示面板电路之间的数据通信；型号为74HC245的总线驱动器提高了总线的驱动能力，增加负载能力。

所述电源电路包括蓄电池、外部供电电源、电源切换电路和集成稳压电路，所述蓄电池、所述外部供电电源分别连接所述电源切换电路，所述电源切换电路连接所述集成稳压电路；当有交流电供电时，充电器给蓄电池充电，同时给系统提供12V电源，当停电时，充电器无法工作，此时则由蓄电池给系统提供电源，以便信号灯能够继续正常工作；

所述集成稳压电路负责将电源切换电路提供的+12V直流电源转化为+5V和+3.3V的直流电源，以便给直流信号机电路的各个电路供电；所述集成稳压电路使用型号为SPX3819的电压芯片将+12V转换为+5V，再使用型号为SP6203的电压芯片将+5V转换为+3.3V；该直流信号机电路采用蓄电池供电，同时，也可扩展太阳能电池板，增加工作时间。

基于上述，如图3所示，所述背板电路负责主控板电路与灯驱板电路之间的通讯转换，主控板电路通过总线将地址数据传输到背板电路，通过背板电路上的、型号为74HC138的译码器将地址总线译码，提供灯驱板电路的片选信号，然后，选通型号为74HC273的锁存器，以便对灯驱板电路输出相应的控制命令，选通型号为74HC245的总线驱动器，以便读取灯驱板电路采集的实时灯态的反馈信号，用于判断信号灯是否出现故障；

所述总线驱动电路包括两组型号为74HC138的译码器、四组型号为74HC245的总线驱动器和四组型号为74HC273的锁存器，其中，两组译码器分别与四组总线驱动器、四组锁存器连接。

基于上述，如图4所示，所述灯驱板电路主要负责根据主控板电路的控制命令点亮对应的信号灯，并读取信号灯的实时工作状态，并将实时工作状态反馈给主控板电路；一个十字路口有八个相位，每个相位需要安装一组三色信号灯，八个相位共需24个信号灯；

所述信号灯驱动电路包括24路驱动电路，所述驱动电路包括型号为SI4946的双N沟道MOS管和型号为74HC04的反向器，其中，所述反向器的信号输出端连接所述MOS管的信号输入端，所述反向器的信号输入端用作所述驱动电路的输入端，所述MOS管的信号输出端用作所述驱动电路的输出端；24路驱动电路的输入端连接背板电路上的四组型号为74HC273的锁存器，24路驱动电路的输出端连接24个信号灯；所述信号灯驱动电路采用型号为SI4946的双N沟道MOS管进行驱动，2路MOS管并联使用可提供高达10A的驱动电流；

所述信号灯状态检测电路包括24路检测电路，所述检测电路包括型号为INA122的信号采集仪表放大器和型号为LM2902的基准电压比较器，其中，所述信号采集仪表放大器的信号输出端连接所述基准电压比较器的信号比较输入端，所述信号采集仪表放大器的信号输入端用作所述检测电路的输入端，所述基准电压比较器的信号输出端用作所述检测电路的输出端；24路检测电路的输入端连接24个信号灯，24路检测电路的输出端连接背板电路上的四组型号为74HC245的总线驱动器；

所述信号灯状态检测电路采用TI公司生产的型号为INA122的精密低噪声信号采集仪表放大器来对信号灯输出电路进行采样，该放大器内部采用2个运放设计，使之具有非常低的静态电流，其能工作在2.2～36V的单电源供电模式下，静态电流仅60μA；它用一个外部电阻，可设定从5～10000V/V的任意增益值；它采用激光校正保证了极低失调电压及漂移，具有优越的共模抑制，可用于便携式仪表和数据采集系统；

所述信号灯状态检测电路采用型号为LM2902的电压比较器来对信号灯输出电路进行采样，当采样电压高于基准电压时，则认为信号灯亮，当采样电压低于基准电压时，则认为信号灯灭，通过反馈的状态与设置的状态进行对比，则可以检测出信号灯是否故障。

基于上述，如图5所示，所述操作与显示面板电路是通过按键、数码管以及LED灯组组成的人机界面，它实现了对主控板电路的参数设置和模拟显示功能；数码管和LED模拟灯组显示的内容由型号为74HC273的锁存器进行锁存，数码管用于显示参数设置的信息，LED灯组用于模拟信号灯亮灭的状态，方便用户观察；

所述数码管显示电路包括6组数码管、7组型号为74HC273的锁存器和一组型号为74HC138的译码器，其中，所述译码器分别连接7组锁存器，7组锁存器分别连接6组数码管；

所述LED灯态显示电路包括16组LED模拟灯组、8组型号为74HC273的锁存器和一组型号为74HC138的译码器，所述译码器分别连接8组锁存器，8组锁存器分别连接16组LED模拟灯组。

传统的交流信号机电路采用可控硅控制信号灯输出，采用互感器检测灯态反馈，而在该直流信号机电路中采用12V直流供电，并用大电流MOS管驱动信号灯输出，使用精密信号采集放大器对灯态进行检测，能够准确判断信号灯是否工作正常，如果工作不正常，该直流信号机电路就会执行相应的保护动作，如路口信号灯黄闪，以提示司机信号灯出现故障。

Claims

1.一种直流信号机电路，其特征在于：该直流信号机电路包括微处理器电路、总线接口电路、总线驱动电路、按键输入电路、数码管显示电路、LED灯态显示电路、信号灯状态检测电路、信号灯驱动电路、红黄绿三色信号灯和电源电路；其中，所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述按键输入电路用于设置信号灯设置状态参数；所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述数码管显示电路用于显示信号灯设置状态参数的设置信息；所述微处理器电路通过所述总线接口电路连接所述LED灯态显示电路以根据信号灯实时工作状态参数模拟信号灯实时工作状态；所述微处理器电路依次通过所述总线接口电路、所述总线驱动电路连接所述信号灯状态检测电路用于采集信号灯实时工作状态参数并与信号灯设置状态参数比对以便判断是否产生信号灯故障信息；所述微处理器电路依次通过所述总线接口电路、所述总线驱动电路连接所述信号灯驱动电路以便根据信号灯设置状态参数和信号灯故障信息发送相应的信号灯控制命令；所述信号灯驱动电路连接所述红黄绿三色信号灯以便根据信号灯控制命令驱动相应的信号灯亮灭；所述电源电路为所述直流信号机电路提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：所述微处理器电路采用型号为MSP430F149的处理器。

3.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：该直流信号机电路还包括有串口通讯电路，所述微处理器电路连接所述串口通讯电路以便为外围设备提供通讯接口；所述串口通讯电路采用型号为MAX232的通信芯片和型号为SN65176的串行通信芯片。

4.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：所述总线接口电路包括四组型号为74HC245的总线驱动器。

5.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：所述总线驱动电路包括两组型号为74HC138的译码器、四组型号为74HC245的总线驱动器和四组型号为74HC273的锁存器，其中，两组译码器分别与四组总线驱动器、四组锁存器连接。

6.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：所述数码管显示电路包括6组数码管、7组型号为74HC273的锁存器和一组型号为74HC138的译码器，其中，所述译码器分别连接7组锁存器，7组锁存器分别连接6组数码管。

7.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：所述LED灯态显示电路包括16组LED模拟灯组、8组型号为74HC273的锁存器和一组型号为74HC138的译码器，其中，所述译码器分别连接8组锁存器，8组锁存器分别连接16组LED模拟灯组。

8.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：所述信号灯状态检测电路包括24路检测电路，所述检测电路包括型号为INA122的信号采集仪表放大器和型号为LM2902的基准电压比较器，其中，所述信号采集仪表放大器的信号输出端连接所述基准电压比较器的信号比较输入端，所述信号采集仪表放大器的信号输入端用作所述检测电路的输入端，所述基准电压比较器的信号输出端用作所述检测电路的输出端。

9.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：所述信号灯驱动电路包括24路驱动电路，所述驱动电路包括型号为SI4946的MOS管和型号为74HC04的反向器，其中，所述反向器的信号输出端连接所述MOS管的信号输入端，所述反向器的信号输入端用作所述驱动电路的输入端，所述MOS管的信号输出端用作所述驱动电路的输出端。

10.根据权利要求1所述的直流信号机电路，其特征在于：所述电源电路包括蓄电池、外部供电电源、电源切换电路和集成稳压电路，所述蓄电池、所述外部供电电源分别连接电源切换电路，所述电源切换电路连接集成稳压电路。