CN103337190B - 一种交通信号灯故障智能检测及报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市交通信号灯故障智能检测及报警方法，用于解决现有方法难以在城市交叉口准确检测交通信号灯故障并报警的技术问题，技术方案是通过电压、电流检测电路对交通信号灯的电压和电流进行采样，得到电压、电流逻辑值，主控制器通过电压、电流逻辑值分析、判断交通信号灯详细的故障信息（包括故障信号灯的具体路口位置、方向、灯色、故障类别），并通过通信网络将交通信号灯故障信息发送给交通监控中心。

Description

一种交通信号灯故障智能检测及报警方法

技术领域

 本发明属于智能交通控制、设备检测领域，尤其涉及一种交通信号灯故障智能检测及报警方法。

背景技术

交通信号灯是城市道路交叉口车辆合理、有序、安全通行及行人安全通行的重要保障，是减少城市道路交叉口交通事故的最重要方式。然而，目前交通信号灯具有易因环境因素导致损坏，安装位置远离交通监控中心，无法使交通监管人员及时获知交叉路口信号灯工作状态等不足，并且交通信号灯长时间不亮、在不该亮的时刻亮是目前交通信号灯故障的主要类别，也是直接影响城市交叉口车辆正常通行、行人安全和交通路口事故数量的重要方面，此外，目前交通信号灯的工作状态主要靠人工排查，然后去检测、确认、维修，导致交通监管人员不能及时获知交通信号灯损坏状况、不能及时维修故障交通信号灯。因此，寻求一种能够及时检测城市道路交叉口交通信号灯工作状态并及时通知交通监控中心的检测、报警方法对提高城市道路交叉路口通行质量、减少交叉路口交通事故具有重要意义。

目前，交通信号灯的检测方法主要具有视频图像检测法和采样电路检测法：视频图像检测法主要依靠电子警察摄像机拍取交通信号灯工作图像，根据图像识别算法提取交通信号灯工作状态，对交通信号灯故障进行识别；采样电路检测法主要依靠对交通信号灯两端的电压、电流进行采样，通过与交通信号控制器输出的交通信号灯控制信号进行逻辑分析，判断交通信号灯是否发生故障。交通信号灯的主要报警方法是直接将故障信息反馈给交通信号控制器，交通信号控制器采取降阶、黄闪等控制方式或通过GPRS、wifi或Zigbee等无线网络将交通信号灯故障信息上报维修人员。

文献“朱晓光,李志勇. 一种用于道路交通信号灯故障监督检测的装置:中国，200910116348.6(P).2009-3-16.”给出了一种基于交通信号灯电压检测和电流检测的故障检测装置，是通过交通信号灯两端的电压、电流采样值与交通信号控制器输出的交通信号灯控制信号作对比，判断交通信号灯是否发生故障，但其未给出电压检测和电流检测的具体方法，并且此装置需要交通信号控制器提供交通信号灯正确的控制信号，不同交通信号控制器提供的控制信号格式不同，限制了此交通信号灯故障监督检测装置的普适性。文献“王飞跃,汤淑明，李镇江等. 一种交通信号控制器的故障诊断系统及方法:中国，200810102798.5(P).2009-9-30.”给出了一种交通信号灯电压检测和电流检测的具体方法，由电路网络将交流220V电压信号降为交流5V电压信号，由交流互感器将电流信号转换为交流5V电压信号，并分别由A/D转换电路转换为直流信号，得到电压、电流检测值，但交通信号灯故障检测只用考虑电压、电流信号的有无，无需匹配A/D电路，并且A/D电路增加了检测电路的复杂度，降低了交通信号灯检测电路在复杂环境下工作的可靠性，容易产生虚报与漏报。

该项研究目前存在如下技术缺陷：信号灯故障检测装置需依附于固定型号交通信号控制器提供信号灯的控制信号，不具有普适性；信号灯故障检测电路结构复杂，降低了在复杂多变环境的城市道路交叉口工作的可靠性；信号灯故障信息判别简略，不能为交通监控中心提供故障信号灯的具体位置等详细信息；现有信号灯故障装置检测方法不符合城市道路交叉口实际情况，无法保证信号灯故障的虚报和漏报。

发明内容

本发明公开了一种城市交通信号灯故障智能检测及报警方法，用于解决现有方法难以在城市交叉口准确检测交通信号灯故障并报警的技术问题，技术方案是通过电压、电流检测电路对交通信号灯两端的电压和电流进行采样，得到电压、电流逻辑值；主控制器通过电压、电流逻辑值分析、判别交通信号灯详细的故障信息，包括故障信号灯的具体路口位置、方向、灯色、故障类别；通过通信网络将交通信号灯故障信息发送至交通监控中心。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种城市交通信号灯故障智能检测及报警方法，其特点如下：

1、电压检测电路采用双向光耦采样交通信号灯两端电压，通过分压电阻串联整形电容引入交通信号灯两端电压；整形电容两端并联到双向光耦的输入端；双向光耦输出端一端既通过上拉电阻与电源正极相连，又与电阻、电容构成的低通滤波电路相连，双向光耦另一输出端接地；低通滤波电路输出稳定变化的高低电平信号，作为电压逻辑值；双向光耦避免了交通信号灯地线与主控制器电路直接相连，避免大电压、大电流对主控电路产生影响，起到保护作用；每一路交通信号灯均配有如上电压检测电路；

2、电流检测电路采用电流互感器并联全波整形电路采样交通信号灯电流；电流互感器并联压敏电阻，接入整流桥输入端；整流桥输出端与电容、电阻和稳压管并联，将采样电流信号转换成稳定的高低电平信号，作为电流逻辑值；稳压管限制电容两端充电电压，并且电容通过并联电阻放电；每一路交通信号灯均配有如上电流检测电路；

3、主控制器电路通过选择开关分时选择读取不同路交通信号灯电压、电流逻辑值，依据交通信号灯电压、电流逻辑值进行逻辑分析，判别交通信号灯是否发生故障和故障类型；将电压逻辑值与电流逻辑值进行异或处理，若异或结果为假，即为有电压有电流，则交通信号灯正常亮状态，或为无电压无电流，则交通信号灯正常灭状态或此路未接入交通信号灯；若异或结果为真，即为有电压无电流，则交通信号灯出现该亮不亮的故障，或为无电压有电流，则交通信号灯出现在不该亮时刻亮的故障； 

4、交通信号灯检测方法采用城市交叉路口信号灯最小变化周期作为故障检测周期，如发现某路信号灯发生故障，则持续多次对该路交通信号灯电压、电流采样、分析、判断，进一步确认此路信号灯是否发生故障，降低误报率；对于发生故障的交通信号灯，主控制器将交通信号灯故障信息按照给定格式，包括故障信号灯的具体路口位置、方向、灯色、故障类别，通过串口发送给通信模块，通信模块通过通信网络将故障交通信号灯信息发送到交通监控管理中心，并通知交通监管人员进行维修。

相对于现有技术的有益效果是：其一，电路结构设计合理，在城市道路交叉路口复杂环境下工作具有较高可靠性；其二，交通信号灯检测方法独立于交通信号控制器，在不同地点、拥有不同型号交通信号控制器的路口均具有适用性；其三，交通信号灯检测方法合理，能够有效避免信号灯故障的虚报与漏报；其四，适用于拥有不同种类交通信号灯、交通信号灯数量不固定的多种城市道路交叉口。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明所述的交通信号灯故障智能检测及报警方法的结构示意图；

图2是本发明所述的电压检测电路原理图的实施例，R1、R2、R3为电阻，C1、C2为电容，U1为双向光耦，L为火线，N为零线，GND为地，1为U1的1管脚，2为U1的2管脚，3为U1的3管脚，4为U1的4管脚；

图3是本发明所述的电流检测电路原理图的实施例，U2为电流互感器，R4为电阻，D1为整流桥，R5为电阻，C3为电容，D2为稳压管。

图4是本发明所述的检测流程图；

具体实施方式

参照附图1-4详细说明本发明。

1、电压检测电路如图2所示，200KΩ、1W分压电阻R1一端与火线L相连，另一端与0.01μF整形电容C1相连，同时接到双向光耦U1，型号为TLP620，的1管脚；C1的另一端与零线N相连，同时接到U1的2管脚；R1与C1串联，将交通信号灯两端电压引入电压检测电路，并限制电路电流大小，驱动U1工作；U1的3管脚通过阻值为10KΩ的上拉电阻R2与电源正极相连，同时跟2.2K电阻R3相连，R2起到限流作用；U1的4管脚接地，10μF电容C2的一端接地，另一端与R3相连；U1的3管脚根据L、N端有无电压信号可输出矩形波，并通过R3和C2低通滤波，最终输出稳定变化的高低电平信号，作为电压逻辑值；每一路交通信号灯均配有如上电压检测电路；

2、电流检测电路如图3所示，交通信号灯导线穿过1000：1，型号为GCT201A的电流互感器U2，U2的输出端与200KΩ、1W，耐压值为1KV的压敏电阻R4相连，同时接到型号为KBP210的整流桥D1输入端；U2互感出交通信号灯交流电流信号，通过R3转换为交流电压信号，传入D1进行全波整流；500KΩ电阻R5、10μF电容C3和型号为1N4733的稳压管D2并联，并接入D1的输出端；D1整流后的直流电压对C3充电，D2限制C3两端充电电压最大值为5.1V ，C3通过R4放电，C3两端输出稳定的高低电平信号，作为电流逻辑值；每一路交通信号灯均配有如上电压检测电路；

3、主控制器选择STC89C52RC型单片机，通过分时选通器74HC4067依次读取不同路交通信号灯的电压、电流逻辑值，并将电压、电流逻辑值进行异或操作；若异或结果为0，即为有电压有电流，则交通信号灯正常亮状态，或为无电压无电流，则交通信号灯正常灭状态或此路未接入交通信号灯；若异或结果为1，即为有电压无电流，则交通信号灯出现该亮不亮的故障，或为无电压有电流，则交通信号灯出现在不该亮时刻亮的故障；

4、主控制器采用城市交叉路口信号灯最小变化周期作为故障检测周期，如发现某路信号灯发生故障，则连续20次对该路交通信号灯电压、电流进行采样、分析、判断，进一步确认此路信号灯是否发生故障，降低误报率；对于发生故障的交通信号灯，主控制器根据电压、电流检测电路编号判断发生故障的交通信号灯具体位置、灯色和故障类别，将交通信号灯故障信息按照给定格式，包括故障信号灯的具体路口位置、方向、灯色、故障类别，通过RS232或RS485串口，串口芯片采用MAX232或MAX485，发送给GPRS无线收发模块，型号为LQ1000 GPRS DTU，通过GPRS无线通信网络将故障交通信号灯信息发送到交通监控管理中心，并通知交通监管人员进行维修。

如图4所示，本发明所述的检测流程如下：

（1）、主控制器初始化；

（2）、主控制器通过分时选通器选择读取未检测交通信号灯的电压逻辑值和电流逻辑值；

（3）、主控制器对读取的电压逻辑值和电流逻辑值进行异或操作；若异或结果为假，则进入步骤（4）；若异或结果为真，则进入步骤（5）；

（4）、判断当前是否已对N路交通信号灯完成一次检测，如果已完成对N路交通信号灯的一次检测，则结束本次检测，等待固定时长返回步骤（2）；如果未完成对N路交通信号灯的一次检测，则立即返回步骤（2）； 

（5）、主控制器连续20次对发生问题的交通信号灯读取电压逻辑值和电流逻辑值，并分别做异或操作；若20次异或结果均为真，则进入步骤（6）；若20次异或结果有3次为假，则返回步骤（4）；

（6）、主控制器根据电压检测电路和电流检测电路的编号和逻辑值判别发生故障的交通信号灯的具体位置、灯色和故障类别，并发送至GPRS通信模块通过GPRS网络发送至交通监控管理中心。

Claims (1)

1.一种城市交通信号灯故障智能检测及报警方法，其特点如下：

1）电压检测电路采用双向光耦采样交通信号灯两端电压，通过分压电阻串联整形电容引入交通信号灯两端电压；整形电容两端并联到双向光耦的输入端；双向光耦输出端一端既通过上拉电阻与电源正极相连，又与电阻、电容构成的低通滤波电路相连，双向光耦另一输出端接地；低通滤波电路输出稳定变化的高低电平信号，作为电压逻辑值；双向光耦避免了交通信号灯地线与主控制器电路直接相连，避免大电压、大电流对主控电路产生影响，起到保护作用；每一路交通信号灯均配有如上电压检测电路；

2）电流检测电路采用电流互感器并联全波整形电路采样交通信号灯电流；电流互感器并联压敏电阻，接入整流桥输入端；整流桥输出端与电容、电阻和稳压管并联，将采样电流信号转换成稳定的高低电平信号，作为电流逻辑值；稳压管限制电容两端充电电压，并且电容通过并联电阻放电；每一路交通信号灯均配有如上电流检测电路；

3）主控制器电路通过选择开关分时选择读取不同路交通信号灯电压、电流逻辑值，依据交通信号灯电压、电流逻辑值进行逻辑分析，判别交通信号灯是否发生故障和故障类型；将电压逻辑值与电流逻辑值进行异或处理，若异或结果为假，即为有电压有电流，则交通信号灯正常亮状态，或为无电压无电流，则交通信号灯正常灭状态或此路未接入交通信号灯；若异或结果为真，即为有电压无电流，则交通信号灯出现该亮不亮的故障，或为无电压有电流，则交通信号灯出现在不该亮时刻亮的故障； 

4）交通信号灯检测方法采用城市交叉路口信号灯最小变化周期作为故障检测周期，如发现某路信号灯发生故障，则持续多次对该路交通信号灯电压、电流采样、分析、判断，进一步确认此路信号灯是否发生故障，降低误报率；对于发生故障的交通信号灯，主控制器将交通信号灯故障信息按照给定格式，包括故障信号灯的具体路口位置、方向、灯色、故障类别，通过串口发送给通信模块，通信模块通过通信网络将故障交通信号灯信息发送到交通监控管理中心，并通知交通监管人员进行维修。