CN105355069A - 一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路及其检测控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路及其检测控制方法，与现有技术相比解决了交通信号灯无法进行断路和短路检测的缺陷。本发明包括信号灯，信号灯接在信号机可控硅输出端上，还包括电流检测电路和电压检测电路，电压检测电路并接在信号灯上，电流检测电路串接在信号灯与信号机可控硅输出端的电路回路上。本发明能够同时具备电压检测和电流检测功能，可实时地对信号灯进行故障检测，提高了信号灯的使用可靠性，达到故障检测准确可靠的目的。

Description

一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路及其检测控制方法
技术领域
本发明涉及交通信号灯技术领域，具体来说是一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路及其检测控制方法。
背景技术
智能型信号机除了能够按预设的相位对信号灯进行控制外，还需要能够对信号灯出现的故障进行准确的检测。信号灯常见故障有断路和短路两种情况，相应的故障检测手段也有电流检测和电压检测两种方式。电压检测可以检测到信号灯短路故障，但不能检测出信号灯断路的情况；电流检测可以检测到信号灯断路故障，但不能检测到信号灯短路的情况。因此如何针对信号灯既能进行电压检测也能进行电流检测已经成为急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中交通信号灯无法进行断路和短路检测的缺陷，提供一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路及其检测控制方法来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路，包括信号灯，信号灯接在信号机可控硅输出端上，还包括电流检测电路和电压检测电路，电压检测电路并接在信号灯上，电流检测电路串接在信号灯与信号机可控硅输出端的电路回路上；
所述的电压检测电路包括交流光耦D311，主电压采集端L1R串接双向TVS管D315后接在交流光耦D311的1引脚上，从电压采集端N串接电阻R311后接在交流光耦D311的2引脚上，交流光耦D311的3引脚接地GND，交流光耦D311的4引脚接电压采样点V1R，高电压端V3串接电阻R313后并接在交流光耦D311的4引脚上，电容C312一端并接在交流光耦D311的4引脚上，电容C312的另一端接地GND；
所述的电流检测电路包括兵字电流互感器L311和整流桥D314，主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R之间依次串接兵字电流互感器L311和整流桥D314，整流桥D314的3引脚上串接电阻R321后接入三极管Q311的基极，整流桥D314的4引脚并接在三极管Q311的发射极上，整流桥D314的3引脚和4引脚之间依次并接电阻R320和电容C317，三极管Q311的发射极接地GND，三极管Q311的集电极接电流采集点IL1，高电压端V3串接电阻R322后并接在三极管Q311的集电极上，三极管Q311的发射极和集电极之间并接有电容C318。
所述的主电压采集端L1R和从电压采集端N并接在信号灯上，所述的主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R串接在信号灯与信号机可控硅输出端的电路回路上。
所述的主电流采样端L1RO接在兵字电流互感器L311的2引脚上，从电流采样端L1R接在兵字电流互感器L311的1引脚上，兵字电流互感器L311的3引脚接在整流桥D314的2引脚上，兵字电流互感器L311的4引脚接在整流桥D314的1引脚上。
所述交流光耦D311的型号为TLP126，双向TVS管D315的型号为SMCJ130CA。
所述兵字电流互感器L311的型号为TA1013-2ZM，整流桥D314的型号为HD06。
还包括MCU和信号机内部CAN总线，信号机内部CAN总线与MCU的数据输入端相连，电流检测电路的电流采集点IL1、电压检测电路的电压采样点V1R均与MCU的数据采集端相连。
一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路的检测控制方法，包括以下步骤：
MCU从信号机内部CAN总线获取当前信号机相位，判断当前信号机相位是否为信号灯使用状态；若是，则判断信号灯是否未亮；若否，则判断信号灯是否误亮；
判断信号灯是否未亮采用以下方式：MCU从电流检测电路获取采样电流值A，MCU从电压检测电路获取采样电压值B，判断逻辑式如下：
P=AorB；
若逻辑结果P为0，则判定当前信号灯正常；若逻辑结果P为1，则判定当前信号灯故障；
判断信号灯是否误亮采用以下方式：MCU从电流检测电路获取采样电流值A，MCU从电压检测电路获取采样电压值B，判断逻辑式如下：
P=AandB；
若逻辑结果P为1，则判定当前信号灯正常；若逻辑结果P为0，则判定当前信号灯故障。
有益效果
本发明的一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路及其检测控制方法，与现有技术相比能够同时具备电压检测和电流检测功能，可实时地对信号灯进行故障检测，提高了信号灯的使用可靠性，达到故障检测准确可靠的目的。
附图说明
图1为本发明的电路原理连接框图；
图2为本发明中电压检测电路的电路连接图；
图3为本发明中电流检测电路的电路连接图；
其中，1-信号灯、2-信号机可控硅输出端、3-电流检测电路、4-电压检测电路、5-MCU、6-保险丝、7-信号机内部CAN总线。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所示，本发明所述的一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路，包括信号灯1，信号灯1接在信号机可控硅输出端2上，信号灯1上还接有保险丝6，信号机可控硅输出端2为交通信号机的控制输出端，为信号灯1提供电源输出控制。信号灯1为红色信号灯、绿色信号灯或黄色信号灯，即在实际应用中，对一组红绿信号灯实现监测，则需要分别在三路信号灯上（红色信号灯、绿色信号灯或黄色信号灯）均安装电流检测电路3和电压检测电路4。电压检测电路4并接在信号灯1上，进行电压检测；电流检测电路3串接在信号灯1与信号机可控硅输出端2的电路回路上，进行电流检测。
如图2所示，电压检测电路4包括交流光耦D311，交流光耦D311是一个低电流导通的交流光耦，型号为TLP126。主电压采集端L1R和从电压采集端N为电压采集的两个点，主电压采集端L1R和从电压采集端N并接在信号灯1上。主电压采集端L1R串接双向TVS管D315后接在交流光耦D311的1引脚上，双向TVS管D315的型号为SMCJ130CA。从电压采集端N串接电阻R311后接在交流光耦D311的2引脚上，电阻R311为功率电阻，其具体参数为阻值30K、功率2W、封装为2512。交流光耦D311的1引脚和2引脚分别为AC1和AC2，交流光耦D311的3引脚为负输出，交流光耦D311的3引脚接地GND。交流光耦D311的4引脚为正输出，交流光耦D311的4引脚接电压采样点V1R。高电压端V3串接电阻R313后并接在交流光耦D311的4引脚上，高电压端V3这高电压端，电阻R313则为上拉电阻。电容C312一端并接在交流光耦D311的4引脚上，电容C312的另一端接地GND，电容C312则为滤波电容。
电压检测电路4在使用时，主电压采集端L1R和从电压采集端N采集交流电压，当主电压采集端L1R和从电压采集端N之间的交流电压小于AC110V，即信号灯1未有电源供应。由于双向TVS管D315的使用特性，其低于110V双向TVS管D315不会导通，则交流光耦D311中无电流通过，交流光耦D311输出处于断路状态。此时，电压采样点V1R在上拉电阻R313的作用下处于高电平，电压采样点V1R输出1。即电压检测电路4在当前信号灯1未有电源供应的情况下，电压采样点V1R输出1。当主电压采集端L1R和从电压采集端N之间的交流电压大于AC135V时，即信号灯1有电源供应。双向TVS管D315导通，交流光耦D311中有电流通过，交流光耦D311的4引脚输出在高电压端V3的作用下处于短路状态。电路采样点V1R在交流光耦D311短路状态的作用下被拉成低电平，电压采样点V1R输出0。即电压检测电路4在当前信号灯1有电源供应的情况下，电压采样点V1R输出0。
在实际应用中，主电压采集端L1R和从电压采集端N之间的交流电压介于AC110V和AC135V之间，此时电路会由于双向TVS管D315和交流光耦D311的器件个体差异性，会使整个电路输出值不确定。但在信号灯的应用中，不涉及此区间范围，避开了此电压区间。
如图3所示，电流检测电路3包括兵字电流互感器L311和整流桥D314。兵字电流互感器L311的型号为TA1013-2ZM，参数为1.25A：5mA，负责将信号灯的强电电流信号转换成弱电小电流信号，并将强电与弱电电路进行隔离。整流桥D314的型号为HD06，负责将互感器输出的交流电流信号转换成直流电流信号。主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R为电流检测电路3的两个电流采集点，主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R串接在信号灯1与信号机可控硅输出端2的电路回路上。主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R之间依次串接兵字电流互感器L311和整流桥D314，主电流采样端L1RO接在兵字电流互感器L311的2引脚上，从电流采样端L1R接在兵字电流互感器L311的1引脚上，兵字电流互感器L311的3引脚接在整流桥D314的2引脚上，兵字电流互感器L311的4引脚接在整流桥D314的1引脚上。整流桥D314的3引脚上串接电阻R321后接入三极管Q311的基极，串接电阻R321为限流电阻。整流桥D314的4引脚并接在三极管Q311的发射极上，整流桥D314的3引脚和4引脚之间依次并接电阻R320和电容C317，电阻R320和电容C317，分别为51K的电阻和10UF的钽电容，负责将直流电流信号转换成稳定的电压信号。而电阻R321则与三极管Q311、电阻R322和电容C318一起配合将幅值变化的电压信号转换成只有高低电平值的逻辑信号。三极管Q311的发射极接地GND，三极管Q311的集电极接电流采集点IL1。高电压端V3串接电阻R322后并接在三极管Q311的集电极上，电阻R322为上拉电阻。三极管Q311的发射极和集电极之间并接有电容C318，电容C318同样为滤波电容。
电流检测电路3在使用时，当主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R之间有大于9mA的电流，即此信号灯1有电源供应。电容C317上就会有大于0.7V的电压，此时三极管Q311导通，同理，三极管Q311的集电极处于短路状态，电流采样点IL1电压被拉低，电流采样点IL1输出低电平，电流采样点IL1输出0。即电流检测电路3在当前信号灯1有电源供应的情况下，电流采样点IL1输出0。当主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R之间电流小于6mA时，即此信号灯1无电源供应。电容C317上电压值小于0.6V,三极管Q311不会导通，采样点IL1则在电阻R322的作用下，被拉成高电平，电流采样点IL1输出1。即电流检测电路3在当前信号灯1无电源供应的情况下，电流采样点IL1输出1。
同样，在实际应用中，当主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R之间电流介于6mA和9mA之间，此时电路的输出会因器件个体差异产生不确定值。但在信号灯的应用中，不涉及此区间范围，避开了此电流区间。
在实际使用中，采样点的值可以采用多次间隔采样来确定。比如每次间隔30mS,连续采样N个点，如果N个值都相同，则认为采样值稳定。然后再对采样值进行逻辑判断，从而决定是否存在故障。因此，还可以包括MCU5和信号机内部CAN总线7，利用MCU5对检测过程进行判断控制。信号机内部CAN总线7与MCU5的数据输入端相连，电流检测电路3的电流采集点IL1、电压检测电路4的电压采样点V1R均与MCU5数据采集端相连。
在此还提供一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路的检测控制方法，其包括以下步骤：
第一步，MCU5从信号机内部CAN总线7获取当前信号机相位，判断当前信号机相位是否为信号灯1使用状态。即判断此信号灯1（红色信号灯）是否处于信号机的控制相位，若处于，则信号灯1应该亮，此时MCU5则判断信号灯1是否未亮（此时未亮则存在故障）；若不处于，则信号灯1应该不亮，此时MCU5则判断信号灯1是否误亮（此时误亮则存在故障）。
第二步，判断信号灯1是否未亮采用以下方式，即信号灯1处于使用相位时的判断如下：
MCU5从电流检测电路3获取采样电流值A，MCU5从电压检测电路4获取采样电压值B，判断逻辑式如下：
P=AorB；
若逻辑结果P为0，则判定当前信号灯1正常。P为0代表着A或B有一个或均为0，即电流检测电路3或电压检测电路4有一个有电源供应或均有电源供应。由于两者采用或运算，因此只有当电流检测电路3和电压检测电路4均有电源供应（均为0）时，P才为0，当前信号灯1正常。同理，当电流检测电路3或电压检测电路4均无电源供应（均为1）或有一个无电源供应（为1）时，若逻辑结果P为1，则判定当前信号灯1故障。以上判断原理为，信号灯1该亮的时候不亮为故障。
第三步，判断信号灯1是否误亮采用以下方式，即信号灯1不该亮的时候亮了。
MCU5从电流检测电路3获取采样电流值A，MCU5从电压检测电路4获取采样电压值B，判断逻辑式如下：
P=AandB；
若逻辑结果P为0，则判定当前信号灯1故障。即采样电流值A或采样电压值B有一个为0，电流检测电路3或电压检测电路4有一个有电源供应或均有电源供应，则当前信号灯1故障。信号灯1在不应该亮的时候亮了。
而若逻辑结果P为1，则判定当前信号灯1正常，表示电流检测电路3和电压检测电路4两路均没电源供应，则当前信号灯1不亮，信号灯1在不应该亮的时候不亮，为正常状态。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路，包括信号灯（1），信号灯（1）接在信号机可控硅输出端（2）上，其特征在于：还包括电流检测电路（3）和电压检测电路（4），电压检测电路（4）并接在信号灯（1）上，电流检测电路（3）串接在信号灯（1）与信号机可控硅输出端（2）的电路回路上；
所述的电压检测电路（4）包括交流光耦D311，主电压采集端L1R串接双向TVS管D315后接在交流光耦D311的1引脚上，从电压采集端N串接电阻R311后接在交流光耦D311的2引脚上，交流光耦D311的3引脚接地GND，交流光耦D311的4引脚接电压采样点V1R，高电压端V3串接电阻R313后并接在交流光耦D311的4引脚上，电容C312一端并接在交流光耦D311的4引脚上，电容C312的另一端接地GND；
所述的电流检测电路（3）包括兵字电流互感器L311和整流桥D314，主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R之间依次串接兵字电流互感器L311和整流桥D314，整流桥D314的3引脚上串接电阻R321后接入三极管Q311的基极，整流桥D314的4引脚并接在三极管Q311的发射极上，整流桥D314的3引脚和4引脚之间依次并接电阻R320和电容C317，三极管Q311的发射极接地GND，三极管Q311的集电极接电流采集点IL1，高电压端V3串接电阻R322后并接在三极管Q311的集电极上，三极管Q311的发射极和集电极之间并接有电容C318。
2.根据权利要求1所述的一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路，其特征在于：所述的主电压采集端L1R和从电压采集端N并接在信号灯（1）上，所述的主电流采样端L1RO和从电流采样端L1R串接在信号灯（1）与信号机可控硅输出端（2）的电路回路上。
3.根据权利要求1所述的一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路，其特征在于：所述的主电流采样端L1RO接在兵字电流互感器L311的2引脚上，从电流采样端L1R接在兵字电流互感器L311的1引脚上，兵字电流互感器L311的3引脚接在整流桥D314的2引脚上，兵字电流互感器L311的4引脚接在整流桥D314的1引脚上。
4.根据权利要求1所述的一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路，其特征在于：所述交流光耦D311的型号为TLP126，双向TVS管D315的型号为SMCJ130CA。
5.根据权利要求1所述的一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路，其特征在于：所述兵字电流互感器L311的型号为TA1013-2ZM，整流桥D314的型号为HD06。
6.根据权利要求1所述的一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路，其特征在于：还包括MCU（5）和信号机内部CAN总线（7），信号机内部CAN总线（7）与MCU（5）的数据输入端相连，电流检测电路（3）的电流采集点IL1、电压检测电路（4）的电压采样点V1R均与MCU（5）的数据采集端相连。
7.根据权利要求6所述的一种带有电压电流检测功能的信号灯故障检测电路的检测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
71）MCU（5）从信号机内部CAN总线（7）获取当前信号机相位，判断当前信号机相位是否为信号灯（1）使用状态；若是，则判断信号灯（1）是否未亮；若否，则判断信号灯（1）是否误亮；
72）判断信号灯（1）是否未亮采用以下方式：MCU（5）从电流检测电路（3）获取采样电流值A，MCU（5）从电压检测电路（4）获取采样电压值B，判断逻辑式如下：
P=AorB；
若逻辑结果P为0，则判定当前信号灯（1）正常；若逻辑结果P为1，则判定当前信号灯（1）故障；
73）判断信号灯（1）是否误亮采用以下方式：MCU（5）从电流检测电路（3）获取采样电流值A，MCU（5）从电压检测电路（4）获取采样电压值B，判断逻辑式如下：
P=AandB；
若逻辑结果P为1，则判定当前信号灯（1）正常；若逻辑结果P为0，则判定当前信号灯（1）故障。
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