CN109410600A - 一种具有高用电安全保护功能的48v直流交通信号控制机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,该信号控制机包括外壳及设置于外壳内的控制板,该控制板上设置有MCU主控芯片电路以及与所述MCU主控芯片电路连接的:晶振电路、复位电路、供电电源电路、太阳能充放电控制电路、闪烁警示灯LED输出电路;本发明改进现有的交通信号控制机交流220V供电系统,系统采用全直流48V供电。本发明的直流信号控制机采用的是48V直流供电,对于传统交通信号控制机在路口应用实施的情况下,容易出现线路破损水淹漏电伤人等安全事故,本发明的交通信号控制机可以有效杜绝触电事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及交通控制技术领域,具体的说是涉及一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机。
背景技术
交通信号控制系统,是智能交通系统(ITS)在交通管理工作中的基本应用,也是城市智能交通管控系统中最直接、最基础的应用系统。通过建设信号控制系统,实现信号路口联网远程控制、交通流量的采集、路口自适应控制、绿波协调控制以及区域的自适应控制,有效减少车辆的停车次数,节省旅行时间;后台实时调整信号配时,采取多时段控制方式,必要时,可通过智能交通管理中心人工干预,直接控制路口交通信号机执行指定相位,有效的疏导交通,减少行车延误,提高通行能力,缓解日益严峻的城区道路交通拥堵压力,提高城区交通综合管理能力,减少汽车尾气排放,美化环境,提升城区形象。
发明内容
针对现有技术中的不足,本发明要解决的技术问题在于提供了一种高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机。该控制机是利用直流驱动控制技术和LED交通信号灯发光特性技术相结合而研发的一种直流交通信号控制机,非常适合替代传统交通流信号控制机。
为解决上述技术问题,本发明通过以下方案来实现:一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,该信号控制机包括外壳及设置于外壳内的控制板,该控制板上设置有MCU主控芯片电路以及与所述MCU主控芯片电路连接的:
晶振电路;该晶振电路中连接有晶振器X1,所述晶振器X1两端分别连接所述MCU主控芯片电路上的OSC IN引脚和OSC OUT引脚以及电容C3的一端、电容C4的一端,所述电容C3的另一端、电容C4的另一端连接并接地;
复位电路;该复位电路包括复位键S1,所述复位键S1两端之间连接有有极性电容C5,所述有极性电容C5的正极端连接电阻R2,其负极端接地,所述电阻R2的另一端接入5V电源;
供电电源电路;该供电电源电路的电源输入端接入VCC接点,其电路中连接有稳压器U2,稳压器U2的VIN端连接有极性电容C6的正极、电容C7,所述稳压器U2的VOUT端连接电容C8、有极性电容C9的正极以及电阻R3,所述有极性电容C6的负极和电容C7的另一端接地并连接所述电容C8的另一端、有极性电容C9的负极、发光二极管LED的负极端以及稳压器U2的GND端,所述发光二极管LED的正极端连接电阻R3R的另一端,所述稳压器U2的VOUT端输出5V电源;
太阳能充放电控制电路,该太阳能充放电控制电路通过J8接口接入直流48V到信号控制机,其电路中连接有功率MOS管T1,所述功率MOS管T1漏极连接所述J8接口的正极,其源极连接二极管D1的正极,所述二极管D1的负极连接蓄电池模块以及连接电阻R10和R11组成的分压电路,所述MCU主控芯片电路的D引脚连接在所述电阻R10和R11之间的电路节点上,所述MCU主控芯片电路对该分压电路进行检测,电阻R11连接J8接口的负极,在电阻R10和R11之间的电路节点上还连接有电容C13,电容C13的另一端连接J8接口的负极;
闪烁警示灯LED输出电路;
所述MCU主控芯片电路的VCAP端连接电容C1,电容C1的另一端接地,所述MCU主控芯片电路的VDD端输出5V电源,VDD端与VDDIO_1端连接,连接后分别与一电容C2、发光二极管LED1的正极端连接,电容C2的另一端接地,发光二极管LED1的负极端连接电阻R1,电阻R1另一端连接MCU主控芯片电路的PD0端。
进一步的,所述MCU主控芯片电路连接有SWIM接口,该SWIM接口的四个端口分别连接所述MCU主控芯片电路的VDD端、SWIM端、GND端以及NRST端。
进一步的,所述太阳能充放电控制电路的充电接口为J8接口,该J8接口的正极和负极之间连接有:
有极性电容C10,该有极性电容C10的正极连接J8接口的正极;
电容C11;
串联的电阻R4和电阻R5,其中,电阻R4的一端连接J8接口的正极,所述电阻R4和电阻R5之间的电路节点上连接所述MCU主控芯片电路的A2引脚以及电容C12,所述电容C12的另一端连接J8接口的负极;
功率MOS管T1、电阻R8、稳压二极管ZD2、电阻R7、电阻R6、NPN型三极管Q1、电阻R9组成的电路,所述电阻R8一端、稳压二极管ZD2的负极均与J8接口的正极连接,其另一端相互连接,连接后接入功率MOS管T1的基极和电阻R7的一端,所述电阻R7的另一端连接NPN型三极管Q1的集电极,所述NPN型三极管Q1的基极连接电阻R6、电阻R9,所述电阻R9的另一端、NPN型三极管Q1的发射极连接J8接口的负极,所述电阻R6的另一端连接所述MCU主控芯片电路的PB0引脚;
所述J8接口的负极接地。
进一步的,所述蓄电池模块的BAT-端连接有保险丝F1,保险丝的另一端连接J8接口的负极并接地。
进一步的,所述二极管D1的负极端还连接有J9接口的正极端、二极管D3的负极,所述J9接口的负极端连接二极管D4的正极端以及功率MOS管T2的漏极,所述功率MOS管T2的源极连接J8接口的负极,其基极分别连接电阻R12、电阻R13,所述电阻R12的另一端连接所述MCU主控芯片电路的PWM引脚,所述电阻R13的另一端连接所述J8接口的负极端。
进一步的,所述二极管D4的负极端分别连接电阻R14、电容C14,所述电阻R14的另一端连接二极管D3的正极,所述电容C14的另一端连接J8接口的负极。
进一步的,所述功率MOS管T1为N沟道功率管,所述功率MOS管T2为P沟道功率管。
进一步的,所述闪烁警示灯LED输出电路中连接有ULN2803芯片电路,该ULN2803芯片电路连接有:
组成“注”字符的LED矩阵;
组成“意”字符的LED矩阵;
组成“安”字符的LED矩阵;
组成“全”字符的LED矩阵。
相对于现有技术,本发明的有益效果是:本发明改进现有的交通信号控制机交流220V供电系统,系统采用全直流48V供电。
本发明的直流信号控制机采用的是48V直流供电,对于传统交通信号控制机在路口应用实施的情况下,容易出现线路破损水淹漏电伤人等安全事故,本发明的交通信号控制机可以有效杜绝触电事故的发生。
本发明的交通信号灯的驱动部件采用直流闭环驱动控制方式,相比交流220V供电控制方式,对信号灯的电流、电压检测更为精准,可以精确到毫安级别。
本发明的信号控制机采用的是直流驱动方式,对交通信号控制机的外围信号灯采用直流输出控制,具有灵活高效的驱动控制特点,并节约电能。
本装置采用低功耗嵌入式MCU设计,所有器件采用工业级设计标准,可以全天候的工作在各种温度及天气环境下,相比传统方式,具有非常高的环境适应性。
本发明在达到传统交流220V驱动的方式对城市道路交叉口交通信号控制指引控制的前提下,创新的使用基于48V驱动的直流控制交通信号机全新设计,在不对现有道路交叉口的线路做任何改造的基础上,完全兼容现有路口的布线方式,使用直流48V的方式对交通信号灯进行驱动,有效的杜绝了路口做线路破损、水淹情况下发生的触电伤人事故,本发明有效的杜绝了对交通信号控制机的安装施工、维修维护、设备管养等环节由于交流漏电对相关人员产生的触电伤害,直流信号控制机在驱动信号灯的同时,也有效的节约的电能的消耗,绿色环保,利国利民。
附图说明
图1为本发明的48V直流交通信号控制机的供电系统原理框图;
图2为本发明的48V直流交通信号控制机的控制流程原理框图;
图3为本发明的MCU主控芯片电路图;
图4为本发明的晶振电路图;
图5为本发明的复位电路图;
图6为本发明的SWIM接口电路图;
图7为本发明的供电电源电路图;
图8为本发明的太阳能充放电控制电路图;
图9为本发明的过充过放的指示灯电路图;
图10为本发明的ULN2803芯片电路图;
图11为本发明的组成“注”字符的LED矩阵电路图;
图12为本发明的组成“意”字符的LED矩阵电路图;
图13为本发明的组成“安”字符的LED矩阵电路图;
图14为本发明的组成“全”字符的LED矩阵电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参照附图1-14,本发明的一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,该信号控制机包括外壳及设置于外壳内的控制板,该控制板上设置有MCU主控芯片电路1以及与所述MCU主控芯片电路1连接的:
晶振电路2;该晶振电路2中连接有晶振器X1,所述晶振器X1两端分别连接所述MCU主控芯片电路1上的OSC IN引脚和OSC OUT引脚以及电容C3的一端、电容C4的一端,所述电容C3的另一端、电容C4的另一端连接并接地;
复位电路3;该复位电路包括复位键S1,所述复位键S1两端之间连接有有极性电容C5,所述有极性电容C5的正极端连接电阻R2,其负极端接地,所述电阻R2的另一端接入5V电源;
供电电源电路;该供电电源电路的电源输入端接入VCC接点,其电路中连接有稳压器U2,稳压器U2的VIN端连接有极性电容C6的正极、电容C7,所述稳压器U2的VOUT端连接电容C8、有极性电容C9的正极以及电阻R3,所述有极性电容C6的负极和电容C7的另一端接地并连接所述电容C8的另一端、有极性电容C9的负极、发光二极管LED的负极端以及稳压器U2的GND端,所述发光二极管LED的正极端连接电阻R3R的另一端,所述稳压器U2的VOUT端输出5V电源;
太阳能充放电控制电路,该太阳能充放电控制电路通过J8接口接入直流48V到信号控制机,其电路中连接有功率MOS管T1,所述功率MOS管T1漏极连接所述J8接口的正极,其源极连接二极管D1的正极,所述二极管D1的负极连接蓄电池模块以及连接电阻R10和R11组成的分压电路,所述MCU主控芯片电路1的D引脚连接在所述电阻R10和R11之间的电路节点上,所述MCU主控芯片电路1对该分压电路进行检测,电阻R11连接J8接口的负极,在电阻R10和R11之间的电路节点上还连接有电容C13,电容C13的另一端连接J8接口的负极;
闪烁警示灯LED输出电路;
所述MCU主控芯片电路1的VCAP端连接电容C1,电容C1的另一端接地,所述MCU主控芯片电路1的VDD端输出5V电源,VDD端与VDDIO_1端连接,连接后分别与一电容C2、发光二极管LED1的正极端连接,电容C2的另一端接地,发光二极管LED1的负极端连接电阻R1,电阻R1另一端连接MCU主控芯片电路1的PD0端。
本实施例的一种优选技术方案:所述MCU主控芯片电路1连接有SWIM接口,该SWIM接口的四个端口分别连接所述MCU主控芯片电路1的VDD端、SWIM端、GND端以及NRST端。
本实施例的一种优选技术方案:所述太阳能充放电控制电路的充电接口为J8接口,该J8接口的正极和负极之间连接有:
有极性电容C10,该有极性电容C10的正极连接J8接口的正极;
电容C11;
串联的电阻R4和电阻R5,其中,电阻R4的一端连接J8接口的正极,所述电阻R4和电阻R5之间的电路节点上连接所述MCU主控芯片电路1的A2引脚以及电容C12,所述电容C12的另一端连接J8接口的负极;
功率MOS管T1、电阻R8、稳压二极管ZD2、电阻R7、电阻R6、NPN型三极管Q1、电阻R9组成的电路,所述电阻R8一端、稳压二极管ZD2的负极均与J8接口的正极连接,其另一端相互连接,连接后接入功率MOS管T1的基极和电阻R7的一端,所述电阻R7的另一端连接NPN型三极管Q1的集电极,所述NPN型三极管Q1的基极连接电阻R6、电阻R9,所述电阻R9的另一端、NPN型三极管Q1的发射极连接J8接口的负极,所述电阻R6的另一端连接所述MCU主控芯片电路1的PB0引脚;
所述J8接口的负极接地。
本实施例的一种优选技术方案:所述蓄电池模块的BAT-端连接有保险丝F1,保险丝的另一端连接J8接口的负极并接地。
本实施例的一种优选技术方案:所述二极管D1的负极端还连接有J9接口的正极端、二极管D3的负极,所述J9接口的负极端连接二极管D4的正极端以及功率MOS管T2的漏极,所述功率MOS管T2的源极连接J8接口的负极,其基极分别连接电阻R12、电阻R13,所述电阻R12的另一端连接所述MCU主控芯片电路1的PWM引脚,所述电阻R13的另一端连接所述J8接口的负极端。
本实施例的一种优选技术方案:所述二极管D4的负极端分别连接电阻R14、电容C14,所述电阻R14的另一端连接二极管D3的正极,所述电容C14的另一端连接J8接口的负极。
本实施例的一种优选技术方案:所述功率MOS管T1为N沟道功率管,所述功率MOS管T2为P沟道功率管。
本实施例的一种优选技术方案:所述闪烁警示灯LED输出电路中连接有ULN2803芯片电路,该ULN2803芯片电路连接有:
组成“注”字符的LED矩阵;
组成“意”字符的LED矩阵;
组成“安”字符的LED矩阵;
组成“全”字符的LED矩阵。
针对现有技术存在的以上不足,本发明提出如下技术解决方案。
1.引入全新的设计理念,将直流低压控制技术应用到传统的交通信号控制领域,利用48V直流供电系统代替传统的220V交流供电系统,利用直流输出技术,有效的保障了交通路口在线路破损情况下,杜绝触电安全隐患的发生。
2.通过全新的电路控制设计,将信号控制传统的高压可控硅控制方式改进成低压的MOS控制方式,具有响应快速,控制安全的特点。
3.通过匹配外部驱动的LED信号灯,将传统单向输出的控制链路通过直流驱动改造后,改进成闭环的直流驱动控制电路,具备全反馈监控信号灯的工作状态,包括信号灯的工作电流、工作电压等特性参数。
4.利用高速AD数据采集功能,实施分析信号灯的驱动状态,当发生短路和开路等非正常输出是,离开MOS控制技术进行快速故障保护,并向后台系统提供报警信息,保障信号灯是线路的输出安全。
本发明具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机通过J8接口接入直流48V到信号控制机,通过功率MOS管T1交通信号控制系统进行供电控制,并同时实现对交通信号控制的备用电池进行充电,同时MCU主控芯片电路1对通过R10与R11组成的分压电路进行电压检测,当电压达到安全电压时电压时,完成电池的充电控制,并关闭功率MOS管T1终止充电。信号控制机系统通过稳压器U2稳压成5V直流对系统控制的相关板块进行供电。
MCU主控芯片电路1通过控制内部定时器输出PWM控制信号,控制功率MOS管T2对交通信号控制系统的红绿灯LED 发光部分进行放电控制,MCU主控芯片电路1通过电阻R4与电阻R5组成的分压电路对输出电压进行检测,通过电压判断外部信号灯的工作状态,通过内部算法输出对于的PWM信号,控制功率MOS管T2输出交通信号灯的电流强度。
功率MOS管T2的输出电流驱动LED信号灯,完成城市道路交叉口的驾驶者的行车指引控制。
本发明通过MCU主控芯片电路1内部的信号灯驱动输出板的输入电压和电流进行采样分析,结合MCU主控芯片电路1内部存储的特性曲线参数进行判断,当外部驱动输出超出驱动电流的上限时,控控制外部的驱动输出,降低电流输出,同时并监控输出电压;当电压将至特性曲线的最低值时,判断为外部交通信号灯短路,关闭输出,同时向后台控制系统进行实时报警。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,该信号控制机包括外壳及设置于外壳内的控制板,其特征在于:该控制板上设置有MCU主控芯片电路(1)以及与所述MCU主控芯片电路(1)连接的:
晶振电路(2);该晶振电路(2)中连接有晶振器X1,所述晶振器X1两端分别连接所述MCU主控芯片电路(1)上的OSC IN引脚和OSC OUT引脚以及电容C3的一端、电容C4的一端,所述电容C3的另一端、电容C4的另一端连接并接地;
复位电路(3);该复位电路包括复位键S1,所述复位键S1两端之间连接有有极性电容C5,所述有极性电容C5的正极端连接电阻R2,其负极端接地,所述电阻R2的另一端接入5V电源;
供电电源电路;该供电电源电路的电源输入端接入VCC接点,其电路中连接有稳压器U2,稳压器U2的VIN端连接有极性电容C6的正极、电容C7,所述稳压器U2的VOUT端连接电容C8、有极性电容C9的正极以及电阻R3,所述有极性电容C6的负极和电容C7的另一端接地并连接所述电容C8的另一端、有极性电容C9的负极、发光二极管LED的负极端以及稳压器U2的GND端,所述发光二极管LED的正极端连接电阻R3R的另一端,所述稳压器U2的VOUT端输出5V电源;
太阳能充放电控制电路,该太阳能充放电控制电路通过J8接口接入直流48V到信号控制机,其电路中连接有功率MOS管T1,所述功率MOS管T1漏极连接所述J8接口的正极,其源极连接二极管D1的正极,所述二极管D1的负极连接蓄电池模块以及连接电阻R10和R11组成的分压电路,所述MCU主控芯片电路(1)的D引脚连接在所述电阻R10和R11之间的电路节点上,所述MCU主控芯片电路(1)对该分压电路进行检测,电阻R11连接J8接口的负极,在电阻R10和R11之间的电路节点上还连接有电容C13,电容C13的另一端连接J8接口的负极;
闪烁警示灯LED输出电路;
所述MCU主控芯片电路(1)的VCAP端连接电容C1,电容C1的另一端接地,所述MCU主控芯片电路(1)的VDD端输出5V电源,VDD端与VDDIO_1端连接,连接后分别与一电容C2、发光二极管LED1的正极端连接,电容C2的另一端接地,发光二极管LED1的负极端连接电阻R1,电阻R1另一端连接MCU主控芯片电路(1)的PD0端。
2.根据权利要求1所述的一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,其特征在于:所述MCU主控芯片电路(1)连接有SWIM接口,该SWIM接口的四个端口分别连接所述MCU主控芯片电路(1)的VDD端、SWIM端、GND端以及NRST端。
3.根据权利要求1所述的一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,其特征在于:所述太阳能充放电控制电路的充电接口为J8接口,该J8接口的正极和负极之间连接有:
有极性电容C10,该有极性电容C10的正极连接J8接口的正极;
电容C11;
串联的电阻R4和电阻R5,其中,电阻R4的一端连接J8接口的正极,所述电阻R4和电阻R5之间的电路节点上连接所述MCU主控芯片电路(1)的A2引脚以及电容C12,所述电容C12的另一端连接J8接口的负极;
功率MOS管T1、电阻R8、稳压二极管ZD2、电阻R7、电阻R6、NPN型三极管Q1、电阻R9组成的电路,所述电阻R8一端、稳压二极管ZD2的负极均与J8接口的正极连接,其另一端相互连接,连接后接入功率MOS管T1的基极和电阻R7的一端,所述电阻R7的另一端连接NPN型三极管Q1的集电极,所述NPN型三极管Q1的基极连接电阻R6、电阻R9,所述电阻R9的另一端、NPN型三极管Q1的发射极连接J8接口的负极,所述电阻R6的另一端连接所述MCU主控芯片电路(1)的PB0引脚;
所述J8接口的负极接地。
4.根据权利要求3所述的一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,其特征在于:所述蓄电池模块的BAT-端连接有保险丝F1,保险丝的另一端连接J8接口的负极并接地。
5.根据权利要求4所述的一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,其特征在于:所述二极管D1的负极端还连接有J9接口的正极端、二极管D3的负极,所述J9接口的负极端连接二极管D4的正极端以及功率MOS管T2的漏极,所述功率MOS管T2的源极连接J8接口的负极,其基极分别连接电阻R12、电阻R13,所述电阻R12的另一端连接所述MCU主控芯片电路(1)的PWM引脚,所述电阻R13的另一端连接所述J8接口的负极端。
6.根据权利要求5所述的一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,其特征在于:所述二极管D4的负极端分别连接电阻R14、电容C14,所述电阻R14的另一端连接二极管D3的正极,所述电容C14的另一端连接J8接口的负极。
7.根据权利要求6所述的一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,其特征在于:所述功率MOS管T1为N沟道功率管,所述功率MOS管T2为P沟道功率管。
8.根据权利要求1所述的一种具有高用电安全保护功能的48V直流交通信号控制机,其特征在于:所述闪烁警示灯LED输出电路中连接有ULN2803芯片电路,该ULN2803芯片电路连接有:
组成“注”字符的LED矩阵;
组成“意”字符的LED矩阵;
组成“安”字符的LED矩阵;
组成“全”字符的LED矩阵。
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