CN114567653A - 一种无节点智能直流信号机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无节点智能直流信号机及其控制方法，其中信号机包括：智能驱动模块，用于接收远程控制中心的控制命令，根据控制命令输出控制信号给直流信号机模块，并采集直流信号机模块的执行状态发送给远程控制中心；其中，智能驱动模块为双系冗余结构，双系采用主从方式运行；直流信号机模块，用于根据控制信号，生成交通指示信号。本发明的无节点智能直流信号机集成智能控制、安全驱动和终端执行于一体，通过实时的电流电压回检实现闭环控制和实时监测，实现驱动的稳压输出，保障信号机的可靠性和安全性；智能信号机采用无节点控制输出，减小因继电器控制的节点老化、粘连且受环境影响产生的影响，从而提高设备可靠性。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种无节点智能直流信号机及其控制方法。
背景技术
随着通信技术的发展以及前端计算能力的提升，轨道交通的智能化发展成为趋势。信号灯作为轨道交通控制系统中的指挥棒，是保障行车安全、列车运行现代化的关键设备。
随着列车速度的提高，轨道交通信号机的安全可靠性要求日趋严格。现有的轨道交通信号灯控制方式大多采用集中式控制方式，即控制驱动系统安装在室内，信号机仅具备终端执行功能。
将信号灯和控制单元分别置于室外现场和室内控制中心，通过信号电缆连接控制驱动系统与信号机，存在信号电缆易破损混线、安全隐患大、工程造价高、铺设长度受限、扩展性和灵活性有限等缺点。并且随着信号线缆的长度变化以及供电不稳，导致信号机供电电压不稳、驱动电流不够等，影响信号机用寿命和故障检测。另外轨道交通现有的信号机驱动中大多含有继电器，继电器的开合瞬间的大电流易损坏信号机、降低信号机使用寿命，增加了维修难度和故障维修成本。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种无节点智能直流信号机及其控制方法，减少线缆的使用，减少能耗、降低成本。
一种无节点智能直流信号机，包括：智能驱动模块，用于接收远程控制中心的控制命令，根据控制命令输出控制信号给直流信号机模块，并采集直流信号机模块的执行状态发送给远程控制中心；其中，智能驱动模块为双系冗余结构，双系采用主从方式运行；直流信号机模块，用于根据控制信号，生成交通指示信号。
进一步的，智能驱动模块包括防护电路、异构逻辑控制电路和功率驱动输出电路。
进一步的，异构逻辑控制电路，用于接收远程控制中心的控制命令，并根据控制命令输出PWM波控制功率驱动输出电路，并实时采集功率驱动输出电路的输出电压电流，并驱动功率驱动输出电路实现电路自检和稳压输出。
进一步的，功率驱动输出电路，用于将输入电压转换成直流驱动电压驱动直流信号机模块，其中，直流驱动电压通过变压器多边绕组的方式输出；功率驱动输出电路，还用于通过电流自检方式进行自检。
进一步的，异构逻辑控制电路包括结构相同第一逻辑控制电路和第二逻辑控制电路；第一逻辑控制电路或第二逻辑控制电路，包括SOC芯片、电源转换模块、存储模块DDR3、电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块。
进一步的，电源转换模块用于为SOC芯片、存储模块DDR3、电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块供电；SOC芯片通过以太网与远程控制中心、监测中心通信；SOC芯片通过通用I/O与功率驱动输出电路互联；SOC芯片还用于与电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块进行数据交互；存储模块DDR3用于与SOC芯片进行数据交换；第一逻辑控制电路的第一SOC芯片与第二逻辑控制电路的第二SOC芯片通过通用I/O、异步串口与第一隔离模块连接。
进一步的，功率驱动输出电路包括安全与电路、第二隔离模块、驱动电路、高频逆变电路、软件启动电路、整流滤波电路、高频整流电路、调理滤波电路、安全输出电路、第一采集电路和第二采集电路。
进一步的，安全与电路包括第一电子开关和第二电子开关；整流滤波电路与防护电路连接、软件启动电路连接；软件启动电路还与第一SOC芯片、高频逆变电路连接，高频逆变电路还与驱动电路、高频整流电路连接，高频整流电路还与调理滤波电路连接，调理滤波电路还与安全输出电路连接，安全输出电路通过防护电路与直流信号机模块连接，安全输出电路还与第一采集电路、第二采集电路连接，第一采集电路与第一SOC芯片连接，第一SOC芯片还与驱动电路连接，第二SOC芯片与第二采集电路连接，安全与电路通过第二隔离模块与第一SOC芯片、第二芯片连接。
进一步的，驱动电路，用于根据安全与电路的输出和PWM波驱动高频逆变电路的电子开关动作。
进一步的，安全输出电路，包含输出电路和自检电路；其中，输出电路包括两个并联的单系输出电路，构成双系冗余输出电路；每个单系输出电路的两端连接于多边绕组变压器上，第一单系输出电路的二极管D1阳极与多边绕组变压器的正极连接；电容C1第一端与二极管D1阴极连接，电容C1第二端与多边绕组变压器的负极连接；第二单系输出电路电容C2第一端与电容C1第一端并联，第二单系输出电路电容C2第二端与电容C1第二端并联；输出电路电容第一端与电阻R1一端连接，电阻R1另一端与电阻R2串联。
进一步的，自检电路包括电阻R6、第一开关K1、第二开关支路和第三开关支路；自检电路与输出电路具体连接为：第二开关支路与第一开关K1串联之后与电阻R6并联，第三开关支路与第二开关支路并联；其中，第二开关支路包括依次串联的电阻R3、第二开关K2和电阻R5，第三开关支路包括依次串联的电阻R4、第三开关K3和直流信号机模块；电阻R3一端、电阻R4一端、电阻R6一端与电阻R2并联，电阻R6另一端与电容C1、电容C2、第一开关K1一端并联，第一开关K1另一端与电阻R5一端、直流信号机模块一端并联。
进一步的，直流信号机模块包含入口防护单元、点灯单元和信号机灯盘单元。
本发明还提供一种无节点智能直流信号机控制方法，包括以下步骤：智能驱动模块接收远程控制中心的控制命令，根据控制命令输出控制信号给直流信号机模块，并采集直流信号机模块的执行状态发送给远程控制中心；其中，智能驱动模块为双系冗余结构，双系采用主从方式运行；直流信号机模块根据控制信号，生成交通指示信号。
进一步的，智能驱动模块包括防护电路、异构逻辑控制电路和功率驱动输出电路。
进一步的，异构逻辑控制电路接收远程控制中心的控制命令，并根据控制命令输出PWM波控制功率驱动输出电路，并实时采集功率驱动输出电路的输出电压电流，并驱动功率驱动输出电路实现电路自检和稳压输出。
进一步的，功率驱动输出电路包括安全与电路、第二隔离模块、驱动电路、高频逆变电路、软件启动电路、整流滤波电路、高频整流电路、调理滤波电路、安全输出电路、第一采集电路和第二采集电路。
进一步的，驱动电路根据安全与电路的输出和PWM波驱动高频逆变电路的电子开关动作具体如下：异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路开启高频逆变电路的电子开关时，控制电子开关的占空比输出时分步长逐步增加；异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路关闭高频逆变电路的电子开关时，控制电子开关的占空比输出时分步长逐步减小；异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路进行电路自检时，驱动高频逆变电路的电子开关动作，控制功率驱动输出电路进行自检。
进一步的，驱动电路根据安全与电路的指令，进行电路自检时，驱动高频逆变电路的电子开关动作，控制功率驱动输出电路进行自检具体如下：异构逻辑控制电路的SOC芯片的ARM定期性形成自检指令，SOC芯片的FPGA根据ARM的自检指令，计算自检时电子开关的占空比，并通过PWM波将自检时电子开关的占空比发送给驱动电路；驱动电路收到PWM波时，转入CHECK自检状态，在自检状态时，驱动电路中的驱动芯片通过PWM波获得自检时电子开关的占空比；驱动电路中的驱动芯片根据自检时电子开关的占空比，驱动高频逆变电路中的电子开关动作，输出自检电压，在自检电压下，控制自检电路的第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3动作，第一采集电路和第二采集电路实时采集输出电路的电流电压，第一采集电路将采集的电流电压信息发送给异构逻辑控制电路的SOC芯片，自检计时结束后异构逻辑控制电路的SOC芯片控制驱动电路停止输出。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的无节点智能直流信号机采用智能逻辑控制模块，功率输出模块和直流信号机模块组成，集成智能控制、安全驱动和终端执行于一体。
2.本发明的无节点智能直流信号机通过实时的电流电压回检实现闭环控制和实时监测，实现驱动的稳压输出，保障信号机的可靠性和安全性；智能信号机采用“无节点”控制输出，减小因继电器控制的节点老化、粘连且受环境影响产生的影响，从而提高设备可靠性。
3.本发明的无节点智能直流信号机通过自检电路可实现冷丝监测和热丝检测，完成故障定位报警，保证驱动电路的安全性，实现系统的安全可靠输出。
4.本发明的无节点智能直流信号机支持远程分布式的控制，集远程控制、安全驱动、电路自检和终端执行于一体，可以实现远程安全驱动控制，配线简单，成本低廉；同时可针对不同站点的不同功能需求进行适配，更方便灵活，该模块性能稳定，具有较强的实用价值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的一种无节点智能信号机的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的异构逻辑控制电路的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的功率驱动输出电路的结构示意图；
图4示出了根据本发明实施例的单系输出电路变压器多边绕组电压输出示意图；
图5示出了根据本发明实施例的输出电路的结构示意图；
图6示出了根据本发明实施例的自检电路的结构示意图；
图7示出了根据本发明实施例的SOC芯片程序的运行流程示意图；
图8示出了根据本发明实施例的高频逆变电路中电子开关的驱动控制流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种无节点智能信号机，可作为分布式系统将设备安装在室外现场，就地取电为设备提供电源，将控制电路与信号机均置于现场就近控制，减少线缆的使用，减少能耗、降低成本；智能信号机支持远程控制，具备网络互联功能，通过网络连接与远程控制中心通信，可实现全范围网络化通信一体化，接口简单，通用性较强。智能信号机采用无节点驱动方式，摒弃了继电器节点，将原有的继电器改为全电子设计，降低设备故障率和故障维修难度，提高信号机使用寿命。
请参阅图1，图1示出了根据本发明实施例的一种无节点智能信号机的结构示意图。
一种无节点智能信号机，包括：智能驱动模块，用于接收远程控制中心的控制命令，根据控制命令输出控制信号给直流信号机模块，并采集直流信号机模块的执行状态发送给远程控制中心；其中，智能驱动模块为双系冗余结构，双系采用主从方式运行；直流信号机模块，用于根据控制信号，生成交通指示信号。
智能信号机的终端执行模块为直流信号机模块，负责最终端的信号机亮灭指示交通。
进一步的，智能驱动模块，还用于采集直流信号机模块的维护信息并发送给监测中心。
本实施例的智能信号机，具有远程通信功能，通过光纤网络与监测中心和远程控制中心进行通信，接收远程控制命令的同时上传智能信号机点灯状态监测维护相关信息。
需要说明的是，智能驱动模块采用双系冗余结构，任何一系都可以独立正常工作，双系采用主从方式运行，任一系检测到严重故障，都会主动切换，保证系统功能正常执行，提高系统可靠性。
具体的，智能驱动模块包括防护电路、异构逻辑控制电路和功率驱动输出电路。
防护电路，用于对异构逻辑控制电路进行防护，提高异构逻辑控制电路抗干扰能力和防雷性能，提高智能信号机稳定性。
异构逻辑控制电路，用于接收远程控制命令，并根据控制命令输出调制解调波形控制功率驱动输出电路输出。
具体实施时，异构逻辑控制电路通过实时采集实现输出量采集判断、闭环控制与驱动电路自检等，当自检异常或判断驱动采集不一致时控制功率驱动输出电路立即停止输出。
功率驱动输出电路，用于根据异构逻辑控制电路输出的调制解调波形将输入电压转换成直流驱动电压驱动直流信号机模块，其中，直流驱动电压通过变压器多边绕组的方式输出。
进一步的，功率驱动输出电路，还用于通过电流自检方式进行自检。
本实施例中，功率驱动输出电路将原有的继电器改为全电子设计，将轨旁220V输入转换成直流信号机模块的直流驱动电压驱动直流信号机模块，功率驱动输出电路通过输出电压电流的实时采集完成驱动电路的自检和输出的闭环控制，实现稳压控制。
本发明实施例的智能信号机集远程通信、驱动电路自检、安全输出、终端执行等功能于一体，可以实现远程控制中心对直流信号的远程安全驱动，配线简单，成本低廉；还采用了无接点的方式进行输出，降低了整个系统的风险性，提高了设备可用性。
请参阅图2，图2示出了根据本发明实施例的异构逻辑控制电路的结构示意图。
具体的，异构逻辑控制电路采用二取二结构，包括结构相同的逻辑控制电路，为第一逻辑控制电路和第二逻辑控制电路。
异构逻辑控制电路采用完全独立的二取二结构设计保障系统安全性，通过对远程通信数据和驱动输出电压电流回采压采集等输入输出数据进行取二比较，发现异常时及时停止输出。
第一逻辑控制电路或第二逻辑控制电路，包括SOC芯片、电源转换模块、存储模块DDR3、电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块。
电源转换模块用于为SOC芯片、存储模块DDR3、电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块供电。
SOC芯片通过以太网与远程控制中心、监测中心通信。SOC芯片通过通用I/O与功率驱动输出电路互联，SOC芯片还用于与电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块进行数据交互。存储模块DDR3用于与SOC芯片进行数据交换。
第一逻辑控制电路的第一SOC芯片与第二逻辑控制电路的第二SOC芯片通过通用I/O、异步串口与第一隔离模块连接。
具体的，异构逻辑控制电路采用体积小功耗低的SOC芯片进行智能逻辑控制的逻辑运算，SOC集成ARM和FPGA于一体，ARM负责逻辑取二运算，FPGA由于其并行运算、频率更快的特点，负责采样、并行运算输出精度更高的开关控制频率。
本发明实施例的异构逻辑电控制路采用异构设计，其核心控制模块SOC部分双机采用不同厂家的SOC芯片，构成硬件异构、编译器异构，降低共模失效概率提高系统安全性。
具体的，异构逻辑控制电路，用于接收远程控制中心的控制命令，并根据控制命令输出调制解调波形PWM控制功率驱动输出电路，并实时采集功率驱动输出电路的输出电压电流，并驱动功率驱动输出电路实现电路自检和稳压输出。
异构逻辑控制电路实现了驱采一致性判断，在电路自检过程中，若出现过压、过流、欠压、欠流等异常时认为驱动电路异常立即停止输出，在驱动输出过程中输出电压达到调整阈值及时调整PWM波实现稳压输出，当输出电压或输出电流超过异常阈值时停止输出，实现智能信号机电压电流“双断”输出。
请参阅图3，图3示出了根据本发明实施例的功率驱动输出电路的结构示意图。
具体的，功率驱动输出电路包括安全与电路、第二隔离模块、驱动电路、高频逆变电路、软件启动电路、整流滤波电路、高频整流电路、调理滤波电路、安全输出电路、第一采集电路和第二采集电路。
安全与电路包括第一电子开关和第二电子开关。
整流滤波电路与防护电路连接、软件启动电路连接，轨旁220V交流输入通过防护电路与整流滤波电路连接。
软件启动电路还与第一SOC芯片、高频逆变电路连接，高频逆变电路还与驱动电路、高频整流电路连接，高频整流电路还与调理滤波电路连接，调理滤波电路还与安全输出电路连接，安全输出电路通过防护电路与直流信号机模块连接，安全输出电路还与第一采集电路、第二采集电路连接，第一采集电路与第一SOC芯片连接，第一SOC芯片还与驱动电路连接，第二SOC芯片与第二采集电路连接，安全与电路通过第二隔离模块与异构逻辑控制电路的第一SOC芯片、第二SOC芯片连接。
驱动电路，用于根据安全与电路的输出和PWM波驱动高频逆变电路的电子开关动作。
需要说明的是，安全与电路给驱动电路的驱动芯片供电，安全与电路控制驱动电路的驱动芯片供电的有无；PWM波控制驱动电路的驱动芯片，使其驱动高频逆变电路的电子开关动作。
具体实施时，将轨旁220V交流输入经防护电路、整流滤波电路变为直流信号，又经过高频逆变电路将整流信号转换为高频脉冲信号，高频脉冲信号通过高频变压器进行电压变换后，最后经过整流滤波将电压转换为驱动信号机所需的直流电压。其中高频逆变电路由驱动电路控制，驱动电路是根据回采的电流电压值经ARM计算经FPGA产生的脉宽调制信号经过隔离产生的PWM隔离信号，最终实现了直流电压到可控的高频交流电压的变换，该控制方式更灵活可控，可根据直流信号机模块输入电压灵活配置，同时根据回采信息形成电压闭环控制，保证电压电流稳定输出。
软件启动电路，采用电子开关通过异构逻辑控制电路的第一SOC芯片控制其电路开启，有效解决信号机上电时的电流冲击问题，将启动电流控制在正常工作电流范围内，减少器件损害，提高信号机寿命。
进一步的，第一SOC芯片中的ARM、第二SOC芯片中的FPGA分别控制安全与电路中串联的第一电子开关、第二电子开关，当第一电子开关、第二电子开关均有效驱动时提供电压给后级驱动电路，当任一电子开关驱动异常时，驱动电路供电异常，后级电路无输出，保障任一SOC芯片故障时进行安全输出。
进一步的，安全输出电路，包含输出电路和自检电路，单系输出电路采用变压器多边绕组电压输出方式。
请参阅图4，图4示出了根据本发明实施例的单系输出电路变压器多边绕组电压输出示意图。
本实施例中，每个信号灯灯位都由一组变压器绕组输出电压，各个灯位之间相互隔离，不存在混线问题，减少信号灯位损坏等造成的相互影响，实现信号机灯位独立安全输出。
请参阅图5，图5示出了根据本发明实施例的输出电路的结构示意图。
具体的，输出电路包括两个并联的单系输出电路，构成双系冗余输出电路。每个单系输出电路的两端连接于多边绕组变压器上，第一单系输出电路的二极管D1阳极与多边绕组变压器的正极连接；电容C1第一端与二极管D1阴极连接，电容C1第二端与多边绕组变压器的负极连接。第二单系输出电路电容C2第一端与电容C1第一端并联，第二单系输出电路电容C2第二端与电容C1第二端并联。
输出电路电容C1第一端与电阻R1一端连接，电阻R1另一端与电阻R2串联。
具体实施时，每一系驱动输出独立后并联，构成冗余输出，当任意一系有输出时，信号机模块均能正常点亮，保障一系故障时系统仍能稳定输出，提高系统可用性。
请参阅图6，图6示出了根据本发明实施例的自检电路的结构示意图。
具体的，自检电路与输出电路连接，自检电路包括电阻R6、第一开关K1、第二开关支路和第三开关支路。
自检电路与输出电路具体连接为：第二开关支路与第一开关K1串联之后与电阻R6并联，第三开关支路与第二开关支路并联；其中，第二开关支路包括依次串联的电阻R3、第二开关K2和电阻R5，第三开关支路包括依次串联的电阻R4、第三开关K3和直流信号机模块；电阻R3一端、电阻R4一端、电阻R6一端与电阻R2并联，电阻R6另一端与电容C1、电容C2、第一开关K1一端并联，第一开关K1另一端、电阻R5一端与直流信号机模块一端并联。
具体实施时，自检电路采用电流自检方式，该方式可以实现信号机的冷丝检测和热丝检测，通过检测采样电阻的电流，达到对电压及电流的监控。
冷丝检测方式为：当K1、K2同时闭合，K3断开时，可以实现信号机的正常安全驱动，通过电压电流采集实现电流电压的闭环控制输出；当K2断开、K1，K3闭合时，可以通过软件控制输出小电压(该电压小于信号机的开启电压)，在不影响信号灯正确指示的前提下，通过小电压和小电流的采集监测实现驱动电路自检，确保驱动电路能够有效准确的输出。
热丝检测方式为：当K1、K2同时闭合，K3同时闭合，在实现信号机安全驱动的同时进行驱动电路和信号机的自检；该自检电路电路不仅可以实现信号机的驱动输出，同时可以通过冷丝检测和热丝检测方式实现功率驱动输出电路自检，完成故障定位报警，保证驱动电路的安全性，实现系统的安全可靠输出。
具体的，直流信号机模块包含入口防护单元、点灯单元和信号机灯盘单元，是智能信号机的最终执行端，入口防护进行隔离滤波等，点灯单元控制信号机灯盘，信号机灯盘最终点亮，实现终端输出。
本发明实施例还提供一种无节点智能信号机控制方法，包括以下步骤：
智能驱动模块接收远程控制中心的控制命令，根据控制命令输出控制信号给直流信号机模块，并采集直流信号机模块的执行状态发送给远程控制中心；其中，智能驱动模块为双系冗余结构，双系采用主从方式运行；
直流信号机模块根据控制信号，生成交通指示信号。
进一步的，控制方法还包括：智能驱动模块采集直流信号机模块的维护信息并发送给监测中心。
进一步的，智能信号机控制方法还包括：通过防护电路对异构逻辑控制电路进行防护；通过异构逻辑控制电路接收远程控制命令，并根据控制命令输出调制解调波形控制驱动输出；通过功率驱动输出电路将输入电压转换成直流驱动电压驱动直流信号机模块，其中，直流驱动电压通过变压器多边绕组的方式输出。
进一步的，智能信号机控制方法还包括：功率驱动输出电路通过电流自检方式进行自检。
具体实施时，设计异构逻辑控制电路的SOC芯片运行程序，具体包括ARM运行程序和FPGA运行程序，ARM和FPGA通过AHB总线实现内部通信，根据ARM和FPGA特性，ARM运行程序主要负责逻辑运算和控制，主要完成命令接收与监测上报功能，根据采集电压实现闭环控制和自检计算，以及“二取二”安全结构的相关逻辑设计；FPGA程序主要作为底层执行软件，通过AD采集完成电流电压等信息的采集和过压过流检测，实时发送ARM采集结果和故障信息等，根据ARM软件的闭环计算结果实时完成驱动逆变电路中的电子开关的驱动控制和自检电路开关控制。
具体的，异构逻辑控制电路接收远程控制命令，并根据控制命令输出调制解调波形控制功率驱动输出电路输出包括以下步骤：
异构逻辑控制电路接收远程控制中心的控制命令，并根据控制命令输出调制解调波形PWM控制功率驱动输出电路，并实时采集功率驱动输出电路的输出电压电流，并驱动功率驱动输出电路实现电路自检和稳压输出。
请参阅图7，图7示出了根据本发明实施例的SOC芯片程序的运行流程示意图。
具体实施时，异构逻辑控制电路根据控制命令输出调制解调波形控制功率驱动输出电路输出，基于异构逻辑控制电路的SOC芯片运行程序实现，具体如下：
S11、对异构逻辑控制电路的SOC芯片的运行程序进行初始化。
具体实施时，先进行初始化包含软硬件初始化、配置初始化，以及上电自检等。
S12、初始化完成后，异构逻辑控制电路的SOC芯片进行周期性双机同步，完成输入输出数据的二取二。
S13、异构逻辑控制电路的SOC芯片同步完成后，对取二通过的远程控制中心的控制命令进行解析，获得命令内容。
S14、异构逻辑控制电路的SOC芯片将命令内容转化为调制解调波形PWM。
S15、功率驱动输出电路接收调制解调波形PWM，并根据调制解调波形PWM执行驱动输出。
S16、功率驱动输出电路在驱动输出过程中通过采集电路实时采集输出电压电流，并将采集结果发送至异构逻辑控制电路的SOC芯片，异构逻辑控制电路的SOC芯片根据采集结果计算进行闭环调整使驱动输出保持稳定。
具体实施时，输出过程中实时分析功率驱动输出电路的电流电压采集情况，根据采集结果计算进行闭环调整使驱动输出保持稳定。
需要说明的是，闭环控制时采取电压闭环电流检测的方式，即根据采集电压进行闭环计算，电流作检测信息，闭环方式根据电压偏差采取阶段式调整以保证电压输出的稳定性和准确性，即当电压偏差小于1％时不调整；当电压偏差大于1％小于5％时，逐步调整占空比大小为2％；当电压偏差大于5％时，逐步调整占空比大小为4％。
需要说明的是，智能信号机可以根据信号机不同的输入电压需求，通过修改配置文件可以进行驱动输出电压的调整和稳压范围调整，实现稳压输出，最低稳压范围可达1％。，减少因电压波动范围较大到导致信号灯明亮度变化，保证信号灯的恒定亮度，提高信号灯寿命。
S17、异构逻辑控制电路的SOC芯片根据采集结果，进行输出量判断和驱动功率驱动输出电路进行自检，若自检异常或判断驱动采集不一致时立即控制功率驱动输出电路停止输出。
具体实施时，异构逻辑控制电路驱动功率驱动输出电路采用冷丝自检方式，周期性进行驱动电路自检，自检方式采取小电流小电压的方式，输出较小的驱动电压并回采以判断驱动电路的安全正确与否。
具体的，驱动电路根据安全与电路的输出和PWM波驱动高频逆变电路的电子开关动作包括以下步骤：
S21、异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路开启高频逆变电路的电子开关时，控制电子开关的占空比输出时分步长逐步增加。
S22、异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路关闭高频逆变电路的电子开关时，控制电子开关的占空比输出时分步长逐步减小。
S23、异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路进行电路自检时，驱动高频逆变电路的电子开关动作，控制功率驱动输出电路进行自检。
请参阅图8，图8示出了根据本发明实施例的高频逆变电路中电子开关的驱动控制流程示意图。
具体的，S23包括以下步骤：
S231、异构逻辑控制电路的SOC芯片的ARM定期性形成自检指令，SOC芯片的FPGA根据ARM的自检指令，计算自检时电子开关的占空比，并通过PWM波将自检时电子开关的占空比发送给驱动电路。
S232、驱动电路收到PWM波时，转入CHECK自检状态，在自检状态时，驱动电路中的驱动芯片通过PWM波获得自检时电子开关的占空比。驱动电路中的驱动芯片根据自检时电子开关的占空比，驱动高频逆变电路中的电子开关动作，输出自检电压，在自检电压下，控制自检电路的第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3动作，第一采集电路和第二采集电路实时采集输出电路的电流电压，第一采集电路将采集的电流电压信息发送给异构逻辑控制电路的SOC芯片，自检计时结束后异构逻辑控制电路的SOC芯片控制驱动电路停止输出。
驱动电路在收到开启命令时，转入ON开启状态，在开启状态，根据接收的目标占空比，逐步增加电子开关的占空比步长进行输出，实时监测功率驱动输出电路的电流电压值，当电压达到额定电压值时，转入PWM_NOR正常驱动状态，当电流超过阈值时或占空比增加到目标占空比但输出电压未达到最小阈值电压时，认为开启失败，转入IDLE空闲状态并上报失败原因。
示例的，逐步增加电子开关的占空比，可以采用每20ms增加4％占空比步长进行输出。
在PWM_NOR正常驱动状态时，根据ARM的闭环计算占空比调整输出，实时监测功率驱动输出电路电压、电流值，当出现电流超过阈值时，直接停止输出；收到关闭命令时，转入OFF状态，在OFF状态，逐步减小控制电子开关的占空比步长进行输出，占空比为0时关闭完成，转入空闲状态。
示例的，逐步减小控制电子开关的占空比，可以采用每20ms减小4％占空比步长进行输出。
具体实施时，驱动电路在进行驱动逆变电路中的电子开关的驱动控制时采取缓开和缓关方式，即占空比输出时分步长逐步增加的方式，保证输出驱动电压不存在跳变情况，逐步增加和较小，减少直流信号机模块的电压跳变产生的冲击电流等，实现对直流信号机电路保护的作用，延长信号机使用寿命。
本发明实施例的无节点智能信号机采用智能逻辑控制模块，功率输出模块和直流信号机模块组成，集成智能控制、安全驱动和终端执行于一体；智能信号机通过实时的电流电压回检实现闭环控制和实时监测，实现驱动的稳压输出，保障信号机的可靠性和安全性；智能信号机采用“无节点”控制输出，减小因继电器控制的节点老化、粘连且受环境影响产生的影响，从而提高设备可靠性；智能信号机通过自检电路可实现冷丝监测和热丝检测，完成故障定位报警，保证驱动电路的安全性，实现系统的安全可靠输出；智能信号机支持远程分布式的控制，集远程控制、安全驱动、电路自检和终端执行于一体，可以实现远程安全驱动控制，配线简单，成本低廉；同时可针对不同站点的不同功能需求进行适配，更方便灵活，该模块性能稳定，具有较强的实用价值。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (18)
1.一种无节点智能直流信号机，其特征在于，包括：
智能驱动模块，用于接收远程控制中心的控制命令，根据控制命令输出控制信号给直流信号机模块，并采集直流信号机模块的执行状态发送给远程控制中心；其中，智能驱动模块为双系冗余结构，双系采用主从方式运行；
直流信号机模块，用于根据控制信号，生成交通指示信号。
2.根据权利要求1所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，智能驱动模块包括防护电路、异构逻辑控制电路和功率驱动输出电路。
3.根据权利要求2所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，异构逻辑控制电路，用于接收远程控制中心的控制命令，并根据控制命令输出PWM波控制功率驱动输出电路，并实时采集功率驱动输出电路的输出电压电流，并驱动功率驱动输出电路实现电路自检和稳压输出。
4.根据权利要求2或3所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，功率驱动输出电路，用于将输入电压转换成直流驱动电压驱动直流信号机模块，其中，直流驱动电压通过变压器多边绕组的方式输出；
功率驱动输出电路，还用于通过电流自检方式进行自检。
5.根据权利要求2或3所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，异构逻辑控制电路包括结构相同的第一逻辑控制电路和第二逻辑控制电路；
第一逻辑控制电路或第二逻辑控制电路，包括SOC芯片、电源转换模块、存储模块DDR3、电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块。
6.根据权利要求5所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，电源转换模块用于为SOC芯片、存储模块DDR3、电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块供电；
SOC芯片通过以太网与远程控制中心、监测中心通信；SOC芯片通过通用I/O与功率驱动输出电路互联；SOC芯片还用于与电压监测模块、温度监测模块和看门狗模块进行数据交互；
存储模块DDR3用于与SOC芯片进行数据交换；
第一逻辑控制电路的第一SOC芯片与第二逻辑控制电路的第二SOC芯片通过通用I/O、异步串口与第一隔离模块连接。
7.根据权利要求4所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，功率驱动输出电路包括安全与电路、第二隔离模块、驱动电路、高频逆变电路、软件启动电路、整流滤波电路、高频整流电路、调理滤波电路、安全输出电路、第一采集电路和第二采集电路。
8.根据权利要求7所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，安全与电路包括第一电子开关和第二电子开关；
整流滤波电路与防护电路连接、软件启动电路连接；软件启动电路还与第一SOC芯片、高频逆变电路连接，高频逆变电路还与驱动电路、高频整流电路连接，高频整流电路还与调理滤波电路连接，调理滤波电路还与安全输出电路连接，安全输出电路通过防护电路与直流信号机模块连接，安全输出电路还与第一采集电路、第二采集电路连接，第一采集电路与第一SOC芯片连接，第一SOC芯片还与驱动电路连接，第二SOC芯片与第二采集电路连接，安全与电路通过第二隔离模块与第一SOC芯片、第二芯片连接。
9.根据权利要求8所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，驱动电路，用于根据安全与电路的输出和PWM波驱动高频逆变电路的电子开关动作。
10.根据权利要求8所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，安全输出电路，包含输出电路和自检电路；
其中，输出电路包括两个并联的单系输出电路，构成双系冗余输出电路；每个单系输出电路的两端连接于多边绕组变压器上，第一单系输出电路的二极管D1阳极与多边绕组变压器的正极连接；电容C1第一端与二极管D1阴极连接，电容C1第二端与多边绕组变压器的负极连接；第二单系输出电路电容C2第一端与电容C1第一端并联，第二单系输出电路电容C2第二端与电容C1第二端并联；
输出电路电容第一端与电阻R1一端连接，电阻R1另一端与电阻R2串联。
11.根据权利要求10所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，自检电路包括电阻R6、第一开关K1、第二开关支路和第三开关支路；
自检电路与输出电路具体连接为：第二开关支路与第一开关K1串联之后与电阻R6并联，第三开关支路与第二开关支路并联；其中，第二开关支路包括依次串联的电阻R3、第二开关K2和电阻R5，第三开关支路包括依次串联的电阻R4、第三开关K3和直流信号机模块；电阻R3一端、电阻R4一端、电阻R6一端与电阻R2并联，电阻R6另一端与电容C1、电容C2、第一开关K1一端并联，第一开关K1另一端与电阻R5一端、直流信号机模块一端并联。
12.根据权利要求1-3任一所述的无节点智能直流信号机，其特征在于，直流信号机模块包含入口防护单元、点灯单元和信号机灯盘单元。
13.一种无节点智能直流信号机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
智能驱动模块接收远程控制中心的控制命令，根据控制命令输出控制信号给直流信号机模块，并采集直流信号机模块的执行状态发送给远程控制中心；其中，智能驱动模块为双系冗余结构，双系采用主从方式运行；
直流信号机模块根据控制信号，生成交通指示信号。
14.根据权利要求13所述的无节点智能直流信号机控制方法，其特征在于，智能驱动模块包括防护电路、异构逻辑控制电路和功率驱动输出电路。
15.根据权利要求14所述的无节点智能直流信号机控制方法，其特征在于，异构逻辑控制电路接收远程控制中心的控制命令，并根据控制命令输出PWM波控制功率驱动输出电路，并实时采集功率驱动输出电路的输出电压电流，并驱动功率驱动输出电路实现电路自检和稳压输出。
16.根据权利要求14或15所述的无节点智能直流信号机控制方法，其特征在于，功率驱动输出电路包括安全与电路、第二隔离模块、驱动电路、高频逆变电路、软件启动电路、整流滤波电路、高频整流电路、调理滤波电路、安全输出电路、第一采集电路和第二采集电路。
17.根据权利要求16所述的无节点智能直流信号机控制方法，其特征在于，驱动电路根据安全与电路的输出和PWM波驱动高频逆变电路的电子开关动作具体如下：
异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路开启高频逆变电路的电子开关时，控制电子开关的占空比输出时分步长逐步增加；
异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路关闭高频逆变电路的电子开关时，控制电子开关的占空比输出时分步长逐步减小；
异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路进行电路自检时，驱动高频逆变电路的电子开关动作，控制功率驱动输出电路进行自检。
18.根据权利要求17所述的无节点智能直流信号机控制方法，其特征在于，异构逻辑控制电路的SOC芯片通过PWM波控制驱动电路进行电路自检时，驱动高频逆变电路的电子开关动作，控制功率驱动输出电路进行自检具体如下：
异构逻辑控制电路的SOC芯片的ARM定期性形成自检指令，SOC芯片的FPGA根据ARM的自检指令，计算自检时电子开关的占空比，并通过PWM波将自检时电子开关的占空比发送给驱动电路；
驱动电路收到PWM波时，转入CHECK自检状态，在自检状态时，驱动电路中的驱动芯片通过PWM波获得自检时电子开关的占空比；驱动电路中的驱动芯片根据自检时电子开关的占空比，驱动高频逆变电路中的电子开关动作，输出自检电压，在自检电压下，控制自检电路的第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3动作，第一采集电路和第二采集电路实时采集输出电路的电流电压，第一采集电路将采集的电流电压信息发送给异构逻辑控制电路的SOC芯片，自检计时结束后异构逻辑控制电路的SOC芯片控制驱动电路停止输出。
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