CN115303326A - 一种信号灯、系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号灯，所述信号灯包括点灯电路和发光机构，所述发光机构包括并联连接的多组LED灯盘，所述点灯电路包括：交流侧主电路、直流侧主电路和控制单元；另外一方面，本发明还提出一种信号灯系统，所述信号灯系统包括所述信号灯，所述信号灯系统还包括点灯控制电路和电源；本发明通过对电路拓扑的改进，可实现灯端主电路安全切断进行灭灯。本发明通过改进，对LED灯盘的每一串灯珠进行电压和电流检测，能够反映出每一串灯珠的运行情况，在灯珠损坏30％和50％的时候，通过主供电回路以载波的方式通信(不增加新的连接线)，向点灯控制电路发送LED灯盘的状态信息。

Description

一种信号灯、系统及控制方法

技术领域

本发明属于铁路信号显示技术领域，特别涉及一种信号灯、系统及控制方法。

背景技术

安全性设备包括信号灯及其控制电路，是指挥列车安全运行的重要装备。如图1所示，为既有铁路信号显示系统，包括室内电源、继电点灯电路、防雷元件、室外的点灯单元和信号灯。继电点灯电路包含了灯丝继电器、点灯继电器及点灯控制配线。

铁路信号轨旁色灯显示系统由室内的电源、点灯控制电路、室外的点灯单元和信号灯组成。点灯控制电路中串接点灯监督继电器(JZXC－H18或JZXC－16/16)接点，以判断被控信号灯的亮灯状态，实现信号灯逻辑控制。

国外铁路信号显示设备已向智能化、信息化、网络化、免维护方向发展，国内信号显示设备发展50多年来，仍采用传统的继电电路控制技术以及传统灯泡型信号灯，新光源应用少。现存的主要问题：

由于现有的铁路LED信号灯非故障安全设计，因此在使用的过程中，仍然存在以下问题。

1、已有的铁路LED信号灯设备，无法实现在灯端安全可控切断进行灭灯。在故障或者线缆受到外部信号干扰的情况下容易造成误点灯，联锁系统不能正常获取信号灯亮灯状态，可能升级显示或无法降级显示。

2、由于LED的功率比较小，而供电回路电流不能小于灯丝继电器的落下值，因此已有的铁路LED信号灯设备均在灯端并联了功率电阻作为假负载。然而功率电阻负载一方面是发热，容易造成故障降低可靠性。另一方面是由于存在假负载，有可能造成灭灯状态，而检测为点灯状态。

3、已有的铁路LED信号灯与室内检测单元无通信设计，仅通过室内检测单元检测室外LED灯端的电流指标来判定是否断电，而由于LED信号灯部分LED击穿、LED信号灯点灯电流小不满足原有继电器电路的触发条件、供电电缆间分布电容大等原因，容易造成已有的LED信号灯灭灯状态，而灯丝继电器保持吸起故障。

发明内容

针对上述问题，一方面，本发明公开了一种信号灯，所述信号灯包括点灯电路和发光机构，所述发光机构包括并联连接的多组LED灯盘，所述点灯电路包括：交流侧主电路、直流侧主电路和控制单元；

所述交流侧主电路的输入端接收电源的电能输入，所述交流侧主电路的输出端与所述直流侧主电路的输入端耦接，并向所述直流侧主电路中输入第一控制信号；

所述控制单元的输入端与所述交流侧主电路的输出端和直流侧主电路的输出端耦合；所述控制单元的输出端与所述交流侧主电路的输入端和直流侧主电路的输入端耦合；

其中，所述控制单元用于接收所述交流侧主电路的电流信号和所述直流侧主电路的电压信号，并向所述交流侧主电路和所述直流侧主电路分别反馈第二控制信号和第三控制信号；

所述直流侧主电路的输入端用于接收所述第一控制信号和第三控制信号，所述多组LED灯盘的输入端与所述直流侧主电路的输出端耦接，所述直流侧主电路根据所述第一控制信号和第三控制信号输出点灯信号，所述LED灯盘根据所述点灯信号进行点灯。

进一步的，所述交流侧主电路包括依次串联连接的变压器、防护滤波模块、电流采集模块、整流桥和发码开关模块；其中，

所述变压器的输入端与所述电源的输出端耦接；

所述发码开关模块的输出端耦接所述直流侧主电路。

进一步的，所述直流侧主电路包括：PFC模块、安全与模块和恒流源模块；其中，

所述PFC模块的输入端接收所述低频电力载波信号，所述PFC模块的输出端与所述安全与模块的输入端耦接；

所述安全与模块的输出端与所述恒流源模块的输入端耦接；

所述恒流源模块的输出端与所述LED灯盘的输入端耦接；

所述PFC模块接地。

进一步的，所述控制单元包括：CPU供电模块、CPU1、CPU2、电压采集模块、光强传感器和温度传感器；其中，

所述CPU供电模块的输入端与所述PFC模块的输出端耦接，所述CPU供电模块的输出端与所述CPU1和所述CPU2耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端与所述电流采集模块的输出端耦接，所述CPU1和所述CPU2的输出端与所述发码开关模块的输入端耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端与所述安全与模块的输出端耦接，所述CPU1和所述CPU2的输出端与所述安全与模块的输入端耦接；

所述CPU1的输入端还分别与所述光强传感器和所述温度传感器的输出端耦接；

所述CPU2的输入端还分别与所述光强传感器和所述温度传感器的输出端耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端还与所述电压采集模块的输出端耦接；所述电压采集模块的输入端分别与所述安全与模块的输出端和所述LED灯盘的输入端和输出端耦接；

所述恒流源模块的输出端还分别与所述CPU1和所述CPU2的输入端耦接，所述恒流源模块的输入端还与所述CPU1的输出端耦接。

进一步的，所述光强传感器用于检测采集所述LED灯盘的发光强度，所述温度传感器用于采集所述LED灯盘的工作温度和环境温度。

进一步的，所述发码开关模块包括：常闭开关电路、第一隔离电路、时序控制电路、过零采集比较电路、第二隔离电路、安全供电电路；

所述常闭开关电路的输入端与所述整流桥的输出端耦合，常闭开关电路的输出端与所述PFC模块的输入端耦合；

所述时序控制电路的输入端分别与所述第一隔离电路、过零采集比较电路和安全供电电路的输出端耦合，所述时序控制电路的输出端与所述常闭开关电路的控制端耦合；

所述第一隔离电路的输入端与所述CPU1的输出端耦合；

所述安全供电电路的输入端与所述第二隔离电路的输出端耦合，所述第二隔离电路的输入端与所述CPU2的输出端耦合；

所述过零采集比较电路的输入端与所述交流侧主电路耦合。

再进一步的，所述安全与模块包括：变压器、开关、供电电路、第一隔离采集供电电路、第二隔离采集供电电路、第一隔离驱动电路、第二隔离驱动电路、第三隔离驱动电路、隔离控制电路和反馈隔离电路；

所述变压器的原边绕组与所述PFC模块的输出端耦接，副边绕组与所述恒流源模块耦接；

所述供电电路的输入端与所述PFC模块的输出端耦接，所述供电电路的输出端分别与所述隔离控制电路和所述第二隔离驱动电路的输入端耦接；

所述第二隔离驱动电路的输入端还与第一隔离驱动电路的输出端耦接，所述第二隔离驱动电路的输出端与开关的一侧耦接，所述开关的另一侧与所述变压器的原边绕组耦接，且所述开关接地；

所述第一隔离驱动电路的输入端分别与所述第一隔离采集供电电路和所述第三隔离驱动电路的输出端耦接；

所述第一隔离采集供电电路的输出端还与所述CPU1的输入端耦接，所述第一隔离采集供电电路的输入端与所述CPU1的输出端耦接；

所述第三隔离驱动电路的输入端分别与所述第二隔离采集供电电路和隔离控制电路的输出端耦接，

所述第二隔离采集供电电路的输出端还与所述CPU2的输入端耦接，所述第二隔离采集供电电路的输入端与所述CPU2的输出端耦接；

所述隔离控制电路的输入端还与所述反馈隔离电路的输出端耦接；

所述反馈隔离电路与所述变压器的副边绕组耦接。

另外一方面，本发明还提出一种信号灯系统，所述信号灯系统包括所述信号灯，所述信号灯系统还包括点灯控制电路和电源；

所述电源用于给所述信号灯系统提供电能；

所述电源、点灯控制电路和所述信号灯串联连接；且所述点灯控制电路接收所述信号灯的反馈信号，根据所述反馈信号控制所述信号灯的亮灯状态；

其中，所述信号灯的亮灯状态包括信号灯点亮和信号灯熄灭；

所述信号灯点亮对应的反馈信号为周期性的额定频率正弦电流波形和空置波形的组合，设为安全侧，所述安全侧的反馈信号包括正常信号和故障信号；

所述信号灯熄灭对应的反馈信号为除点亮信号之外的波形，设为危险侧。

另外一方面，本发明还提出一种信号灯控制方法，基于所述信号灯系统，执行所述信号灯点灯控制，所述控制方法包括：

电源为所述信号灯系统供电，并启动信号灯系统；

控制单元对主电路的电路数据进行采集，包括交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号，并将所述交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号传输至控制单元；

控制单元判断所述电流信号和电压信号是否满足预设条件；

如果所述电流信号和电压信号满足预设条件，则导通点灯电路；

控制单元的CPU1和CPU2均获取交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号，并进一步判断CPU1和CPU2的数据分析结果是否一致；

如果CPU1和CPU2的数据分析结果一致，则对获取的电压信号和电流信号进行判断；

预设电压信号和电流信号的工作范围，如果所述电压信号和电流信号满足所述工作范围，则所述主电路正常工作，并向点灯控制电路发送正常信号。

进一步的，所述控制单元的CPU1和CPU2均获取交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号，并进一步判断CPU1和CPU2的数据分析结果是否一致的步骤之后，所述方法还包括：

进一步对LED灯盘的状态进行评估；

如果所述LED灯盘的状态正常，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号或故障信号；

如果所述LED灯盘的状态不正常，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

进一步的，所述的控制单元判断所述电流信号和电压信号是否满足预设条件的步骤之后还包括如下步骤：

如果所述电流信号和电压信号不满足预设条件，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

进一步的，所述的电源为所述信号灯系统供电，并启动信号灯系统的步骤之后还包括如下步骤：

获取光强传感器实时采集的发光强度数据，并判断所述发光强度是否满足预设阈值；所述预设阈值为LED灯盘白天可视距离对应的光强范围；

如果所述发光强度满足预设阈值，则导通点灯电路；

如果所述发光强度不满足所述预设阈值，则提高驱动LED灯盘的亮度参数，直至满足预设阈值要求，则导通点灯电路。

进一步的，所述的电源为所述信号灯系统供电，并启动信号灯系统的步骤之后还包括如下步骤：

获取温度传感器采集的实时温度数据，判断所述温度数据是否满足预设温度范围；

如果所述温度数据满足预设温度范围，则导通点灯电路；

如果所述温度数据不满足预设温度范围，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

进一步的，所述控制方法还包括：

如果控制单元的CPU1和CPU2的数据分析结果不一致，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

进一步的，所述控制方法还包括：

如果采集的电压信号和电流信号不满足所述工作范围，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

再进一步的，所述对LED灯盘的状态进行评估具体包括如下步骤：

判断所述LED灯盘的电压是否正常；

如果所述LED灯盘的电压不正常，则进一步判断所述LED灯盘损坏是否超过30％；

如果所述LED灯盘损坏超过30％，则进一步判断所述LED灯盘损坏是否超过50％；

如果所述LED灯盘损坏超过50％，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧；如果所述LED灯盘损坏不超过50％，则主电路工作正常，并向点灯控制电路发送故障信号；

其中，所述判断所述LED灯盘的电压是否正常的步骤之后，所述方法还包括：

如果所述LED灯盘的电压正常，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号；

其中，所述判断所述LED灯盘损坏是否超过30％的步骤之后，所述方法还包括：

如果所述LED灯盘损坏不超过30％，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号。

相比于现有技术，本技术方案的优点在于：

1、本发明通过对电路拓扑的改进，可实现灯端主电路安全切断进行灭灯。避免在故障或者线缆受到外部信号干扰的情况下容易造成误点灯，和因此造成的信号升级或者无法降级。

2、本发明通过对信号灯室内外模块间添加通信和电路拓扑的改进，可以在不添加灯端并联的功率电阻(假负载)的情况下满足电流条件，避免了由于功率电阻(假负载)发热造成的可靠性降低和灭灯状态而检测为点灯状态的情况。

3、本发明通过改进对LED灯盘的每一串灯珠进行电压和电流检测，能够反映出每一串灯珠的运行情况，在灯珠损坏30％和50％的时候，通过主供电回路以载波的方式通信(不增加新的连接线)，向点灯控制电路发送LED灯盘的状态信息。有效避免了由于信号灯部分击穿、信号灯点灯电流小不满足原有继电器电路的触发条件、供电电缆间分布电容大等原因等原因造成的信号灯灭灯状态，而灯丝继电器保持吸起故障。

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示出了根据现有技术的铁路信号显示系统；

图2示出了根据本发明实施例的信号灯点灯电路主电路示意图；；

图3示出了根据本发明实施例的信号灯点灯电路中发码开关模块的电路示意图；

图4示出了根据本发明实施例的信号灯点灯电路中安全与模块的电路示意图；

图5示出了根据本发明实施例的信号灯点灯电路实现室内外通信的示意图；

图6示出了根据本发明实施例的信号灯点灯电路正常和异常状态下的室内室外通信波形示意图；

图7示出了根据本发明实施例的信号灯控制流程图。

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。

基于现有技术存在的问题，一方面，本发明提出了一种应用于铁路信号显示领域的信号灯，应用在如图1的铁路信号显示系统中虚线部分的一种信号灯，所述信号灯包括点灯电路和发光机构，所述发光机构包括并联连接的多组LED灯盘，所述点灯电路如图2所示，包括：交流侧主电路、直流侧主电路和控制单元；

所述交流侧主电路的输入端接收电源输入，所述交流侧主电路的输出端与所述直流侧主电路的输入端耦接，并向所述直流侧主电路中输入第一控制信号；

所述控制单元的输入端与所述交流侧主电路的输出端和直流侧主电路的输出端耦合；所述控制单元的输出端与所述交流侧主电路的输入端和直流侧主电路的输入端耦合；

其中，所述控制单元用于接收所述交流侧主电路的电流信号和所述直流侧主电路的电压信号，并向所述交流侧主电路和所述直流侧主电路分别反馈第二控制信号和第三控制信号；

所述直流侧主电路的输入端用于接收所述第一控制信号和第三控制信号，所述多组LED灯盘的输入端与所述直流侧主电路的输出端耦接，所述直流侧主电路根据所述第一控制信号和第三控制信号输出点灯信号，所述LED灯盘根据所述点灯信号进行点灯。

参考图2所示，所述交流侧主电路包括依次串联连接的变压器、防护滤波模块、电流采集模块、整流桥和发码开关模块；其中，

所述变压器的输入端与所述电源的输出端耦接，用于将电源输送的交流电转换为安全电压，所述安全电压为信号灯所需要的电压。具体来说，所述安全电压的压力范围根据所述信号灯的光源进行确定，工作人员在进行安装时可以根据光源对安全电压进行自定义设置，从而保护光源，提高所述信号灯的使用寿命。

所述防护滤波模块用于对交流侧主电路中的电能进行安全防护，防止雷击等外界因素对信号灯造成损伤，并滤除电能中的高频谐波，仅保留50Hz的正弦波。

所述电流采集模块，用于分别采集输入端L、N线的电流信号，并将所述电流信号传输至控制单元进行判定。

所述整流桥用于将所述交流侧主电路中的交流电转换为直流电能，向电路后方的用电设备进行供能。

所述发码开关模块由控制单元进行控制，以在主电路中进行通断的方式向室内发送不同占空比的低频电力载波信号。如图3所示，为发码开关模块的电路框图。

如图3所示，所述发码开关模块包括：常闭开关电路、第一隔离电路、时序控制电路、过零采集比较电路、第二隔离电路、安全供电电路；

所述常闭开关电路的输入端与所述整流桥的输出端耦合，常闭开关电路的输出端与所述PFC模块的输入端耦合；

所述时序控制电路的输入端分别与所述第一隔离电路、过零采集比较电路和安全供电电路的输出端耦合，所述时序控制电路的输出端与所述常闭开关电路的控制端耦合；

所述第一隔离电路的输入端与所述CPU1的输出端耦合；

所述安全供电电路的输入端与所述第二隔离电路的输出端耦合，所述第二隔离电路的输入端与所述CPU2的输出端耦合；

所述过零采集比较电路的输入端与所述交流侧主电路耦合。

其中，

常闭开关电路包括控制端、输入端和输出端，当控制端通电并给控制低电平，此时常闭开关电路截止；当控制端掉电或者给控制高电平，此时常闭开关电路导通；

过零采集比较电路用于采集交流侧主电路的输入波形，并输出相同相位的50Hz方波。

时序控制电路以过零采集比较电路为时钟将CPU1的控制信号进行过零点触发。从而保健枕常闭开关电路的通断时刻均为交流电过零点时刻，由此产生的如室内通信信号均包含整数个50Hz正弦波。

其中，CPU1发送的低频控制信号的占空比范围为10％～90％。

隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路，由于控制单元发送的控制信号和时序控制电路产生的驱动开关信号不共地，因此设置包括第一隔离电路和第二隔离电路进行控制信号和驱动开关信号的隔离。

参考图2所示，CPU2控制信号和安全供电电路产生一个可由CPU2安全切断的直流电平，为时序控制电路和过零采集比较电路进行供电，当CPU2控制信号为一定频率脉冲时，安全供电电路正常输出；当CPU2控制恒高或恒低，或者由于故障造成CPU2控制恒高或恒低时，安全供电电路均无输出，由此可保证在故障和异常状态时，时序控制电路不工作，电路均导向安全侧。

所述发码开关模块的输出端耦接所述直流侧主电路。

参考图2所示，所述直流侧主电路包括：PFC模块、安全与模块、恒流源模块和LED灯盘；其中，

所述PFC模块的输入端接收所述低频电力载波信号，所述PFC模块的输出端与所述安全与模块的输入端耦接；

所述安全与模块的输出端与所述恒流源模块的输入端耦接；

所述恒流源模块的输出端与所述LED灯盘的输入端耦接；

所述PFC模块接地。

其中，

所述PFC模块：功率因数校正电路，通过输出反馈电压与输入电压的乘积再与输入电流进行比较控制占空比来调节电路的有功功率和视在功率之比。让电路的输入电压和电流同频同相。使发码开关模块发送的信号更容易识别，也抑制模块内部电路高频率开关产生的谐波对电网及设备的影响。

所述安全与模块包括：变压器、开关、供电电路、第一隔离采集供电电路、第二隔离采集供电电路、第一隔离驱动电路、第二隔离驱动电路、第三隔离驱动电路、隔离控制电路和反馈隔离电路；

所述变压器的原边绕组与所述PFC模块的输出端耦接，副边绕组与所述恒流源模块耦接；

所述供电电路的输入端与所述PFC模块的输出端耦接，所述供电电路的输出端分别与所述隔离控制电路和所述第二隔离驱动电路的输入端耦接；

所述第二隔离驱动电路的输入端还与第一隔离驱动电路的输出端耦接，所述第二隔离驱动电路的输出端与开关的一侧耦接，所述开关的另一侧与所述变压器的原边绕组耦接，且所述开关接地；

所述第一隔离驱动电路的输入端分别与所述第一隔离采集供电电路和所述第三隔离驱动电路的输出端耦接；

所述第一隔离采集供电电路的输出端还与所述CPU1的输入端耦接，所述第一隔离采集供电电路的输入端与所述CPU1的输出端耦接；

所述第三隔离驱动电路的输入端分别与所述第二隔离采集供电电路和隔离控制电路的输出端耦接，

所述第二隔离采集供电电路的输出端还与所述CPU2的输入端耦接，所述第二隔离采集供电电路的输入端与所述CPU2的输出端耦接；

所述隔离控制电路的输入端还与所述反馈隔离电路的输出端耦接；

所述反馈隔离电路与所述变压器的副边绕组耦接。

具体来说，所述安全与模块主要包括变压器和开关，由CPU1和CPU2共同控制，变压器副边输出一个可由CPU1或CPU2单独安全切断的电平，为后级电路进行供电。

仅当CPU1和CPU2的控制信号为一定频率的脉冲信号时，安全与模块正常输出。

当发生如下情况：

(1)CPU1控制信号恒高或者恒低；

(2)CPU2控制信号恒高或者恒低；

(3)CPU1控制信号由于故障恒高或者恒低；

(4)CPU2控制信号由于故障恒高或者恒低；

主电路安全与模块均无输出。由此可保证在故障或者异常状态时，信号灯主回路切断并灭灯。

如图4所示，为安全与模块的电路框图。

所述变压器用于将直流侧主电路的输入和输出端相互隔离；

所述开关通过高频通断实现输入端和输出端DC－DC电能变换；

所述供电电路用于为所述安全与模块的电路提供电能，且所述供电电路接地；

所述隔离采集电路包括第一隔离采集供电电路和第二隔离采集供电电路，由于控制单元的控制信号与驱动开关的信号不共地，因此所述安全与模块需要隔离采集电路进行信号隔离。并且安全与模块会产生与控制单元的控制信号相似的反馈信号，所述隔离采集电路会将所述反馈信号进行采集输出，通过控制单元进行判定。

所述隔离驱动电路包括第一隔离驱动电路、第二隔离驱动电路和第三隔离驱动电路，由于控制单元的控制信号与驱动开关的信号不共地，因此所述安全与模块需要隔离驱动电路进行信号隔离。

所述反馈隔离电路用于采集安全与模块输出端的电压信号，并隔离发送给隔离控制电路；

所述隔离控制电路根据反馈隔离电路发送的电压信号对所述安全与模块的输出端进行稳压控制。

参考图2所示，所述恒流源模块用于将安全与模块输出的电能由恒压源转换成恒流源为LED灯盘的每串灯珠进行供电。所述恒流源模块的输入端还接收来自于CPU1的控制信号。

具体来说，CPU1的控制是指CPU1发送PWM(脉冲宽度调制)信号给到每一路恒流源模块控制端，可以通过调整PWM占空比调节恒流源模块输出的电流。当LED灯盘出现故障时，根据故障LED灯盘的数量，提高PWM占空比，提高未故障的LED灯盘的亮度，将整体灯盘的亮度调整到与无故障LED灯盘时一样的亮度。

所述LED灯盘并联设置有多组，且并联的每组支路上的所述LED灯盘对应设置一组恒流源模块，所述每条支路的LED灯盘共阴极与低电平参考地耦接。

所述LED灯盘作为信号灯的负载设备，根据主电路的输出信号进行点灯发光。

如图2所示，所述控制单元包括：CPU供电模块、CPU1、CPU2、电压采集模块、光强传感器和温度传感器；其中，

所述CPU供电模块的输入端与所述PFC模块的输出端耦接，所述CPU供电模块的输出端与所述CPU1和所述CPU2耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端与所述电流采集模块的输出端耦接，所述CPU1和所述CPU2的输出端与所述发码开关模块的输入端耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端与所述安全与模块的输出端耦接，所述CPU1和所述CPU2的输出端与所述安全与模块的输入端耦接；

所述CPU1的输入端还分别与所述光强传感器和所述温度传感器的输出端耦接；

所述CPU2的输入端还分别与所述光强传感器和所述温度传感器的输出端耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端还与所述电压采集模块的输出端耦接；所述电压采集模块的输入端分别与所述安全与模块的输出端和所述LED灯盘的输入端和输出端耦接；

所述恒流源模块的输出端还分别与所述CPU1和所述CPU2的输入端耦接，所述恒流源模块的输入端还与所述CPU1的输出端耦接。

其中，所述CPU供电模块用于为所述控制单元的电路提供电能；

所述CPU1和CPU2，用于采集主电路的电路数据，并产生对应的控制信号，从而完成信号灯所需要的控制逻辑，使所述信号灯点灯电路采用2取2的方式执行所述控制方法，做到安全控制。

所述电压采集模块用于采集安全与模块的输出电压以及每串LED灯盘的两端的电压，并将采集的电压信号输送至控制单元进行判定。

所述光强传感器用于检测LED灯盘的发光情况，并对应生成发光信号，传输至控制单元进行判定。

所述温度传感器用于检测信号灯的工作温度和环境温度，并生产温度信号，传输至控制单元进行判定。

其中，电压采集模块还用于采集PFC模块的输出电压，根据电压值的大小由控制电路判断是否开启安全与和恒流源输出。电压低于设定阈值则不开启安全与模块和恒流源模块输出。LED灯盘处于灭灯状态。

信号灯主要实现发光机构的控制与检测，根据输入电压的情况点亮信号灯灯光，如图1所示。信号灯点灯电路为二取二的安全控制模块，满足故障—安全原则，实现信号灯驱动控制、安全检测、向室内反馈不同状态的点灯电流波形；灯盘采用盘式结构，提高设备可用性；信号灯端不再额外设置阻性负载。

信号灯功耗在10W－15W之间，相比双灯丝白炽灯的功耗降低了约一半，能够实现红、黄、绿、蓝、月白五种灯光显示，点灯电路检测到LED灯盘故障数量超过报警门限值(30％)时发出报警信号，当LED灯盘故障超过灭灯门限值(50％)时信号灯发出断丝信号，切断点灯回路电流；点灯电路通过调制点灯回路电流频率和电流幅值向点灯控制电路反馈点灯状态(正常、报警、灭灯)。

参考图5所示，另外一方面，本发明提出了一种信号灯系统，包括所述信号灯、点灯控制电路和电源；

所述电源用于给所述信号灯系统提供电能；

所述电源、点灯控制电路和所述信号灯串联连接；且所述点灯控制电路接收所述信号灯的反馈信号，根据所述反馈信号控制所述信号灯的亮灯状态；

其中，所述信号灯的亮灯状态包括信号灯点亮和信号灯熄灭；

所述信号灯点亮对应的反馈信号为周期性的额定频率正弦电流波形和空置波形的组合，设为安全侧，所述安全侧的反馈信号包括正常信号和故障信号；所述额定频率设置为与所述点灯电路的过滤后的交流电频率一致的50Hz。

所述信号灯熄灭对应的反馈信号为除点亮信号之外的波形，设为危险侧。

室内外点灯状态安全传输主要实现了室外与室内通信的功能，当室外点灯出现异常时，通过安全传输告知室内，室内根据此状态闭合/断开对外提供的“灯丝继电器”接点条件；

参考图6所示，①为AC110V电压波形；②为信号灯正常点亮状态下，室内室外传输的电流波形，N1个50Hz正弦电流波形加M1个空置组成一个波形组代表信号灯正常点亮；③为信号灯报警状态下，室内室外传输的电流波形，N2个50Hz正弦电流波形加M2个空置组成一个波形组代表信号灯报警点亮；其他电流波形表示信号灯灭灯。

基于上述信号灯与室内通信设计，本发明的信号灯在点灯状态为②和③两种，因此电流无、电流全通(如①中电压的波形)和其他波形均可通过室内判定为异常状态。因此判断由②和③的波形，变成电流无、电流全通和其他波形为导向安全侧。判断由电流无、电流全通和其他波形变成②和③的波形为导向危险侧。

另外一方面，基于上述安全侧的定义，本发明提出了一种信号灯控制方法，参考图7所示，所述控制方法包括：

步骤1：电源为所述信号灯系统供电，并启动信号灯系统。

步骤2：控制单元对主电路的电路数据进行采集，包括交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号，并将所述交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号传输至控制单元。

步骤3：控制单元判断所述电流信号和电压信号是否满足预设条件。

步骤4：如果所述电流信号和电压信号满足预设条件，则导通点灯电路。

步骤5：控制单元的CPU1和CPU2均获取交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号，并进一步判断CPU1和CPU2的数据分析结果是否一致。

步骤6：如果CPU1和CPU2的数据分析结果一致，则对获取的电压信号和电流信号进行判断；

如果控制单元的CPU1和CPU2的数据分析结果不一致，则断开点灯电路，修复后将点灯电路由危险侧导向安全侧；

步骤7：预设电压信号和电流信号的工作范围，如果所述电压信号和电流信号满足所述工作范围，则所述主电路正常工作，并向点灯控制电路发送正常信号；

如果采集的电压和电流不满足所述工作范围，则断开点灯电路，修复后将点灯电路由危险侧导向安全侧。

步骤8：如果所述主电路正常工作，则返回步骤2，继续执行所述信号灯控制方法，直至主电路工作异常，则断开点灯电路，修复后将点灯电路由危险侧导向安全侧。

执行上述方法可以始终保持运行中的点灯电路对电路的工作状态进行监控，有效提高信号灯的安全性能。

其中，所述步骤1之后还包括：

步骤1－1－1：获取所述光强传感器实时采集的发光强度数据，并判断所述发光强度是否满足预设阈值；所述预设阈值为LED灯盘白天可视距离对应的光强范围。

步骤1－1－2：如果所述发光强度满足预设阈值，则导通点灯电路；

如果所述发光强度不满足所述预设阈值，则提高驱动LED灯盘的亮度参数，直至满足预设阈值要求，则导通点灯电路。

其中，所述步骤1之后还包括：

步骤1－2－1：获取所述温度传感器采集的实时温度数据，判断所述温度数据是否满足预设温度范围。

步骤1－2－2：如果所述温度数据满足预设温度范围，则导通点灯电路；

如果所述温度数据不满足预设温度范围，则断开点灯电路，修复后将点灯电路由危险侧导向安全侧。

其中，所述步骤3还包括如下步骤：

步骤3－1－1：如果所述电流信号和电压信号不满足预设条件，则断开点灯电路，修复后将点灯电路由危险侧导向安全侧。

其中，所述步骤5之后，所述方法还包括：

步骤5－1：进一步对LED灯盘的状态进行评估。

步骤5－2：如果所述LED灯盘的状态正常，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号或故障信号。

步骤5－3：如果所述LED灯盘的状态不正常，则断开点灯电路，修复后将点灯电路由危险侧导向安全侧。

其中，所述步骤5－1具体包括如下步骤：

步骤5－1－1：判断所述LED灯盘的电压是否正常。

步骤5－1－2：如果所述LED灯盘的电压不正常，则进一步判断所述LED灯盘损坏是否超过30％；

如果所述LED灯盘的电压正常，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号。

步骤5－1－3：如果所述LED灯盘损坏超过30％，则进一步判断所述LED灯盘损坏是否超过50％；

如果所述LED灯盘损坏不超过30％，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号。

步骤5－1－4：如果所述LED灯盘损坏超过50％，则断开点灯电路，修复后将点灯电路由危险侧导向安全侧；如果所述LED灯盘损坏不超过50％，则主电路工作正常，并向点灯控制电路发送故障信号。

其中，所述步骤6之后，所述方法还包括：

通过控制单元回采点灯电路向点灯控制电路发送的反馈信号是否正确；

如果所述反馈信号正确，则执行步骤7；

如果所述反馈信号不正确，则断开点灯电路，修复后将点灯电路由危险侧导向安全侧。

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 (16)

1.一种信号灯，所述信号灯包括点灯电路和发光机构，所述发光机构包括并联连接的多组LED灯盘，其特征在于，所述点灯电路包括：交流侧主电路、直流侧主电路和控制单元；

所述交流侧主电路的输入端接收电源的电能输入，所述交流侧主电路的输出端与所述直流侧主电路的输入端耦接，并向所述直流侧主电路中输入第一控制信号；

所述控制单元的输入端与所述交流侧主电路的输出端和直流侧主电路的输出端耦合；所述控制单元的输出端与所述交流侧主电路的输入端和直流侧主电路的输入端耦合；

其中，所述控制单元用于接收所述交流侧主电路的电流信号和所述直流侧主电路的电压信号，并向所述交流侧主电路和所述直流侧主电路分别反馈第二控制信号和第三控制信号；

所述直流侧主电路的输入端用于接收所述第一控制信号和第三控制信号，所述多组LED灯盘的输入端与所述直流侧主电路的输出端耦接，所述直流侧主电路根据所述第一控制信号和第三控制信号输出点灯信号，所述LED灯盘根据所述点灯信号进行点灯。

2.根据权利要求1所述的信号灯，其特征在于，所述交流侧主电路包括依次串联连接的变压器、防护滤波模块、电流采集模块、整流桥和发码开关模块；其中，

所述变压器的输入端与所述电源的输出端耦接；

所述发码开关模块的输出端耦接所述直流侧主电路。

3.根据权利要求2所述的信号灯，其特征在于，所述直流侧主电路包括：PFC模块、安全与模块和恒流源模块；其中，

所述PFC模块的输入端接收所述第一控制信号，所述第一控制信号包括低频电力载波信号，所述PFC模块的输出端与所述安全与模块的输入端耦接；

所述安全与模块的输出端与所述恒流源模块的输入端耦接；

所述恒流源模块的输出端与所述LED灯盘的输入端耦接；

所述PFC模块接地。

4.根据权利要求3所述的信号灯，其特征在于，所述控制单元包括：CPU供电模块、CPU1、CPU2、电压采集模块、光强传感器和温度传感器；其中，

所述CPU供电模块的输入端与所述PFC模块的输出端耦接，所述CPU供电模块的输出端与所述CPU1和所述CPU2耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端分别与所述电流采集模块的输出端耦接，所述CPU1和所述CPU2的输出端分别与所述发码开关模块的输入端耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端分别与所述安全与模块的输出端耦接，所述CPU1和所述CPU2的输出端分别与所述安全与模块的输入端耦接；

所述CPU1的输入端还分别与所述光强传感器和所述温度传感器的输出端耦接；

所述CPU2的输入端还分别与所述光强传感器和所述温度传感器的输出端耦接；

所述CPU1和所述CPU2的输入端还与所述电压采集模块的输出端耦接；所述电压采集模块的输入端与所述安全与模块的输出端耦接，所述电压采集模块的输入端还与所述LED灯盘的输入端和输出端耦接；

所述恒流源模块的输出端还分别与所述CPU1和所述CPU2的输入端耦接，所述恒流源模块的输入端还与所述CPU1的输出端耦接。

5.根据权利要求4所述的信号灯，其特征在于，所述光强传感器用于检测采集所述LED灯盘的发光强度，所述温度传感器用于采集所述LED灯盘的工作温度和环境温度。

6.根据权利要求4所述的信号灯，其特征在于，所述发码开关模块包括：常闭开关电路、第一隔离电路、时序控制电路、过零采集比较电路、第二隔离电路和安全供电电路；

所述常闭开关电路的输入端与所述整流桥的输出端耦合，常闭开关电路的输出端与所述PFC模块的输入端耦合；

所述时序控制电路的输入端分别与所述第一隔离电路的输出端、过零采集比较电路的输出端和安全供电电路的输出端耦合，所述时序控制电路的输出端与所述常闭开关电路的控制端耦合；

所述第一隔离电路的输入端与所述CPU1的输出端耦合；

所述安全供电电路的输入端与所述第二隔离电路的输出端耦合，所述第二隔离电路的输入端与所述CPU2的输出端耦合；

所述过零采集比较电路的输入端与所述交流侧主电路耦合。

7.根据权利要求4－6任一项所述的信号灯，其特征在于，所述安全与模块包括：变压器、开关、供电电路、第一隔离采集供电电路、第二隔离采集供电电路、第一隔离驱动电路、第二隔离驱动电路、第三隔离驱动电路、隔离控制电路和反馈隔离电路；

所述变压器的原边绕组与所述PFC模块的输出端耦接，副边绕组与所述恒流源模块耦接；

所述供电电路的输入端与所述PFC模块的输出端耦接，所述供电电路的输出端分别与所述隔离控制电路和所述第二隔离驱动电路的输入端耦接；

所述第二隔离驱动电路的输入端还与第一隔离驱动电路的输出端耦接，所述第二隔离驱动电路的输出端与开关的一侧耦接，所述开关的另一侧与所述变压器的原边绕组耦接，且所述开关接地；

所述第一隔离驱动电路的输入端分别与所述第一隔离采集供电电路和所述第三隔离驱动电路的输出端耦接；

所述第一隔离采集供电电路的输出端还与所述CPU1的输入端耦接，所述第一隔离采集供电电路的输入端与所述CPU1的输出端耦接；

所述第三隔离驱动电路的输入端分别与所述第二隔离采集供电电路和隔离控制电路的输出端耦接，

所述第二隔离采集供电电路的输出端还与所述CPU2的输入端耦接，所述第二隔离采集供电电路的输入端与所述CPU2的输出端耦接；

所述隔离控制电路的输入端还与所述反馈隔离电路的输出端耦接；

所述反馈隔离电路与所述变压器的副边绕组耦接。

8.一种信号灯系统，所述信号灯系统包括如权利要求1－7任一项所述信号灯，其特征在于，所述信号灯系统还包括点灯控制电路和电源；

所述电源用于给所述信号灯系统提供电能；

所述电源、点灯控制电路和所述信号灯串联连接；且所述点灯控制电路接收所述信号灯的反馈信号，并根据所述反馈信号控制所述信号灯的亮灯状态；

其中，所述信号灯的亮灯状态包括信号灯点亮和信号灯熄灭；

所述信号灯点亮对应的反馈信号为周期性的额定频率正弦电流波形和空置波形的组合，设为安全侧，所述安全侧的反馈信号包括正常信号和故障信号；

所述信号灯熄灭对应的反馈信号为除点亮信号之外的波形，设为危险侧。

9.一种信号灯控制方法，基于如权利要求8所述信号灯系统，执行所述信号灯点灯控制，其特征在于，所述控制方法包括：

电源为所述信号灯系统供电，并启动信号灯系统；

控制单元对主电路的电路数据进行采集，包括交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号，并将所述交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号传输至控制单元；

控制单元判断所述电流信号和电压信号是否满足预设条件；

如果所述电流信号和电压信号满足预设条件，则导通点灯电路；

控制单元的CPU1和CPU2均获取交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号，并进一步判断CPU1和CPU2的数据分析结果是否一致；

如果CPU1和CPU2的数据分析结果一致，则对获取的电压信号和电流信号进行判断；

预设电压信号和电流信号的工作范围，如果所述电压信号和电流信号满足所述工作范围，则所述主电路正常工作，并向点灯控制电路发送正常信号。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制单元的CPU1和CPU2均获取交流侧主电路的电流信号和直流侧主电路的电压信号，并进一步判断CPU1和CPU2的数据分析结果是否一致的步骤之后，所述方法还包括：

进一步对LED灯盘的状态进行评估；

如果所述LED灯盘的状态正常，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号或故障信号；

如果所述LED灯盘的状态不正常，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

11.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述的控制单元判断所述电流信号和电压信号是否满足预设条件的步骤之后还包括如下步骤：

如果所述电流信号和电压信号不满足预设条件，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述的电源为所述信号灯系统供电，并启动信号灯系统的步骤之后还包括如下步骤：

获取光强传感器实时采集的发光强度数据，并判断发光强度是否满足预设阈值；所述预设阈值为LED灯盘白天可视距离对应的光强范围；

如果所述发光强度满足预设阈值，则导通点灯电路；

如果所述发光强度不满足所述预设阈值，则提高驱动LED灯盘的亮度参数，直至满足预设阈值要求，则导通点灯电路。

13.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述的电源为所述信号灯系统供电，并启动信号灯系统的步骤之后还包括如下步骤：

获取温度传感器采集的实时温度数据，判断温度数据是否满足预设温度范围；

如果所述温度数据满足预设温度范围，则导通点灯电路；

如果所述温度数据不满足预设温度范围，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

14.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

如果控制单元的CPU1和CPU2的数据分析结果不一致，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

15.根据权利要求9－14任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

如果采集的电压信号和电流信号不满足所述工作范围，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧。

16.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述对LED灯盘的状态进行评估具体包括如下步骤：

判断所述LED灯盘的电压是否正常；

如果所述LED灯盘的电压不正常，则进一步判断所述LED灯盘损坏是否超过30％；

如果所述LED灯盘损坏超过30％，则进一步判断所述LED灯盘损坏是否超过50％；

如果所述LED灯盘损坏超过50％，则断开点灯电路，点灯电路向点灯控制电路发送灭灯状态信号，电路导向安全侧；如果所述LED灯盘损坏不超过50％，则主电路工作正常，并向点灯控制电路发送故障信号；

其中，所述判断所述LED灯盘的电压是否正常的步骤之后，所述方法还包括：

如果所述LED灯盘的电压正常，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号；

其中，所述判断所述LED灯盘损坏是否超过30％的步骤之后，所述方法还包括：

如果所述LED灯盘损坏不超过30％，则所述主电路工作正常，并向点灯控制电路发送正常信号。

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