CN117518020B - 一种交通信号灯故障检测系统及交通信号装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于交通信号装置技术领域，提供了一种交通信号灯故障检测系统及交通信号装置，包括：电源模块，其通过在信号灯管理终端上并联的方式与交通信号机连接；信号灯管理终端通过无线传输信号接收电源模块采集的电源输入信号，将其与自身采集的电源输入信号比较以确定信号线的工作状态；信号灯管理终端通过无线传输信号接收电源模块发送的交通信号灯光源输出状态，以确定交通信号灯的工作状态。本发明的优点在于故障检测系统中，既对信号线的短路或断路状态进行检测，又同时对信号灯的工作状态进行检测，不仅极大的提升了信号灯故障检测的全面性、准确性、可靠性和及时性，还避免了红、绿信号灯同亮带来的重大交通安全隐患。

Description

一种交通信号灯故障检测系统及交通信号装置

技术领域

本发明涉及交通信号装置技术领域，尤其涉及一种交通信号灯故障检测系统及交通信号装置。

背景技术

交通信号灯有红、黄、绿灯三种颜色，通常三种颜色的信号灯为一组，用于指示交通的通行状态。每种颜色的信号灯单独供电，不同颜色信号灯的亮灭主要通过信号机输出的电源进行控制，当信号机输出红灯电源时，红灯点亮，其它以此类推。目前的技术方案主要有三种，一种方式是在信号机的信号的信号输出端增加电流检测功能，如果电流值在一定范围内，则判定信号灯正常，否则判定信号灯异常；第二种方式是在信号灯端增加电流检测功能，如果电流值在一定范围内，则判定信号灯正常，否则判定信号灯异常；第三种方式是通过视频进行检测，通过摄像机实时监控信号灯状态，通过后台视频智能检测模块，提取信号灯状态，识别信号灯工作状态。

现有技术的客观缺点：第一种方式，该方式主要通过在信号机内部内置电流检测单元的方式，通过对红、黄、绿三个输出信号端的电流进行检测，判断电流值是否在设定范围内，进而判断信号灯是否处于工作状态，该方式可以判断的故障种类有限，准确度较低，如当信号线断路时，信号机检测不到电流，会误判为信号灯故障，无法识别出线路问题；当输出信号线短路时，也无法进行精准判断。第二种方式，该方式主要通过在信号灯端增加电流检测功能，如果电流值在一定范围内，则判定信号灯正常，否则判定信号灯异常，该方式也存在可以判断的故障种类有限等问题，如无法判断信号线短路、断路等问题，且无法对于信号机输出异常问题进行规避处理，如当信号机出现异常，导致红绿灯信号同时输出，或由于鼠害导致红绿灯信号线短路进而出现红绿灯同亮时，该方案无法规避处理，导致红绿灯同时，容易造成交通事故发生，带来极大安全危害。第三种方案，该方案通过视频方式进行检测，存在受雨雪雾等环境影响较大，准确率低，判断类型少，成本高等缺点，且以上方案均无法第一时间进行告警。

发明内容

本发明要解决的技术问题目的在于提供一种交通信号灯故障检测系统及交通信号装置，用以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种交通信号灯故障检测系统，包括：

交通信号机，其被配置为根据预设指令向交通信号灯发送输入信号而控制多个交通信号灯的工作状态；

电源模块，其两端分别电连接于所述交通信号机与所述交通信号灯；

信号灯管理终端，其与交通信号机电连接并且与电源模块并联；所述信号灯管理终端接收电源模块采集的电源输入信号，将其与自身采集的电源输入信号比较以确定信号线的工作状态；信号灯管理终端接收电源模块发送的交通信号灯光源输出状态，以确定交通信号灯的工作状态。

进一步的，信号灯管理终端与所述电源模块以无线方式通信，并定时进行数据通信以确定所述电源模块对应的交通信号灯的工作状态。

进一步的，电源模块包括：

第一MCU模块，其用于开启或关闭交通信号灯的输入电源，以实现交通信号灯的切换；

恒流源及故障检测电路，其根据所述第一MCU模块的控制信号为交通信号灯提供输入电源，并向所述第一MCU模块发送所述交通信号灯收到的输出信号。

进一步的，恒流源及故障检测电路包括第一电感，其一端连接于驱动芯片，其另一端与交通信号灯连接；在所述第一电感上设置有辅助绕组，所述辅助绕组电连接于所述第一MCU模块，从而使所述第一MCU模块采集所述交通信号灯光源的输出信号。

进一步的，信号灯管理终端包括：

第二MCU模块，其与所述第一MCU模块通信，根据所述第一MCU模块发送的交通信号灯输出信号确定所述交通信号灯的工作状态。

进一步的，信号灯管理终端与所述电源模块中均设置有隔离信号检测电路，所述第一MCU模块和所述第二MCU模块分别与隔离信号检测电路连接，以获得由所述交通信号机向所述信号灯管理终端和所述信号灯管理终端向所述电源模块发送的电源输入信号；所述第二MCU模块被配置为接收第一MCU模块发送的电源输入信号，并与自身接收的电源输入信号比较而确定信号线的工作状态。

进一步的，在所述第一MCU模块或所述第二MCU模块所采集的电源输入信号存在多路信号时确定信号线为短路状态；在第一MCU模块采集的电源输入信号与第二MCU模块采集的电源输入信号不一致时确定信号线为断路状态。

进一步的，当确定电源输入信号存在多路信号时，所述第一MCU模块被配置为将关闭电源模块对其连接的交通信号灯输出或输出控制信号使得与其连接的交通信号灯亮黄灯。

进一步的，信号灯管理终端包括网络接口模块，其与所述第二MCU模块连接，以将确定的交通信号灯故障信息实时上传至运维中心平台。

本发明还提供了一种交通信号装置，包括上述的交通信号灯故障检测系统以及与其电连接的至少一个交通信号灯。

本发明与现有技术相比，至少包含以下有益效果：

（1）增加了信号灯管理终端，将信号机输出的红、黄、绿信号先连接至信号灯管理终端，再同时将红、黄、绿信号从信号灯管理终端并联至交通信号灯，以此判断信号线是否存在短路或断路状态；

（2）在交通信号灯内部电源及控制单元进行特殊设计，并结合信号灯各信号的输出规范进行逻辑判断，以此分析信号灯的工作状态是否异常；

（3）将驱动信号灯的恒流源和故障检测电路集成一体，通过在恒流源的降压电感上加入一组辅助绕组，通过检测辅助绕组的感应电压可以推算出此刻光源两端的电压，从而实现对信号灯的工作状态检测，并且无需运放，使得检测电路简单，成本低且可靠性高；

（4）在故障检测系统中，既对信号线的短路或断路状态进行检测，又同时对信号灯的工作状态进行检测，极大的提升了信号灯故障检测的全面性、准确性、可靠性和及时性。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的故障检测系统框架示意图；

图2是本发明实施例所提供的信号灯管理终端组成示意图；

图3是本发明实施例所提供的隔离信号检测电路的电路图；

图4是本发明实施例所提供的整流及防浪涌电路的电路图；

图5是本发明实施例所提供的电源模块组成示意图；

图6是本发明实施例所提供的电路图恒流源及故障检测电路的电路图。

具体实施方式

需要说明，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

在本实施中，提供了一种交通信号灯装置，其包括交通信号灯故障检测系统及至少一个交通信号灯。如图1所示，本实施例所提供的交通信号灯故障检测系统，其包括交通信号机、电源模块及信号灯管理终端。

交通信号机能够根据预设指令向交通信号灯发送输入信号而控制多个交通信号灯的工作状态。电源模块两端分别电连接于信号灯管理终端与交通信号灯，信号灯管理终端与交通信号机电连接，电源模块通过在信号灯管理终端上并联的方式与交通信号机连接；信号灯管理终端通过无线通信的方式接收电源模块采集的电源输入信号，将其与自身采集的电源输入信号比较以确定信号线的工作状态。信号灯管理终端通过无线通信的方式接收电源模块发送的交通信号灯输出状态，以确定交通信号灯的工作状态。

本发明在原有信号灯装置中增加了信号灯管理终端，该信号灯管理终端体积较小，可安装在信号机机柜内或信号机机柜边，一个信号灯管理终端设备可以同时连接不少于24台信号灯设备，从而满足复杂路口多信号灯的检测要求，最大程度降低用户使用成本。通过信号灯管理终端能够同时判断信号线和信号灯的工作状态，以确定具体故障的类型，极大的提升了信号灯故障检测的全面性，使运维工作从被动变为主动，提升了运维效率。

如图2所示，信号灯管理终端包括整流及防浪涌电路，隔离信号检测电路，第二MCU模块及第一无线模块。整流及防浪涌电路其输入端与交通信号机连接，其输出端与隔离信号检测电路的输入端连接，隔离信号检测电路的输出端与第二MCU模块连接。

如图3所示，在整流及防浪涌电路中，接口P5连接于交通信号机，对交通信号机输出的AC220V交流信号通过整流桥（D12、D15、D18）进行整流，且加入了压敏电阻器（RV1-RV3）及安规电容（CX1-CX3），使整个系统具备一定的防雷击浪涌能力，提升了系统的稳定可靠性，极大的降低了系统的雷击故障率。

如图4所示，在隔离信号检测电路中，其输入端（L_G、L_R、L_Y）来自整流及防浪涌电路中的接口（L_G、L_R、L_Y），将交通信号机的输出信号在经过电阻降压后，再通过光耦（U9-U11）使交通信号机的输出信号隔离，由此第二MCU模块就能够对交通信号机的输出信号进行检测并且判断出交通信号机与交通信号灯之间的信号线是否存在短路或短断路状态。

在信号灯管理终端中还包括包括内置RJ45以太网接口和4G/5G的网络接口模块，可通过该网络接口模块将故障数据实时上传至指挥中心平台，在指挥平台进行显示或报警，也可通过4G/5G模块将故障信息通过短信的方式发送至相关运维人员，以使信号灯装置第一时间得到维护。

如图5所示，电源模块包括与信号灯管理终端中相同电路和功能的整流及防浪涌电路和隔离信号检测电路、恒流源及故障检测电路、隔离稳压电路、第一MCU模块以及第二无线模块。

其中，第一无线模块和第二无线模块能够进行定时通信，一方面能够对信号灯是否在线进行判断，如果信号灯管理终端发送查询命令，而信号灯没有回复，则判断信号灯不在线，即表明整个信号灯线路存在故障。

另一方面，其能够将第一MCU模块的采集得到的交通信号机输出信号发送至第二MCU模块，使得第二MCU模块能够将两个MCU模块得到的输出信号进行比较，从而确定某一信号灯中哪种信号对应的信号线存在短路或断路状态。

并且在电源模块中的第一MCU模块，其采用大电容供电设计，保证在断电时可以工作6S以上，使得其自身接收到的交通信号机输出信号及对应的状态可以通过无线传输信号发送至信号灯管理终端中的第二MCU模块。

在信号线短路状态判断时，若第二MCU模块所采集的电源输入信号存在多路信号，而第一MCU模块所采集的电源输入信号为一路时确定对应信号线为短路状态。

在信号线断路状态判断时，由于信号灯在工作时，红、黄、绿三种类型信号的点亮时间间隔一般不超过1秒，因此，可以判定红、黄、绿三种类型的信号在2秒内均不存在时为断电状态。如果第一MCU模块采集的电源输入信号与第二MCU模块采集的电源输入信号不一致时确定对应的信号线为断路状态，以方案维护人员进行维修排查。

如图6所示，恒流源及故障检测电路用于分别给红、黄、绿三个LED信号灯光源供电。其中包括第一电感L1，其一端连接于驱动芯片U1，其另一端与交通信号灯连接。在第一电感上设置有辅助绕组，辅助绕组电连接于第一MCU模块，从而使第一MCU模块采集交通信号灯光源的输出信号。

本发明将驱动交通信号灯的恒流源中集成了故障检测电路，以检测信号灯灯源的故障，其通过在恒流源的降压电感上加入一组辅助绕组，辅助绕组通过S_R接口连接于第一MCU模块。通过检测辅助绕组的感应电压可以推算出此刻光源两端的电压，结合调光信号可以推算出此刻通过光源的电流大小，若有部分光源短路，则光源两端的电压会变小，与正常电压的大小对比可以计算出具体有几颗光源短路；若有光源开路，则无电流通过电感，感应电压为0。此检测电路无需运放，还可以检测出具体的光源故障类型，电路简单，成本低，可靠性高。

此外，驱动芯片U1所引出的P_R接口还与第一MCU模块连接，使得第一MCU模块能够发出控制及调光信号控制交通信号灯光源的输入状态和亮度。在检测到多灯同亮时，就能够通过第一MCU模块控制输出端自适应调整为不点亮任何灯或亮黄灯并使其处于闪烁状态，从而避免安全隐患。

本发明能够对交通信号灯装置进行多状态、多类型故障检测并实时告警，极大的提升了信号灯故障检测的全面性、准确性、可靠性和及时性，使运维工作从被动变为主动，为用户的维护提供了重要的检测手段，极大的提升了运维效率，保障了装置的长期稳定可靠运行，节约了维护排查成本，提升了群众的满意度，同时也为人们的安全、畅通出行提供了保障。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种交通信号灯故障检测系统，其特征在于，包括：

交通信号机，其被配置为根据预设指令向交通信号灯发送输入信号而控制多个交通信号灯的工作状态；

电源模块，其两端分别电连接于所述交通信号机与所述交通信号灯；

信号灯管理终端，其与所述交通信号机电连接并且与所述电源模块并联；所述信号灯管理终端接收所述电源模块采集的电源输入信号，将其与自身采集的电源输入信号比较以确定信号线的工作状态；所述信号灯管理终端接收所述电源模块发送的交通信号灯光源输出状态，以确定所述交通信号灯的工作状态；

所述电源模块包括：第一MCU模块，其用于开启或关闭交通信号灯的输入电源，以实现交通信号灯的切换；恒流源及故障检测电路，其根据所述第一MCU模块的控制信号为交通信号灯提供输入电源，并向所述第一MCU模块发送所述交通信号灯收到的输出信号；

所述信号灯管理终端包括：第二MCU模块，其与所述第一MCU模块通信，根据所述第一MCU模块发送的交通信号灯输出信号确定所述交通信号灯的工作状态；

所述恒流源及故障检测电路包括第一电感，其一端连接于驱动芯片，其另一端与交通信号灯连接；在所述第一电感上设置有辅助绕组，所述辅助绕组电连接于所述第一MCU模块，从而使所述第一MCU模块采集所述交通信号灯光源的输出信号。

2.根据权利要求1所述的一种交通信号灯故障检测系统，其特征在于，所述信号灯管理终端与所述电源模块以无线方式通信，并定时进行数据通信以确定所述电源模块对应的交通信号灯的工作状态。

3.根据权利要求1所述的一种交通信号灯故障检测系统，其特征在于，所述信号灯管理终端与所述电源模块中均设置有隔离信号检测电路，所述第一MCU模块和所述第二MCU模块分别与隔离信号检测电路连接，以获得由所述交通信号机向所述信号灯管理终端和所述电源模块发送的电源输入信号；所述第二MCU模块被配置为接收第一MCU模块发送的电源输入信号，并与自身接收的电源输入信号比较而确定信号线的工作状态。

4.根据权利要求3所述的一种交通信号灯故障检测系统，其特征在于，在所述第一MCU模块或所述第二MCU模块所采集的电源输入信号存在多路信号时确定信号线为短路状态；在第一MCU模块采集的电源输入信号与第二MCU模块采集的电源输入信号不一致时确定信号线为断路状态。

5.根据权利要求4所述的一种交通信号灯故障检测系统，其特征在于，当确定电源输入信号存在多路信号时，所述第一MCU模块被配置为将关闭电源模块对其连接的交通信号灯输出或输出控制信号使得与其连接的交通信号灯亮黄灯。

6.根据权利要求3所述的一种交通信号灯故障检测系统，其特征在于，所述信号灯管理终端包括网络接口模块，其与所述第二MCU模块连接，以将确定的交通信号灯故障信息实时上传至运维中心平台。

7.一种交通信号装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的交通信号灯故障检测系统以及与其电连接的至少一个交通信号灯。