CN206446605U - 一种基于电流环通信的点式led智能点灯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，包括室内设备和室外设备；所述的室内设备包括电源、保险、灯丝继电器、监测主机；所述的室外设备包括LED灯头、点灯单元、信号机构，LED灯头与点灯单元固定在信号机构内部，点灯单元驱动LED灯头；室内设备与室外设备之间设有电源回路和信息回路，分别通过电源电缆和通信电缆相连；所述的电源回路指电源通过保险、灯丝继电器以及电源电缆与室外设备中的点灯单元相连；所述的信息回路指监测主机通过通信电缆与点灯单元进行信息传递。本实用新型通过电流环传输报警信号，增强抗干扰能力。通过差时设计实现定位以及多台点灯单元同时故障报警。本实用新型节省了安装空间、缩小了自身的体积，方便现场的施工、改造。

Description

一种基于电流环通信的点式LED智能点灯装置

技术领域

本实用新型属于铁路信号技术领域，涉及一种基于电流环通信的点式LED智能点灯装置。

背景技术

点灯系统是铁路信号中最常用的地面信号，它主要由灯头、点灯单元、信号机构、灯丝继电器、监测主机组成。目前现有点灯系统存在以下问题：点灯系统的通信传输一般利用继电器接点通过报警线传输信息的方式实现监测报警功能，这种方式的脉冲波形容易畸变，抗干扰能力差；机械室的器材一般放置在带组合条的综合器材柜上，而目前的监测主机均放置在综合托加上，一层托架相当于占用两层组合条位置，这种放置方式为新建线机械室器材排布带来不便，增加投资成本，尤其是在既有线改建上，当机械室未留有托架组合或托架组合放置不便时，根本没办法安装监测主机，这为现场施工，以及器材推广，带来极大不便；监测主机与点灯单元地址匹配设置需预留下载接口，并配备下载器，一般下载器均为不常用的小件器件，但现场环境复杂、人员繁多，为现场的实际操作和配件的保存带来不便，尤其在处理故障时，很难快速、及时的找到下载器，耽误查询故障时间；监测系统未考虑两个以上现场点灯单元同时故障的处理，不能准确的定位出故障灯的具体位置，不能实现多台点灯单元同时故障报警。因此，根据点灯系统现有设备的现状，必须研究开发适应新形势的点灯系统，以解决原有的缺陷。

发明内容

本实用新型解决的问题在于提供一种基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，解决了点灯系统目前存在的问题，为点灯系统在现场的施工提供方便，增强了点灯系统在现场应用的实用性，方便性、安全性和可靠性。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，包括室内设备和室外设备；所述的室内设备包括电源、保险、灯丝继电器、监测主机；所述的室外设备包括LED灯头、点灯单元、信号机构，LED灯头与点灯单元固定在信号机构内部，点灯单元驱动LED灯头；室内设备与室外设备之间设有电源回路和信息回路，分别通过电源电缆和通信电缆相连；所述的电源回路指电源通过保险、灯丝继电器以及电源电缆与室外设备中的点灯单元相连；所述的信息回路指监测主机通过通信电缆与点灯单元进行信息传递。

所述的监测主机与点灯单元采用电流环通信方式：当点灯单元有电流报警信号产生时，电流报警信号经点灯单元电流环电路、通信电缆、监测主机电流环电路，变换并传输至监测主机单片机处理、显示；当监测主机电流环电路有回执电流信号产生时，监测主机回执电流信号经过通信电缆、点灯单元电流环电路，变换并传输至点灯单元单片机，终止点灯单元电流报警信号的发送。

当电流环回路无电流信号传输时，监测主机电流环电路处于等待接收状态，点灯单元电流环电路处于待机状态；当点灯单元产生电流报警信号时，点灯单元转换至发送状态，每发送完一次电流报警信号，点灯单元就进入等待接收状态，监测主机暂时处于等待接收状态；当监测主机识别出点灯单元发送的电流报警信号时，把电流报警信号信息转换成监测主机可识别信号，同时监测主机转换至发送状态并发送回执电流信号，监测主机每发送完一次回执电流信号，监测主机就进入等待接收状态；当点灯单元识别出回执电流信号后，点灯单元进入待机状态。

所述的监测主机的电流环电路包括监测主机电源电路、监测主机防雷电路、监测主机发送电路、监测主机接收电路和监测主机波形校准电路；监测主机发送电路包括监测主机发送隔离电路和监测主机发送控制电路；监测主机接收电路包括监测主机接收隔离电路和监测主机接收控制电路；点灯单元电流环电路包括点灯单元防雷电路、点灯单元发送电路、点灯单元接收电路和点灯单元波形校准电路；点灯单元发送电路包括点灯单元发送隔离电路和点灯单元发送控制电路；点灯单元接收电路包括点灯单元接收隔离电路和点灯单元接收控制电路。

通信协议通过差时设计实现多台点灯单元同时定位故障报警。当点灯单元发生主副光源切换后，点灯单元通信电路板上电工作，点灯单元通信电路板的单片机首先读取点灯单元分机编码，通过点灯单元分机编码获得一个随机数作为延时时间；然后点灯单元通信板单片机的定时器从0开始以这个随机数为溢出值开始延时，延时完成后，发送报警信息，并把定时器清0，开始等待接收监测主机回执信号；当收到回执信号后，则结束此次发送；若没有收到回执信号，则定时器清零重新从“通过分机编码获得一个随机数作为延时时间”处开始判断，重复执行程序。没有报警信号时监测主机处于等待接收信号的状态；当监测主机受到报警信号时先识别是否为有效信号，若不是则继续等待接收，若是有效信号则在显示屏上显示报警信息并发送回执电流信号；发送完回执电流信号后继续等待接收报警信号，若是收到相同的报警信号则跳过显示的环节直接发送回执信号，若是收到不同的报警信号则显示并发送回执信号；监测主机重复执行识别、显示、发送的过程。这样做的好处是给每个点灯单元分机分配不同的发送起始时间，避免多台点灯单元分机向监测主机同时发送信息造成电流环无法正常通信。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

1)重新设计监测的通信报警方式，通过电流环传输报警信号，增强抗干扰能力。

2)通过差时设计实现定位以及多台点灯单元同时故障报警。

3)监测可放置在组合条上的点灯系统，将监测主机由放置在综合托加上更改为放在组合条上，占用两个安全继电器位置；这样监测主机采用继电器安装方式，节省了安装空间、缩小了自身的体积，方便现场的施工、改造。

4)监测主机更改为触摸屏显示，不需另配下载器，方便现场操作、保管。

5)点灯单元结构采用铜立柱叠加电路板的设计方式，缩小点灯单元体积，提高了空间利用率。

6)点灯单元报警电路采用副丝供电电源，真正做到主控电路与报警电路的隔离，使报警电路故障时不影响主控电路的正常工作。

7)采用电容假负载方式，使假负载发热量减少，提高产品使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的整体示意图；

图2为监测主机整机原理框图；

图3为监测主机电源板原理框图；

图4为监测主机主控板原理框图；

图5为监测主机通信板原理框图；

图6为监测主机防雷板原理框图；

图7为点灯单元整机原理框图；

图8为点灯单元电源电路原理框图；

图9为点灯单元主控电路原理框图；

图10为监测主机电流环电路示意图；

图11为点灯单元电流环电路示意图；

图12为监测主机电流环流程图；

图13为点灯单元电流环流程图；

图14为监测主机机加结构图；

图15为点灯单元机加结构图。

具体实施方式

下面结合具体的实施案例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型解决的问题在于提供一种通过硬件电流传输通信方式以及控制流程设计提高通信抗干扰能力的通信电路设计；将监测主机由放置在综合托加上更改为放在组合条上，占用两个安全继电器位置；更改软硬件设计，增加触摸设置功能，不另配下载器；主要通过差时设计实现定位以及多台点灯单元同时故障报警。

参见图1，一种应用电流环通信的点式LED智能点灯系统，包括室内设备和室外设备；所述的室内设备有两条传输回路，第一条传输回路是AC交流220V电源通过保险8、灯丝继电器6以电源电缆4为载体将电源传输至室外设备；所述的室内设备的另一条传输回路是通信信息以通信电缆5为载体将信号传输至监测主机7；所述的室外设备有两条传输回路，第一条传输回路是AC交流220V电源以电源电缆4为载体将电源传输至点灯单元3；所述的室外设备的另一条传输回路是通信信息以通信电缆5为载体将信号传输至点灯单元3；

参见图2，所述的监测主机主要包括电源、单片机、显示屏和电流环电路；电源向单片机、显示屏和电流环电路提供电力支持。

参见图3，所述的监测主机电源板上设置有变压隔离电路、24V输出电源、双路稳压隔离输出、继电器报警电源、通信电源、5V输出电源、接插件转接模块；变压隔离电路经24V输出电源与接插件转接模块连接；双路稳压隔离输出分别连接继电器报警电源和5V输出电，继电器报警电源经通信电源与接插件转接模块连接。

参见图4，所述监测主机主控板上设置有STM32F核心，以及分别与其相连接的接插件转接模块、485接口、CAN接口、声音报警单元、时钟电路、3.3V输出电源、LCD显示接口；485接口、CAN接口还分别与接插件转接模块相连接。

参见图5，所述监测主机通信板上设置有监测主机第一电流环电路、监测主机第二电流环电路、监测主机第三电流环电路、监测主机第四电流环电路、继电器报警电路、接插件转接模块；

参见图6，所述监测主机防雷板上设置有第一监测电路纵横向防雷电路、第二监测电路纵横向防雷电路、第三监测电路纵横向防雷电路、第四监测电路纵横向防雷电路、电源输入纵横向防雷电路。

参见图7，所述的点灯单元3包括电源管理模块、主控单片机、主控点灯检测模块、相连模块、通讯报警单片机、通讯报警模块；通讯报警单片机通过通信报警模块进行信号的收发，主控单片机与电源管理模块、相连模块、主控点灯检测模块相连。主控点灯检测模块包括主灯电压检测、副灯电压检测、主灯电源检测、副灯电源检测、低压启动检测和光检测。

参见图8，电源管理模块上设置有点灯变压器、第一整流滤波、第二整流滤波、灯丝转换继电器切换接点、LM2576稳压、LM7805稳压、共模电感滤波、通信板电源、脉冲变压器电源、主控单片机电源、灯头供电电源。采用电容假负载方式，使假负载发热量减少，提高产品使用寿命。

参见图9，主控点灯检测模块将检测信号发送给主控单片机，主控单片机分析处理检测信号并分别控制相并联的第一光电隔离、第二光电隔离和第三光电隔离；第一光电隔离与MOS场效应管动作电路相连；第二光电隔离依次相连脉冲变压器、整流滤波电路和假负载继电器动作电路；第三光电隔离与灯丝转换继电器动作电路相连；电源模块依次通过MOS场效应管动作电路、假负载继电器动作电路、灯丝转换继电器与主灯恒流源驱动电路或者副灯恒流源驱动电路；主灯恒流源驱动电路驱动主灯LED负载，副灯恒流源驱动电路驱动副灯LED负载；点灯单元报警电路采用副丝供电电源，真正做到主控电路与报警电路的隔离，使报警电路故障时不影响主控电路的正常工作；

下面对本实用新型进一步的说明。

关于监测主机

a)监测主机不放在托盘上，通过继电器座安装在组合条上。

机械室的器材一般放置在带组合条的综合器材柜上，而目前的监测主机均放置在综合托架上，一层托架占用两层组合条位置，这种放置方式为机械室器材排布带来不便，尤其是综合器材柜上未留有托架或托架设置不便时，根本没办法安装监测主机，这为现场施工，以及器材推广，带来极大不便。

将监测主机设计为继电器式安装方式，不仅解决了器材排布不便的问题，而且不需要对原有的器材柜进行更改就可以将监测主机插接在继电器座上，方便现场施工以及器材推广。

监测主机内部机加结构为3块平行安装的印制电路板与一块垂直安装的印制电路板以接插件和铜锣柱支撑方式硬性相连，此种安装方式，使4块印制电路板自成一整体，结构稳定可靠，极大限度的节省了安装空间，使监测主机占用2个安全继电器空间，这使得监测主机通过继电器座安装在组合条上的设计方式得以实现。

b)增加触摸液晶屏。

监测主机增加了触摸液晶屏，这样设计不仅取消了按键节省了内部空间，而且直接可以操作配置点灯单元地址，去掉了下载器，解决了在处理故障时很难快速、及时找到下载器，耽误查询故障时间的问题。

c)定位报警功能的实现。

每台点灯单元可以设置自身的物理地址(通过拨码开关)，监测主机又可以对点灯单元的地址进行编码，即实现了对点灯单元的定位。当点灯单元发生故障报警时，监测主机就可以准确的显示故障发生在哪里，方便维修人员及时处理故障。

d)多台同时报警。

当有多台点灯单元同时出现故障报警时，监测主机可以根据自身的通信协议对发来的报警信号逐一快速应答，实现了多台点灯单元同时报警的功能。

e)电流环通信。

监测主机与点灯单元之间的通信采用电流环方式。电流环通信具有良好的抗干扰能力，有效的防止了误报错报的情况。电流环主要包括通信电源、接收电路、发送电路3部分。

通信电源部分用来给电流环提供通信所需的能量；接收电路用于接收电流环上的电流信号，并将其转换为单片机能够识别的TTL电压信号；发送电路用于将单片机串口发送出的信号转换为电流环上电流信号。

关于点灯单元

a)结构。

由于点灯单元的体积受机构腔室空间限制，所以点灯单元的结构设计采用铜立柱叠加电路板的方式设计，这样就缩小了点灯单元的体积，提高了空间的利用率。

b)副丝供电。

当点灯单元主丝故障时，将点灯电源切换至副丝，同时通信板开始供电并发出报警讯息，使得报警与故障实现了时间上的同步。

c)电容假负载。

点灯单元工作时电流较小，故增加电容假负载提高点灯单元工作电流。采用电容作为假负载而不采用阻性负载是因为电容的发热量较小，使用寿命较长。

下面对电流环电路进一步说明。

参见图10、图11，监测主机的电流环电路包括监测主机电源电路、监测主机防雷电路、监测主机发送电路、监测主机接收电路和监测主机波形校准电路；监测主机发送电路包括监测主机发送隔离电路和监测主机发送控制电路；监测主机接收电路包括监测主机接收隔离电路和监测主机接收控制电路；

点灯单元电流环电路包括点灯单元防雷电路、点灯单元发送电路、点灯单元接收电路和点灯单元波形校准电路；点灯单元发送电路包括点灯单元发送隔离电路和点灯单元发送控制电路；点灯单元接收电路包括点灯单元接收隔离电路和点灯单元接收控制电路。

电流环通信过程中，传输两种电流信号，一种为电流报警信号，一种为回执电流信号。电流报警信号为点灯单元发送的一种报警方波信号，当点灯单元故障报警时，由点灯单元电流环发送电路发送电流报警信号方波脉冲；回执电流信号为监测主机发送的一种回执方波信号，当监测主机接收到电流报警信号时，由监测主机电流环发送电路发送回执电流信号方波脉冲。

监测主机和点灯单元可处于四种状态，发送状态、接收状态、等待接收状态、待机状态。发送状态即监测主机电流环电路或点灯单元电流环电路处于发送方波脉冲状态；接收状态即监测主机电流环电路或点灯单元电流环电路处于接收方波脉冲的状态；等待接收状态即监测主机电流环电路或点灯单元电流环电路处于等待接收方波脉冲的状态；待机状态是指点灯单元未上电不工作或者报警后不工作的状态。

具体的，监测主机电源电路包括正极与输入电源VSS相连接的二极管D1，二极管D1的负极、电容C1的一端、电容C3的一端、二极管D2的负极与监测主机电源电路U1-Ⅰ端口相连，监测主机电源电路U1-Ⅱ端口、二极管D2的正极、电阻R1的一端与电容C2的一端相连，电阻R1的另一端、电容C2的另一端、监测主机电源电路U1-Ⅲ端口、电阻R2的一端、电容C1的另一端与监测主机防雷电路的F1端口相连，电容C3的另一端与电阻R2的另一端相连；

监测主机防雷电路包括相并联的电阻F1端口和电阻F2端口，F1端口的一端与监测主机电源电路U1-Ⅲ端口相连，F1端口的另一端与电感L1-1端口相连，电感L1-2端口与第一电流环回路相连，电感L1-4端口与第二电流环回路相连，F2端口的一端与监测主机发送隔离电路的D3-1相连，F2端口的另一端与电感L1-3端口相连；

监测主机发送电路包括监测主机发送隔离电路和监测主机发送控制电路；监测主机发送隔离电路包括串接构成的二极管组D3，其中二极管D3-1与监测主机防雷电路F2端口的一端相连，二极管D3-2与GND1相连，监测主二极管D3-3与负载电阻R3的一端相连，负载电阻R3的另一端、监测主机发送隔离电路U4-4端口与监测主机发送隔离电路U3-4端口相连，监测主机发送隔离电路U4-3端口、监测主机发送隔离电路U3-3端口与二极管D3-4相连；

监测主机发送控制电路包括与电阻R7的一端相连的发送电路控制信号TXD1，放大器Q1的基极、二极管D4的正极、电阻R6的一端与电阻R7的另一端相连，放大器Q1的集电极、二极管D4的负极与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端、电容C6的一端与监测主机主控电源VCC相连，电容C6的另一端与监测主机主控电源的GND相连，放大器Q1的发射极、电阻R5的一端、监测主机发送控制电路U4-1端口与监测主机发送控制电路U3-1端口相连，电阻R6的另一端、电阻R5的另一端、监测主机发送控制电路U4-2端口、监测主机发送控制电路U3-2端口与监测主机主控电源的GND相连；

监测主机接收隔离电路包括与负载电阻R3的一端相连的监测主机接收隔离电路U2-1端口，监测主机接收隔离电路U2-2端口与负载电阻R3的另一端相连；

监测主机接收电路：监测主机接收控制电路U2-4端口、电容C4的一端与监测主机主控电源VCC相连，电容C4的另一端与监测主机主控电源GND 相连，监测主机接收控制电路U2-3端口、电阻R4的一端、电容C5的一端与输出信号Rec1相连，电阻R4的另一端、电容C5的另一端与监测主机主控电源GND相连；

监测主机波形校准电路：输出信号Rec1与监测主机波形校准电路U5-2端口相连，监测主机波形校准电路U5-1、控制信号DIR与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与监测主机主控电源GND相连，监测主机波形校准电路U5-14端口、电容C7的一端与监测主机主控电源VCC相连，电容C7的另一端与监测主机主控电源GND相连，监测主机波形校准电路U5-7与监测主机主控电源GND相连，监测主机波形校准电路U5-3端口、电阻R9的一端与输出信号RXD1相连，电阻R9的另一端与监测主机主控电源GND相连。

点灯单元防雷电路包括相并联的电阻F11端口和电阻F21端口，点F11端口的一端与点灯单元发送隔离电路二极管D31-2相连，F11端口的另一端与电感L11-1端口相连，电感L11-2端口与第二电流环回路相连，电感L11-4端口与第一电流环回路相连，F21端口的一端与点灯单元发送隔离电路二极管D31-1相连，F21端口的另一端与电感L11-3端口相连；

点灯单元发送隔离电路包括与点灯单元防雷电路F21端口的一端相连点灯单元发送隔离电路二极管D31-1，二极管D31-2与点灯单元发防雷电路F11端口的一端相连，D31-3与负载电阻R31的一端相连，负载电阻R31的另一端、U41-4端口与U31-4端口相连，U41-3端口、U31-3端口与二极管D31-4相连；

点灯单元发送控制电路包括与点灯单元发送控制电路R71的一端相连的发送电路控制信号TXD11，放大器Q11的基极、二极管D41的正极与电阻R71的另一端相连，放大器Q11的集电极、二极管D41的负极与电阻R81的一端相连，电阻R81的另一端、电容C61的一端与点灯单元主控电源VCC相连，电容C61的另一端与点灯单元主控电源的GND相连，放大器Q11的发射极、电阻R61的一端、电阻R51的一端、点灯单元发送控制电路U41-1端口与点灯单元发送控制电路U31-1端口相连，电阻R61的另一端、电阻R51的另一端、点灯单元发送控制电路U41-2端口、点灯单元发送控制电路U31-2端口与点灯单元主控电源的GND相连；

点灯单元接收隔离电路包括与负载电阻R31的一端相连点灯单元接收隔离电路U21-1端口，点灯单元接收隔离电路U21-2端口与负载电阻R31的另一端相连；

点灯单元接收控制电路：点灯单元接收控制电路U21-4、电容C41的一端与点灯单元主控电源VCC相连，电容C4 1的另一端与点灯单元主控电源GND相连，点灯单元接收控制电路U21-3端口、电阻R41的一端、电容C51的一端与输出信号Rec1相连，电阻R41的另一端、电容C51的另一端与点灯单元主控电源GND相连；

点灯单元波形校准电路：输出信号Rec1信号与点灯单元波形校准电路U51-2端口相连，点灯单元波形校准电路U51-1端口、控制信号DIR与电阻R81的一端相连，电阻R81的另一端与点灯单元主控电源GND相连，点灯单元波形校准电路U51-14端口、电容C71的一端与点灯单元主控电源VCC相连，电容C71的另一端与点灯单元主控电源GND相连，点灯单元波形校准电路U51-7端口与点灯单元主控电源GND相连，点灯单元波形校准电路U51-3端口、电阻R91的一端与输出信号RXD1相连，电阻R91的另一端与点灯单元主控电源GND相连。

电流环通信的工作过程如下：当整个电流环回路无电流信号传输时，监测主机处于等待接收状态，点灯单元处于待机状态；当点灯单元产生电流报警信号时，点灯单元转换至发送状态，每发送完一次电流报警信号，点灯单元就进入等待接收状态，监测主机暂时处于等待接收状态；当报警信号传输至监测主机时，监测主机处于接收状态；当监测主机识别出点灯单元发送的电流报警信号时，监测主机进入发送状态，发送回执电流信号，监测主机每发送完一次回执电流信号，监测主机就进入等待接收状态，点灯单元暂时处于等待接收状态；当报警信号传输至点灯单元时，点灯单元处于接收状态；当点灯单元识别出回执电流信号后，点灯单元进入待机状态，停止接收和发送。

电流报警信号传输过程：当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，点灯单元发送控制电路的输入TXD1为报警数据，报警数据经过点灯单元发送控制电路的R71驱动点灯单元发送控制电路Q11使其通断，点灯单元主控电源VCC经过点灯单元发送控制电路R81、点灯单元发送控制电路Q11驱动点灯单元发送电路U41、点灯单元发送电路U31通断，报警数据加载到电流环回路；

当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，点灯单元接收电路处于禁止接受状态；

当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，监测主机发送控制电路TXD1处于高电平，高电平经过监测主机发送控制电路的R7驱动监测主机发送控制电路Q1导通，监测主机主控电源VCC经过监测主机发送控制电路R8、监测主机发送控制电路Q1驱动监测主机发送电路U4、监测主机发送电路U3导通，沟通部分电流环回路；

当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，监测主机电源电路为电流环电路提供电源，电源经过监测主机防雷电路的F1、监测主机防雷电路的L1、监测主机第一电流环回路、点灯单元第一电流环回路、点灯单元防雷电路L11、点灯单元防雷电路F21、点灯单元发送隔离电路D31-1、点灯单元发送隔离电路D31-3、点灯单元负载电阻R31、点灯单元发送隔离电路U41-4和点灯单元发送隔离电路U31-4、点灯单元发送隔离电路U41-3和点灯单元发送隔离电路U31-3、点灯单元发送隔离电路D31-4、点灯单元发送隔离电路D31-2、点灯单元防雷电路F11、点灯单元防雷电路L11、点灯单元电流环回路21、监测主机第二电流环回路、监测主机防雷电路的L1、监测主机防雷电路的F2、监测主机发送隔离电路D3-1、监测主机发送隔离电路D3-3、监测主机接收隔离电路U2-1、监测主机接收隔离电路U2-2、监测主机发送隔离电路U4-4和监测主机发送隔离电路U3-4、监测主机发送隔离电路U4-3和监测主机发送隔离电路U3-3、监测主机发送隔离电路D3-4、监测主机发送隔离电路D3-2、监测主机发送隔离电路GND1；

当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，监测主机接收电路从电流环回路中接收到的电流报警信号经过监测主机接收隔离电路U2转换成Rec1输出信号，再经过监测主机波形校准电路校准后输出RXD1信号送入监测主机单片机。

回执电流信号传输过程：当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，监测主机发送控制电路的输入TXD1为回执数据，回执数据经过监测主机发送控制电路的R7驱动监测主机发送控制电路Q1使其通断，监测主机主控电源VCC经过监测主机发送控制电路R8、监测主机发送控制电路Q1驱动监测主机发送电路U4、监测主机发送电路U3通断，回执数据加载到电流环回路；

当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，监测主机接收电路处于禁止接受状态；

当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，点灯单元发送控制电路TXD1处于高电平，高电平经过点灯单元发送控制电路的R71驱动点灯单元发送控制电路Q11导通，点灯单元主控电源VCC经过点灯单元发送控制电路R81、点灯单元发送控制电路Q11驱动点灯单元发送电路U41、点灯单元发送电路U31导通，沟通部分电流环回路；

当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，监测主机电源电路为电流环电路提供电源，电源经过监测主机防雷电路的F1、监测主机防雷电路的L1、监测主机第一电流环回路、点灯单元第一电流环回路、点灯单元防雷电路L11、点灯单元防雷电路F21、点灯单元发送隔离电路D31-1、点灯单元发送隔离电路D31-3、点灯单元接收隔离电路U21-1、点灯单元接收隔离电路U21-2、点灯单元发送隔离电路U41-4和点灯单元发送隔离电路U31-4、点灯单元发送隔离电路U41-3和点灯单元发送隔离电路U31-3、点灯单元发送隔离电路D31-4、点灯单元发送隔离电路D31-2、点灯单元防雷电路F11、点灯单元防雷电路L1、点灯单元第二电流环回路、监测主机第二电流环回路、监测主机防雷电路的L1、监测主机防雷电路的F2、监测主机发送隔离电路D3-1、监测主机发送隔离电路D3-3、监测主机负载电阻R3、监测主机发送隔离电路U4-4和监测主机发送隔离电路U3-4、监测主机发送隔离电路U4-3和监测主机发送隔离电路U3-3、监测主机发送隔离电路D3-4、监测主机发送隔离电路D3-2、监测主机发送隔离电路GND1；

当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，点灯单元接收电路从电流环回路中接收到的电流回执信号经过点灯单元接收隔离电路U21转换成Rec1输出信号，再经过点灯单元波形校准电路校准后输出RXD1信号送入点灯单元通讯报警单片机。

参见图12、图13，本实用新型通过差时设计实现多台点灯单元同时定位故障报警。当点灯单元发生主副光源切换后，点灯单元通信电路板上电工作，点灯单元通信电路板的单片机首先读取点灯单元分机编码，通过点灯单元分机编码获得一个随机数作为延时时间；然后点灯单元通信板单片机的定时器从0开始以这个随机数为溢出值开始延时，延时完成后，发送报警信息，并把定时器清0，开始等待接收监测主机回执信号；当收到回执信号后，则结束此次发送；若没有收到回执信号，则定时器清零重新从“通过分机编码获得一个随机数作为延时时间”处开始判断，重复执行程序。没有报警信号时监测主机处于等待接收信号的状态；当监测主机受到报警信号时先识别是否为有效信号，若不是则继续等待接收，若是有效信号则在显示屏上显示报警信息并发送回执电流信号；发送完回执电流信号后继续等待接收报警信号，若是收到相同的报警信号则跳过显示的环节直接发送回执信号，若是收到不同的报警信号则显示并发送回执信号；监测主机重复执行识别、显示、发送的过程。这样做的好处是给每个点灯单元分机分配不同的发送起始时间，避免多台点灯单元分机向监测主机同时发送信息造成电流环无法正常通信。

参见图14，监测主机7采用继电器安装方式，节省安装空间、缩小自身的体积，方便现场的施工、改造；监测主机包括壳体11、显示屏12、转接电路板13、主控电路板14、连接附件15、相连端子16、底板电路板17、底盖18、绝缘座19、弹垫及螺母23、绝缘板24、挂角19、电源片单元25、M4螺杆及螺母20、电源电路板21、通信电路板22；主控电路板14与通信电路板22通过接插件相连，并用铜螺柱固定；主控电路板14与通信电路板22整体通过通信电路板22上的接插件与底板电路板17相连，并用拐角固定；电源电路板21通过接插件与底板电路板17相连并用拐角固定，另外还与通信电路板22用铜螺柱固定；转接电路板13通过接插件与主控电路板14相连，转接电路板13上焊接有显示屏12；挂角、电源片单元25、螺钉组成的继电器端子焊接在底板电路板17上；绝缘板24安装在继电器端子的外侧；M6螺钉、M6平垫、M6弹垫及螺母23将底盖18与继电器做固定在一起；壳体11与底盖18之间通过M4螺杆及螺母20固定相连；监测主机整体插接在绝缘座19上固定。

参见图15，点灯单元3结构采用铜立柱叠加电路板的设计方式，缩小点灯单元体积，提高了空间利用率；点灯单元包括壳体31、变压器32、电容33、通信电路板34、相连电路板35、弯排针36、拨码开关37、拨码窗口38、铜垫柱39、螺钉及弹垫40、铜垫柱41、底盖42、平垫片及弹垫43、主控电路板47、万可端子44、M3平垫片及螺母45；变压器32、电容33、铜垫柱39固定在底盖42上；主控电路板47固定在铜垫柱39上，并通过弯排针36与相连电路板35相连，相连电路板35上焊接有拨码开关37；通信电路板34插接在相连电路板35上，并与主控电路板47之间通过铜垫柱41固定相连；壳体31与底盖42通过螺钉固定在一起，万可端子44可以通过壳体31的开口插接在通信电路板34上，通过拨码窗口38可以对点灯单元进行编码。

以上给出的实施例是实现本实用新型较优的例子，本实用新型不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本实用新型技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，包括室内设备和室外设备；所述的室内设备包括电源(9)、保险(8)、灯丝继电器(6)、监测主机(7)；所述的室外设备包括LED灯头(1)、点灯单元(3)、信号机构(2)，LED灯头(1)与点灯单元(3)固定在信号机构(2)内部，点灯单元(3)驱动LED灯头(1)；室内设备与室外设备之间设有电源回路和信息回路，分别通过电源电缆(4)和通信电缆(5)相连；所述的电源回路为电源(9)通过保险(8)、灯丝继电器(6)以及电源电缆(4)与室外设备中的点灯单元(3)相连；所述的信息回路为监测主机(7)通过通信电缆(5)与点灯单元(3)进行信息传递。

2.如权利要求1所述的基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，所述的监测主机(7)与点灯单元(3)采用电流环通信方式：当点灯单元(3)有电流报警信号产生时，电流报警信号经点灯单元电流环电路、通信电缆(5)、监测主机电流环电路，变换并传输至监测主机(7)处理、显示；

当监测主机电流环电路有回执电流信号产生时，监测主机回执电流信号经过通信电缆(5)、点灯单元电流环电路，变换并传输至点灯单元单片机，终止点灯单元电流报警信号的发送。

3.如权利要求2所述的基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，当电流环回路无电流信号传输时，监测主机电流环电路处于等待接收状态，点灯单元电流环电路处于待机状态；

当点灯单元产生电流报警信号时，点灯单元(3)转换至发送状态，每发送完一次电流报警信号，点灯单元就进入等待接收状态，监测主机暂时处于等待接收状态；

当监测主机(7)识别出点灯单元(3)发送的电流报警信号时，把电流报警信号信息转换成监测主机可识别的信号，同时监测主机转换至发送状态并发送回执电流信号，监测主机每发送完一次回执电流信号，监测主机就进入等待接收状态；

当点灯单元(3)识别出回执电流信号后，点灯单元进入待机状态。

4.如权利要求2所述的基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，所述的监测主机的电流环电路包括监测主机电源电路、监测主机防雷电路、监测主机发送电路、监测主机接收电路和监测主机波形校准电路；监测主机发送电路包括监测主机发送隔离电路和监测主机发送控制电路；监测主机接收电路包括监测主机接收隔离电路和监测主机接收控制电路；

点灯单元电流环电路包括点灯单元防雷电路、点灯单元发送电路、点灯单元接收电路和点灯单元波形校准电路；点灯单元发送电路包括点灯单元发送隔离电路和点灯单元发送控制电路；点灯单元接收电路包括点灯单元接收隔离电路和点灯单元接收控制电路。

5.如权利要求4所述的基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，监测主机电源电路包括正极与输入电源VSS相连接的二极管D1，二极管D1的负极、电容C1的一端、电容C3的一端、二极管D2的负极与监测主机电源电路U1-Ⅰ端口相连，监测主机电源电路U1-Ⅱ端口、二极管D2的正极、电阻R1的一端与电容C2的一端相连，电阻R1的另一端、电容C2的另一端、监测主机电源电路U1-Ⅲ端口、电阻R2的一端、电容C1的另一端与监测主机防雷电路的F1端口相连，电容C3的另一端与电阻R2的另一端相连；

监测主机防雷电路包括相并联的电阻F1端口和电阻F2端口，F1端口的一端与监测主机电源电路U1-Ⅲ端口相连，F1端口的另一端与电感L1-1端口相连，电感L1-2端口与第一电流环回路相连，电感L1-4端口与第二电流环回路相连，F2端口的一端与监测主机发送隔离电路的D3-1相连，F2端口的另一端与电感L1-3端口相连；

监测主机发送电路包括监测主机发送隔离电路和监测主机发送控制电路；监测主机发送隔离电路包括串接构成的二极管组D3，其中二极管D3-1与监测主机防雷电路F2端口的一端相连，二极管D3-2与GND1相连，监测主二极管D3-3与负载电阻R3的一端相连，负载电阻R3的另一端、监测主机发送隔离电路U4-4端口与监测主机发送隔离电路U3-4端口相连，监测主机发送隔离电路U4-3端口、监测主机发送隔离电路U3-3端口与二极管D3-4相连；

监测主机发送控制电路包括与电阻R7的一端相连的发送电路控制信号TXD1，放大器Q1的基极、二极管D4的正极、电阻R6的一端与电阻R7的另一端相连，放大器Q1的集电极、二极管D4的负极与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端、电容C6的一端与监测主机主控电源VCC相连，电容C6的另一端与监测主机主控电源的GND相连，放大器Q1的发射极、电阻R5的一端、监测主机发送控制电路U4-1端口与监测主机发送控制电路U3-1端口相连，电阻R6的另一端、电阻R5的另一端、监测主机发送控制电路U4-2端口、监测主机发送控制电路U3-2端口与监测主机主控电源的GND相连；

监测主机接收隔离电路包括与负载电阻R3的一端相连的监测主机接收隔离电路U2-1端口，监测主机接收隔离电路U2-2端口与负载电阻R3的另一端相连；

监测主机接收电路：监测主机接收控制电路U2-4端口、电容C4的一端与监测主机主控电源VCC相连，电容C4的另一端与监测主机主控电源GND相连，监测主机接收控制电路U2-3端口、电阻R4的一端、电容C5的一端与输出信号Rec1相连，电阻R4的另一端、电容C5的另一端与监测主机主控电源GND相连；

监测主机波形校准电路：输出信号Rec1与监测主机波形校准电路U5-2端口相连，监测主机波形校准电路U5-1、控制信号DIR与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与监测主机主控电源GND相连，监测主机波形校准电路U5-14端口、电容C7的一端与监测主机主控电源VCC相连，电容C7的另一端与监测主机主控电源GND相连，监测主机波形校准电路U5-7与监测主机主控电源GND相连，监测主机波形校准电路U5-3端口、电阻R9的一端与输出信号RXD1相连，电阻R9的另一端与监测主机主控电源GND相连。

6.如权利要求4所述的基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，点灯单元防雷电路包括相并联的电阻F11端口和电阻F21端口，点F11端口的一端与点灯单元发送隔离电路二极管D31-2相连，F11端口的另一端与电感L11-1端口相连，电感L11-2端口与第二电流环回路相连，电感L11-4端口与第一电流环回路相连，F21端口的一端与点灯单元发送隔离电路二极管D31-1相连，F21端口的另一端与电感L11-3端口相连；

点灯单元发送隔离电路包括与点灯单元防雷电路F21端口的一端相连点灯单元发送隔离电路二极管D31-1，二极管D31-2与点灯单元发防雷电路F11端口的一端相连，D31-3与负载电阻R31的一端相连，负载电阻R31的另一端、U41-4端口与U31-4端口相连，U41-3端口、U31-3端口与二极管D31-4相连；

点灯单元发送控制电路包括与点灯单元发送控制电路R71的一端相连的发送电路控制信号TXD11，放大器Q11的基极、二极管D41的正极与电阻R71的另一端相连，放大器Q11的集电极、二极管D41的负极与电阻R81的一端相连，电阻R81的另一端、电容C61的一端与点灯单元主控电源VCC相连，电容C61的另一端与点灯单元主控电源的GND相连，放大器Q11的发射极、电阻R61的一端、电阻R51的一端、点灯单元发送控制电路U41-1端口与点灯单元发送控制电路U31-1端口相连，电阻R61的另一端、电阻R51的另一端、点灯单元发送控制电路U41-2端口、点灯单元发送控制电路U31-2端口与点灯单元主控电源的GND相连；

点灯单元接收隔离电路包括与负载电阻R31的一端相连点灯单元接收隔离电路U21-1端口，点灯单元接收隔离电路U21-2端口与负载电阻R31的另一端相连；

点灯单元接收控制电路：点灯单元接收控制电路U21-4、电容C41的一端与点灯单元主控电源VCC相连，电容C41的另一端与点灯单元主控电源GND相连，点灯单元接收控制电路U21-3端口、电阻R41的一端、电容C51的一端与输出信号Rec1相连，电阻R41的另一端、电容C51的另一端与点灯单元主控电源GND相连；

点灯单元波形校准电路：输出信号Rec1信号与点灯单元波形校准电路U51-2端口相连，点灯单元波形校准电路U51-1端口、控制信号DIR与电阻R81的一端相连，电阻R81的另一端与点灯单元主控电源GND相连，点灯单元波形校准电路U51-14端口、电容C71的一端与点灯单元主控电源VCC相连，电容C71的另一端与点灯单元主控电源GND相连，点灯单元波形校准电路U51-7端口与点灯单元主控电源GND相连，点灯单元波形校准电路U51-3端口、电阻R91的一端与输出信号RXD1相连，电阻R91的另一端与点灯单元主控电源GND相连。

7.如权利要求5所述的基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，电流报警信号传输为：当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，点灯单元发送控制电路的输入TXD1为报警数据，报警数据经过点灯单元发送控制电路的电阻R71驱动点灯单元发送控制电路放大器Q11使其通断，点灯单元主控电源VCC经过点灯单元发送控制电路的电阻R81、点灯单元发送控制电路放大器Q11驱动点灯单元发送电路U41端口、点灯单元发送电路U31端口通断，报警数据加载到电流环回路；

当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，点灯单元接收电路处于禁止接受状态；

当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，监测主机发送控制电路TXD1处于高电平，高电平经过监测主机发送控制电路的电阻R7驱动监测主机发送控制电路放大器Q1导通，监测主机主控电源VCC经过监测主机发送控制电路电阻R8、监测主机发送控制电路放大器Q1驱动监测主机发送电路U4端口、监测主机发送电路U3端口导通，沟通部分电流环回路；

当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，监测主机电源电路为电流环电路提供电源，电源经过监测主机防雷电路的F1端口、监测主机防雷电路的L1端口、监测主机第一电流环回路、点灯单元第一电流环回路、点灯单元防雷电路L11端口、点灯单元防雷电路F21端口、点灯单元发送隔离电路二极管D31-1、点灯单元发送隔离电路二极管D31-3、点灯单元负载电阻R31、点灯单元发送隔离电路U41-4端口和点灯单元发送隔离电路U31-4端口、点灯单元发送隔离电路U41-3端口和点灯单元发送隔离电路U31-3端口、点灯单元发送隔离电路二极管D31-4、点灯单元发送隔离电路二极管D31-2、点灯单元防雷电路F11端口、点灯单元防雷电路L11端口、点灯单元第二电流环回路、监测主机第二电流环回路、监测主机防雷电路的L1端口、监测主机防雷电路的F2端口、监测主机发送隔离电路二极管D3-1、监测主机发送隔离电路二极管D3-3、监测主机接收隔离电路U2-1端口、监测主机接收隔离电路U2-2端口、监测主机发送隔离电路U4-4端口和监测主机发送隔离电路U3-4端口、监测主机发送隔离电路U4-3端口和监测主机发送隔离电路U3-3端口、监测主机发送隔离电路D3-4端口、监测主机发送隔离电路D3-2端口、监测主机发送隔离电路GND1；

当电流环回路中有点灯单元发送的电流报警信号时，监测主机接收电路从电流环回路中接收到的电流报警信号经过监测主机接收隔离电路U2转换成输出信号Rec1，再经过监测主机波形校准电路校准后输出信号RXD1送入监测主机单片机；

回执电流信号传输为：当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，监测主机发送控制电路的输入TXD1为回执数据，回执数据经过监测主机发送控制电路的电阻R7驱动监测主机发送控制电路放大器Q1使其通断，监测主机主控电源VCC经过监测主机发送控制电路电阻R8、监测主机发送控制电路放大器Q1驱动监测主机发送电路U4端口、监测主机发送电路U3端通断，回执数据加载到电流环回路；

当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，监测主机接收电路处于禁止接受状态；

当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，点灯单元发送控制电路TXD1处于高电平，高电平经过点灯单元发送控制电路的电阻R71驱动点灯单元发送控制电路放大器Q11导通，点灯单元主控电源VCC经过点灯单元发送控制电阻R81、点灯单元发送控制电路Q1驱动点灯单元发送电路U41端口、点灯单元发送电路U31端口导通，沟通部分电流环回路；

当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，监测主机电源电路为电流环电路提供电源，电源经过监测主机防雷电路的F1端、监测主机防雷电路的L1端、监测主机第一电流环回路、点灯单元第一电流环回路、点灯单元防雷电路L11端口、点灯单元防雷电路F21端口、点灯单元发送隔离电路二极管D31-1、点灯单元发送隔离电路二极管D31-3、点灯单元接收隔离电路U21-1端口、点灯单元接收隔离电路U21-2端口、点灯单元发送隔离电路U41-4端口和点灯单元发送隔离电路U31-4端口、点灯单元发送隔离电路U41-3端口和点灯单元发送隔离电路U31-3端口、点灯单元发送隔离电路二极管D31-4、点灯单元发送隔离电路D3-2、点灯单元防雷电路F1端口、点灯单元防雷电路L1端口、点灯单元第二电流环回路、监测主机第二电流环回路、监测主机防雷电路的L1端口、监测主机防雷电路的F2端口、监测主机发送隔离电路二极管D3-1、监测主机发送隔离电路二极管D3-3、监测主机负载电阻R3、监测主机发送隔离电路U4-4端口和监测主机发送隔离电路U3-4端口、监测主机发送隔离电路U4-3端口和监测主机发送隔离电路U3-3端口、监测主机发送隔离电路二极管D3-4、监测主机发送隔离电路二极管D3-2、监测主机发送隔离电路GND1；

当电流环回路中有监测主机的回执电流信号时，点灯单元接收电路从电流环回路中接收到的电流回执信号经过点灯单元接收隔离电路U2转换成Rec1输出信号，再经过点灯单元波形校准电路校准后输出RXD1信号送入点灯单元通讯报警单片机。

8.如权利要求4所述的基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，所述的监测主机(7)包括电源、单片机、显示屏和电流环电路；所述的监测主机电源板上设置有变压隔离电路、24V输出电源、双路稳压隔离输出、继电器报警电源、通信电源、5V输出电源、接插件转接模块；所述监测主机主控板上设置有STM32F核心、接插件转接模块、485接口、CAN接口、声音报警单元、时钟电路、3.3V输出电源、LCD显示接口；

所述监测主机通信板上设置有监测主机第一电流环电路、监测主机第二电流环电路、监测主机第三电流环电路、监测主机第四电流环电路、继电器报警电路、接插件转接模块；

所述监测主机防雷板上设置有监测电路第一纵横向防雷电路、监测电路第二纵横向防雷电路、监测电路第三纵横向防雷电路、监测电路第四纵横向防雷电路、电源输入纵横向防雷电路。

9.如权利要求4所述的基于电流环通信的点式LED智能点灯装置，其特征在于，所述的点灯单元(3)包括电源管理模块、主控单片机、主控点灯检测模块、相连模块、通讯报警单片机、通讯报警模块；

通讯报警单片机通过通信报警模块进行信号的收发，主控单片机与电源管理模块、相连模块、主控点灯检测模块相连；

主控点灯检测模块包括主灯电压检测、副灯电压检测、主灯电源检测、副灯电源检测、低压启动检测和光检测；主控点灯检测模块将检测信号发送给主控单片机，主控单片机分析处理检测信号并分别控制相并联的第一光电隔离、第二光电隔离和第三光电隔离；第一光电隔离与MOS场效应管动作电路相连；第二光电隔离依次相连脉冲变压器、整流滤波电路和假负载继电器动作电路；第三光电隔离与灯丝转换继电器动作电路相连；电源模块依次通过MOS场效应管动作电路、假负载继电器动作电路、灯丝转换继电器与主灯恒流源驱动电路或者副灯恒流源驱动电路；主灯恒流源驱动电路驱动主灯LED负载，副灯恒流源驱动电路驱动副灯LED负载。