CN207440266U - 一种基于电压有效值的信号灯故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于电压有效值的信号灯故障检测装置，包括控制器、开关控制电路、IO扩展模块、检测模块以及电压转换电路，开关控制电路输入端连接控制器，其输出端连接交流电L线；电压转换模块输入端连接信号灯两端的交流电L线和N线，其输出端连接检测模块的输入端，检测模块的输出端连接控制器，控制器、IO扩展模块以及检测模块之间SPI通信连接。本实用新型通过信号灯端电压有效值检测及判断，实现了对信号灯误亮、虚压故障、开关电路故障的有效监测及精准判断；控制器还可以实时输出信号灯的端电压有效值，用于后期的大数据分析和处理；本实用新型判断准确，安全可靠，便于扩展，实现成本低。

Description

一种基于电压有效值的信号灯故障检测装置

技术领域

本实用新型涉及交通信号控制系统技术，具体涉及一种基于电压有效值的信号灯故障检测装置。

背景技术

为确保路口信号灯的正常工作，信号灯控制器在正常控制信号灯亮灭的同时，还需对信号灯的工作状态进行实时检测，以确保信号灯的正常工作及路口交通信号的正常指示。当前对信号灯误亮的检测方法一般为通过交流光耦判断信号灯的两端电压状态，根据光耦的导通与否判断信号灯的亮灭状态，且该方法对器件的选型及精度要求较高，有时还会出现误判的情况；由于在信号灯熄灭时，信号灯两端会存在一定的虚压，有时该虚压超出国标允许值，光耦检测的方法无法对信号灯两端的虚压做出正确的判断；同时该方法也无法对控制器自身控制电路的运行状态进行判断；在判断信号灯的工作状态时，无法给出实际的电压有效值供后期对信号灯或接线情况进行深入的数据分析。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于电压有效值的信号灯检测装置，通过基于SPI通信的信号灯电压有效值检测及判断，实现了对信号灯误亮、虚压故障、开关电路故障的有效监测及精准判断，控制器还可以实时输出信号灯的端电压有效值，以便于后期的大数据分析和处理。

为实现上述技术目的，本实用新型所提供的一种基于电压有效值的信号灯检测装置，包括控制器、开关控制电路、检测模块以及电压转换电路，所述开关控制电路输入端连接控制器，交流电L线经开关控制电路连接信号灯；开关控制电路接收控制器指令控制信号灯的上电与断电；所述电压转换电路输入端连接信号灯两端的交流电L线和N线，其输出端连接检测模块的输入端，检测模块的输出端连接控制器，所述控制器、开关控制电路以及检测模块之间SPI 通信连接。

作为本实用新型的进一步改进，本实用新型还包括采用扩展芯片MCP23S17 的IO扩展模块，所述IO扩展模块输入端连接控制器，其输出端连接开关控制电路，所述IO扩展模块与控制器SPI通信连接。

具体地说，所述控制器采用STM32微控器。

具体地说，所述检测模块采用BL6522B芯片。

具体地说，所述电压转换电路的互感器采用电流型电压互感器TV1005-1M。

由以上技术方案可知，本实用新型所提供的一种基于电压有效值的信号灯检测装置，基于SPI通信，检测模块将信号灯端电压有效值传输至控制器，控制器结合当前信号灯的控制状态和所述端电压有效值，判断该信号灯的故障种类，并将该端电压有效值实时输出，便于后期的大数据分析和处理；本实用新型还包括IO扩展模块，可根据待检测信号灯的数量灵活扩展，提高了本实用新型的可扩展性；本实用新型中电压转换电路采用电流型电压互感器，可实现对交流电压的有效隔离及降压，提高测试的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

图2是本实用新型中电压互感器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示的实施例中基于电压有效值的信号灯故障检测装置，包括控制器、IO扩展模块、开关控制电路、检测模块以及电压转换电路，开关控制电路输入端连接IO扩展模块，其输出端连接交流电L线，开关控制电路接收控制器的控制指令，通过控制交流L线的连通与断开，实现对信号灯的控制；IO 扩展模块输入端连接控制器，其输出端连接开关控制电路，可根据需要控制的信号灯数量进行扩展，电压转换电路输入端连接信号灯两端的L线和N线，其输出端连接检测模块的输入端，电压转换电路将信号灯的端电压按一定比例缩小为交流低电压，并传输至检测模块；检测模块的输出端连接控制器，将检测到的信号灯端电压有效值传输给控制器进行故障判断；控制器、开关控制电路以及检测模块之间SPI通信连接。

本实施例中，控制器采用STM32微控器，该微控器具有SPI通信接口，通过SPI通信接口与检测模块的芯片通信连接，通过使能引脚可实现对多个电压检测芯片的分时控制及通信。

本实施例中，检测模块采用SPI通信的BL6522B芯片，可同时输入6路交流模拟低电压进行检测，并通过SPI通信输出交流电压有效值；检测芯片可根据信号灯检测路数进行扩展；由于控制器需首先对信号灯进行开关控制，然后才可以进行状态的检测，因此控制器对信号灯的控制和状态检测可通过同一路 SPI通信实现。

本实施例中，IO扩展芯片采用SPI通信的MCP23S17，该芯片可通过扩展16 位IO输出接口，每个IO输出通过开关控制电路控制一路信号灯的开关；IO 扩展芯片也可根据控制信号灯的个数进行扩展。

如图2所示，本实施例中，为实现对信号灯端电压的交流高压与检测芯片检测的交流低压的有效隔离，电压转换电路采用电流型电压互感器进行电压的转换，互感器的交流输入端串联电阻R以将交流电压Vin转换为电流信号，互感器的输出并联电阻r以将互感器的电流信号转换为低电压的交流电压信号 Vout。该电路可实现对交流电压的有效隔离及降压，提高测试的安全性。电压转换电路的互感器采用电流型电压互感器TV1005-1M，该互感器可实现对低于 AC1000V的交流电压检测转换输出，电阻R采用51KΩ5W的功率电阻，可将输入电压转换为电流信号，并通过互感器输出同样的电流值，输出电阻r采用200 Ω的电阻，可将互感器输出的电流信号转换为电压信号，以便检测芯片进行电压检测。检测芯片将检测到的交流电压值，通过计算输入输出电阻比而得到比例系数，从而输出信号灯的端电压有效值。

具体判断过程为：

控制器控制信号灯开关后，经过延迟时间0.1s，待信号灯进入稳定的工作状态后，检测信号灯两端的电压值，由检测到的电压值结合信号灯的控制状态，判断故障种类，可实时输出相应的故障状态及电压有效值，便于对信号灯或线路进行相应的检修。具体而言：

当控制器控制信号灯熄灭时，如检测到信号灯的端电压为大于AC90V的交流有效值，则判断信号灯为误亮的故障状态；如检测到的端电压为AC30V-90V 的交流有效值，判断为信号灯两端存在异常的虚压；如检测到的交流有效值不大于AC30V，则判断信号灯正常熄灭。当控制器控制信号灯点亮时，如检测到信号灯的端电压为大于AC90V的交流有效值，则判断信号灯正常工作；如检测到的端电压为AC30V-90V的交流有效值，判断为控制器输出故障；如检测到的交流有效值不大于AC30V，则判断开关电路故障或信号灯短路；对于大于AC264V 的高压，可判断为高压故障。

其中，根据工程经验，一般虚压在AC30V以上，会影响信号灯的亮灭；信号灯正常处于点亮的状态时，端电压在AC90V以上。因此，本实施例中，控制器通过SPI通信获取检测到的信号灯端电压值若大于AC90V，则判断信号灯为点亮状态，若端电压值在AC30V-90V之间，则判断信号灯存在超范围的虚压，若端电压值小于AC30V，则判断信号灯为熄灭状态。

控制器可同时输出信号灯的工作状态及检测到的端电压值，用于后期数据分析和处理。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于电压有效值的信号灯故障检测装置，包括控制器、开关控制电路、检测模块以及电压转换电路，其特征在于：所述开关控制电路输入端连接控制器，交流电L线经开关控制电路连接信号灯，开关控制电路接收控制器指令控制信号灯的上电与断电；所述电压转换电路输入端连接信号灯两端的交流电L线和N线，其输出端连接检测模块的输入端，检测模块的输出端连接控制器，所述控制器、开关控制电路以及检测模块之间SPI通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于电压有效值的信号灯故障检测装置，其特征在于：还包括采用扩展芯片MCP23S17的IO扩展模块，所述IO扩展模块输入端连接控制器，其输出端连接开关控制电路。

3.根据权利要求1所述的基于电压有效值的信号灯故障检测装置，其特征在于：所述控制器采用STM32微控器。

4.根据权利要求1所述的基于电压有效值的信号灯故障检测装置，其特征在于：所述检测模块采用BL6522B芯片。

5.根据权利要求1所述的基于电压有效值的信号灯故障检测装置，其特征在于：所述电压转换电路的互感器采用电流型电压互感器TV1005-1M。