CN210606102U - 交通信号灯的故障检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种交通信号灯的故障检测系统，所述的故障检测系统包括集成于灯控板的故障检测模块，所述的故障检测模块为计量模块，用于同时检测和采集灯电压、灯电流和灯功率。本实用新型的交通信号灯的故障检测系统，将计量芯片和灯控板结合在一起，计量芯片用来提升灯控板的检测精度和动态检测范围，同时也可以一并实现灯电压、灯电流和灯功率的检测，实现全故障的检测功能，计量芯片的集成度也能满足灯控板的尺寸限制。

Description

交通信号灯的故障检测系统

技术领域

本实用新型涉及交通信号控制技术领域，具体是指一种交通信号灯的故障检测系统。

背景技术

交通信号机中灯控板是用于驱动信号灯亮暗的板卡。根据国标要求，信号机还需要对信号灯亮暗情况进行故障判断，从而避免一些极端情况的发生，例如，绿冲突和红灯不亮。

然而，要判断绿冲突或者红灯不亮等极端情况，需要的检测手段是复杂的。比如，绿冲突的检测往往需要检测输出端口处的灯电流。因为外部信号灯的绿灯冲突，有可能是由信号灯内部短路导致的，不会有电流流入灯控板。若只是检测板卡上驱动电路中的灯电流，是不能反映真实情况的。因此，实际信号灯的故障检测，一般会有几种解决方案：

方案一：开发单独的故障检测模块，用于检测信号灯的故障和显示状态。这样的方案能较好的实现各种故障检测，且检测精度较高。但是这个方案应用起来较为不便，比如现场接线，需要将信号灯接入故障检测单元再接入信号机，工作量和维护量都有提升。而且如果应用环境中的信号灯过多，可能需要更多的故障检测模块，成本和机箱复杂度都会上升；

方案二：将故障检测和灯控板结合在一起。这是目前主流的设计方案，但是检测电路会比较复杂。需要同时实现灯电流和灯电压的检测，才能正确反映实际的故障。但是，受限于灯控板的尺寸，故障判断电路目前只能做到定性的检测。而且实际使用时可能存在并灯等问题，由于检测电路无法实现大动态范围的检测，常常会造成误检测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种实现全故障的检测功能、满足灯控板的尺寸限制的交通信号灯的故障检测系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种交通信号灯的故障检测系统，所述的故障检测系统包括集成于灯控板的故障检测模块，所述的故障检测模块为计量模块，用于同时检测和采集灯电压、灯电流和灯功率。

较佳地，所述的故障检测系统包括灯控板单片机和与所述的灯控单片机相通信的信号灯驱动电路，所述的信号灯驱动电路通过所述的故障检测模块与信号灯相连接，使得所述的灯控板单片机通过信号灯驱动电路驱动信号灯并通过所述的故障检测模块对驱动的信号灯进行故障采集。

较佳地，所述的灯控板单片机通过串口片选电路与所述的故障检测模块相通信，以采集所述的故障检测模块的串口数据。

较佳地，所述的故障检测模块通过隔离电路与所述的串口片选电路的扩展串口相通信。

较佳地，所述的串口片选电路为74LV4066芯片。

较佳地，所述的信号灯驱动电路为双向可控硅控制电路。

本实用新型的交通信号灯的故障检测系统，将计量芯片和灯控板结合在一起，计量芯片用来提升灯控板的检测精度和动态检测范围，同时也可以一并实现灯电压、灯电流和灯功率的检测，实现全故障的检测功能，计量芯片的集成度也能满足灯控板的尺寸限制。

附图说明

图1为本实用新型的交通信号灯的故障检测系统的框架图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来做进一步的描述。

如图1所示，为本实用新型提供的交通信号灯的故障检测系统实施例，其中，所述的故障检测系统包括灯控板单片机和与所述的灯控单片机相通信的信号灯驱动电路，所述的信号灯驱动电路通过故障检测模块与信号灯相连接，使得所述的灯控板单片机通过信号灯驱动电路驱动信号灯并通过所述的故障检测模块对驱动的信号灯进行故障采集，其中，故障检测模块集成于灯控板，所述的故障检测模块为计量模块，用于同时检测和采集灯电压、灯电流和灯功率。

本实用新型提出的故障检测系统中，创造性地引入了电力测量系统中的计量芯片(计量模块)，计量芯片是电表中的核心模块，经过了专业的设计，专门用于负载电流电压以及功率的测量。测量范围可以从1mA～30A，测量精度可以控制在1％以下。计量模块是基于计量芯片技术，内嵌了ARM Cortex-M0内核，内部集成了Flash和RAM，能够独立进行测量工作，并通过Uart接口/SPI接口，将测量的数据传递给外围设备。使用了计量模块的故障检测系统，可以有效的解决信号系统中对信号灯故障的测量。除此之外，还具有以下优势：

1.测量精度和测量范围的提升：如上所述，原先采用的灯电流、灯电压检测电路的测量精度并不高。除非在设计时，通过采购高精度电阻和器件来保证测量精度，但这样会引起设计复杂度和成本的上升。另一方面，测量范围受采样电阻的影响，不能覆盖很大的测量范围。采用了计量芯片后，在测量精度和测量范围上，都会有质的提升。

2.检测功能增强：计量芯片能够同时检测灯电流和灯电压。因此不论是红灯不亮的故障还是绿灯冲突的故障，都可以同时检测。不再像原有的灯控板需要设计不同的电路来实现检测。而采用计量模块可以不仅仅检测灯电流和灯电压，还能检测信号灯功率。

3.信号机输出功率的限制：原有的信号机中，受限于灯电流检测模块的采样电阻，灯驱动电路的输出功率并不能放的很大，大致只能有100w左右。这样的输出功率，现场环境需要并灯或者大功率输出时，是存在问题的。但是通过计量模块的设计，采用锰铜电阻来进行采样，且计量芯片中内置高放大倍数和噪声滤波电路，输出功率可以达到1000W以上。

所述的灯控板单片机通过串口片选电路与所述的故障检测模块相通信，以采集所述的故障检测模块的串口数据。所述的串口片选电路受单片机控制，可以选择低压可用的74LV4066芯片实现扩展单片机串口。

并且，所述的故障检测模块通过隔离电路与所述的串口片选电路的扩展串口相通信，用于实现高低压隔离。同时，计量模块火地的要求使得灯控板单片机不能直接用串口与计量模块通信，必须采用隔离电路进行隔离。

所述的信号灯驱动电路选择双向可控硅控制电路，驱动时双向可控硅导通，不驱动时双向可控硅截止，以有效保证故障检测电路中，计量模块要求的火地要求。

基于上述设计，解决了计量芯片在应用时的限制，比如火线做地、高低压隔离以及每个计量模块需要一个串口进行数据采集等。

一块信号机灯控板一般是12路信号灯驱动，因此需要用到12个计量模块，也同时需要12个串口来进行数据的处理。考虑到灯控板的驱动是受单片机控制的，单片机可以获知当前应该点亮的是哪几路信号灯。因此，本实用新型采用片选电路来实现串口的扩展，只在信号灯亮时选中需要检测的信号灯来进行运行状态采集。可以实现低成本单片机完成多路计量模块的串口数据采集。最后，将采集到的数据定时发给信号机的综合处理单元进行后续的处理和故障的判断。

在使用本实用新型的故障检测系统时，处理流程如下：

灯控板单片机接受核心处理模块发送的驱动控制指令；

驱动相应的信号灯驱动电路；

驱动电路输出的信号经过故障检测电路中的采样电阻，输出给外部信号灯；

单片机根据驱动指令，片选相应的故障采集串口；

进行故障采集功能；

获取采集到的数据，判断信号灯是否存在故障，并将采集数据上传核心板进行进一步判断。

本实用新型的交通信号灯的故障检测系统在宝康信号机灯控板上进行了试用，达到了设计的预期效果。单块灯控板可以精确的检测到12路驱动中的灯电流和灯电压值，通过信号机综合处理单元可以有效的判断出红灯全灭，绿冲突以及灯盘半亮、倒计时牌故障等多种问题，检测精度在98％以上。检测到故障后通过宝康的维护平台向维修人员发送故障信息，将现场故障维修响应速度提高30％以上。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种交通信号灯的故障检测系统，其特征在于，所述的故障检测系统包括集成于灯控板的故障检测模块，所述的故障检测模块为计量模块，用于同时检测和采集灯电压、灯电流和灯功率。

2.根据权利要求1所述的交通信号灯的故障检测系统，其特征在于，所述的故障检测系统包括灯控板单片机和与所述的灯控单片机相通信的信号灯驱动电路，所述的信号灯驱动电路通过所述的故障检测模块与信号灯相连接，使得所述的灯控板单片机通过信号灯驱动电路驱动信号灯并通过所述的故障检测模块对驱动的信号灯进行故障采集。

3.根据权利要求2所述的交通信号灯的故障检测系统，其特征在于，所述的灯控板单片机通过串口片选电路与所述的故障检测模块相通信，以采集所述的故障检测模块的串口数据。

4.根据权利要求3所述的交通信号灯的故障检测系统，其特征在于，所述的故障检测模块通过隔离电路与所述的串口片选电路的扩展串口相通信。

5.根据权利要求3所述的交通信号灯的故障检测系统，其特征在于，所述的串口片选电路为74LV4066芯片。

6.根据权利要求2所述的交通信号灯的故障检测系统，其特征在于，所述的信号灯驱动电路为双向可控硅控制电路。

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