CN212183798U - 一种智能交通指示灯系统 - Google Patents

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韩金波
国威
张强
杨兴民
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Abstract

本实用新型提出了一种智能交通指示灯系统，通过设置第一比较器比较实时监测交通指示灯低压端的电压大小，当交通指示灯低压端的电压低于预设值时，单片机停止向PWM驱动电路输出PWM波，可以降低功耗；通过设置RS触发器可以用于消除开关的接触抖动，本实用新型还设置了第二比较器，将第一比较器与第二比较器的与非逻辑处理后的结果以及第二比较器的输出作为RS触发器的输入，可以实现RS触发器的逻辑处理功能；为了使RS触发器从“锁存”状态跳变到“复位”状态，本实用新型还设置了开关信号产生电路，通过开关信号产生电路改变第二比较器的输出结果，使得RS触发器的输出状态由“锁存”状态跳变到“复位”状态。

Description

一种智能交通指示灯系统
技术领域
本实用新型涉及智慧交通系统领域，尤其涉及一种智能交通指示灯系统。
背景技术
城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。目前我国城市街道交叉路口的交通信号灯虽然是自动的，但是仔细观察就会发现红绿灯的交替转换是定时式的，即转换的间隔时间是固定不变的，定时式并不符合实际要求。目前，基于机器视觉的智能交通信号灯控制系统应运而生。智能交通信号灯控制系统由三大部分组成，分别是：信息采集和转换部分、单片机自动控制部分和显示部分。其中，显示部分包括交通指示灯，在实际应用中，在交通指示灯的低压端电位低于325mV时，近似认为交通指示灯处于开路状态，但是此时控制该交通指示灯的PWM驱动电路部分还是持续向交通指示灯输送低于325mV的电位，然而由于电位未达到要求，此时交通指示灯根本不能工作，此时PWM驱动电路部分持续供电容易消耗功耗。因此，为了避免消耗多余的功耗，本实用新型提供一种智能交通指示灯系统，在系统中增设低电压监控电路，通过该电路监控交通指示灯低压端的电位，在电位低于预设值时，切断PWM驱动电路与交通指示灯之间的线路，保证系统的稳定性，降低功耗。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种智能交通指示灯系统，在系统中增设低电压监控电路，通过该电路监控交通指示灯低压端的电位，在电位低于预设值时，切断开关电路与交通指示灯之间的线路，保证系统的稳定性，降低功耗。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种智能交通指示灯系统，其包括单片机、交通指示灯和PWM驱动电路，还包括低压监控电路、开关信号产生电路和基准电压模块；
单片机的PWM输出端输出PWM波至PWM驱动电路的输入端，PWM驱动电路的输出端与交通指示灯电性连接，开关信号产生电路的输入端与基准电压模块电性连接，低压监控电路的输入端分别与交通指示灯和开关信号产生电路的输出端电性连接，低压监控电路的输出端与单片机的模拟输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，基准电压模块包括第一电压模块、第二电压模块和第三电压模块；
第一电压模块输出的参考电压用Vf表示；
第二电压模块输出的参考电压用Va表示；
第三电压模块输出的参考电压用Vb表示。
进一步优选的，低压监控电路包括第一比较器、第二比较器、与非门和RS触发器；
第一比较器的同相输入端与第一电压模块电性连接，第一比较器的反相输入端与交通信号指示灯电性连接，第一比较器的输出端与与非门的第一输入端电性连接；
第二比较器的同相输入端与开关信号产生电路的输出端电性连接，第二比较器的反相输入端与第二电压模块电性连接，第二比较器的输出端分别与与非门的第二输入端和RS触发器的R端子电性连接；
与非门的输出端与RS触发器的S端子电性连接，RS触发器的Q端子与单片机的模拟输入端电性连接。
进一步优选的，开关信号产生电路包括：放大器、MOS管Q1-Q3、电容C2和电阻R2；
放大器的同相输入端与第三电压模块电性连接，放大器的反相输入端与MOS管Q1的源极电性连接，放大器的输出端与MOS管Q1的栅极电性连接，MOS管Q1的漏极分别与MOS管Q2的漏极和栅极电性连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q3的栅极电性连接，MOS管Q2和MOS管Q3的源极均与电源电性连接，MOS管Q3的漏极通过电容C2接地，电阻R2并联在电容C2的两端，第二比较器的同相输入端与MOS管Q3的漏极电性连接。
本实用新型的一种智能交通指示灯系统相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置第一比较器比较实时监测交通指示灯低压端的电压大小，当交通指示灯低压端的电压低于预设值时，单片机停止向PWM驱动电路输出PWM波，可以降低功耗；
(2)通过设置RS触发器可以用于消除开关的接触抖动，为了实现消除开关接触抖动的问题，本实用新型还设置了第二比较器，将第一比较器与第二比较器的与非逻辑处理后的结果以及第二比较器的输出作为RS触发器的输入，可以实现RS触发器的逻辑处理功能；
(3)为了使RS触发器从“锁存”状态跳变到“复位”状态，本实用新型还设置了开关信号产生电路，通过开关信号产生电路改变第二比较器的输出结果，使得RS触发器的输出状态由“锁存”状态跳变到“复位”状态。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型一种智能交通指示灯系统的结构示意图；
图2为本实用新型一种智能交通指示灯系统中低压监控电路的电路图；
图3为本实用新型一种智能交通指示灯系统中开关信号产生电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种智能交通指示灯系统，其包括单片机、交通指示灯、PWM驱动电路、低压监控电路、开关信号产生电路和基准电压模块；其中，单片机的PWM输出端输出PWM波至PWM驱动电路的输入端，PWM驱动电路的输出端与交通指示灯电性连接，开关信号产生电路的输入端与基准电压模块电性连接，低压监控电路的输入端分别与交通指示灯和开关信号产生电路的输出端电性连接，低压监控电路的输出端与单片机的模拟输入端电性连接。
进一步优选的，由于本实施例中使用了多个放大器以及放大器组成的跟随器和比较器，因此需要不同的参考电压来实现跟随、放大和比较的作用，因此，本实施例中的基准电压模块的作用是提供不同的参考电压。基准电压模块包括第一电压模块、第二电压模块和第三电压模块；第一电压模块输出的参考电压用Vf表示；第二电压模块输出的参考电压用Va表示；第三电压模块输出的参考电压用Vb表示。由于本实施例中，基准电压模块可以采用现有的芯片来产生不同电位的参考电压，可以根据实际需求选择不同的芯片。例如，LM236D芯片可以产生2.5V的参考电压。本实施例并没有对基准电压模块做改进，因此，在此不再累述。
进一步优选的，在交通指示灯的低压端电位低于预设值时，近似认为交通指示灯处于开路状态，本实施例中，将预设值定为325mV，但是此时控制该交通指示灯的PWM驱动电路部分还是持续向交通指示灯输送低于325mV的电位，然而由于电位未达到要求，此时交通指示灯根本不能工作，此时PWM驱动电路部分持续供电容易消耗功耗，因此，为解决上述问题，本实施例设置低压监控电路解决上述问题。
本实施例中，如图1和图2所示，低压监控电路包括第一比较器、第二比较器、与非门和RS触发器；第一比较器的同相输入端与基准电压模块电性连接，第一比较器的反相输入端与交通信号指示灯电性连接，第一比较器的输出端与与非门的第一输入端电性连接；第二比较器的同相输入端与开关信号产生电路的输出端电性连接，第二比较器的反相输入端与基准电压模块电性连接，第二比较器的输出端分别与与非门的第二输入端和RS触发器的R端子电性连接；与非门的输出端与RS触发器的S端子电性连接，RS触发器的Q端子与单片机的模拟输入端电性连接。
低压监控电路的工作原理是：如图2所示，在电路正常运行的情况下，第一比较器的同相输入端电压Vf要低于其反相输入端电压，第一比较器输出低电位，使图2中a点位置置“0”；第二比较器的同相输入端电压高于其反相输入端电压Va，第二比较器输出高电位，使图2中的b点和d点置1，此时，RS触发器的两个输入端均为“1”，RS触发器的输出保持上一状态不变，即该电路刚刚开启时的状态；
当交通指示灯的电压低于325mV时，即第一比较器的反相输入端电压低于325mV，第一比较器输出高电位，a点输出高电平，由于此时电路已经开启了，b点和d点也为高电平，c点由正常时的高电平转变为低电平，RS触发器输出高电平，并将高电平输出至单片机的模拟输入端，此时，单片机停止向PWM驱动电路输出PWM波。
进一步优选的，上述介绍了交通指示灯的电压低于325mV时，RS触发器输出高电平，单片机停止向PWM驱动电路输出PWM波；但是当交通指示灯的电压恢复到正常状态时，即交通指示灯的电压高于325mV，RS触发器又输出“0”，RS触发器的输出保持上一状态不变，即单片机停止向PWM驱动电路输出PWM波，因此，低压监控电路还是处于关断状态，RS触发器锁存了“电路关断”的状态，此时，只有关闭低压监控电路，才可以解除锁存状态。因此，为了解决上述问题，本实施例，设置了开关信号产生电路，改变第二比较器的同相输入端的电压，在低压监控电路启动时，开关信号产生电路的输出信号从0电平逐渐上升，当第二比较器的同相输入端电压低于其反相输入端电压Va时，第二比较器输出低电位，使图2中的b点和d点输出低电平，而此时，低压监控电路处于锁存状态，a点为高电平，则c点为高电平，此时，RS触发器的输出为“0”，并将该信号发送至单片机，低压监控电路复位，此时，单片机正常输出PWM波至PWM驱动电路。
本实施例中，如图3所示，开关信号产生电路包括：放大器、MOS管Q1-Q3、电容C2和电阻R2；具体的，放大器的同相输入端与基准电压模块电性连接，放大器的反相输入端与MOS管Q1的源极电性连接，放大器的输出端与MOS管Q1的栅极电性连接，MOS管Q1的漏极分别与MOS管Q2的漏极和栅极电性连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q3的栅极电性连接，MOS管Q2和MOS管Q3的源极均与电源电性连接，MOS管Q3的漏极通过电容C2接地，电阻R2并联在电容C2的两端，第二比较器的同相输入端与MOS管Q3的漏极电性连接。
开关信号产生电路的工作原理为：放大器的输出连接MOS管Q1的源极，构成电压跟随器，并且构成了负反馈结构，使放大器的同相输入端和反相输入端电压相等；通过调节电阻R3的阻值，可以调节流过MOS管Q1的电流，从而调整MOS管Q2和MOS管Q3的电流。当电阻R3变小时，流过MOS管Q1和MOS管Q3的电流变大，但是由于MOS管Q1和MOS管Q3的栅漏短接，处于饱和区，电流增大，使得MOS管Q1和MOS管Q3的压降增加，MOS管Q2的栅极电压降低，导通变好，电容C2充电时间减小。通过调节电阻R3的阻值，可以使电容C2的充放电时间同时向相同趋势变化，即电阻R3变小，电容C2充放电时间变小，频率升高；电阻R3变大，C2充放电时间变长，频率降低。
本实施例的工作原理是：首先，单片机产生PWM波，并将PWM波输出至PWM驱动电路，PWM驱动电路被触发，驱动交通指示灯亮；同时，基准电压模块产生各放大器所需的基准电压，低压监控电路中的第一比较器比较交通指示灯低压端的电压，当交通指示灯低压端的电压低于预设值时，第一比较器输出高电平，第二比较器原始状态为输出高电平，此时，RS触发器输出高电平，并将高电平输出至单片机的模拟输入端，此时，单片机停止向PWM驱动电路输出PWM波；当交通指示灯低压端的电压再次由低压值上升至预设值时，此时，由于RS触发器又输出“0”，RS触发器的输出保持上一状态不变，即单片机停止向PWM驱动电路输出PWM波，因此，低压监控电路还是处于关断状态，RS触发器锁存了“电路关断”的状态，此时，只有关闭低压监控电路，才可以解除锁存状态。因此，设置了开关信号产生电路，改变第二比较器的同相输入端的电压，使得RS触发器的输出状态为复位状态，低压监控电路可以继续工作。
本实施例的有益效果为：通过设置第一比较器比较实时监测交通指示灯低压端的电压大小，当交通指示灯低压端的电压低于预设值时，单片机停止向PWM驱动电路输出PWM波，可以降低功耗；
通过设置RS触发器可以用于消除开关的接触抖动，为了实现消除开关接触抖动的问题，本实施例还设置了第二比较器，将第一比较器与第二比较器的与非逻辑处理后的结果以及第二比较器的输出作为RS触发器的输入，可以实现RS触发器的逻辑处理功能；
为了使RS触发器从“锁存”状态跳变到“复位”状态，本实施例还设置了开关信号产生电路，通过开关信号产生电路改变第二比较器的输出结果，使得RS触发器的输出状态由“锁存”状态跳变到“复位”状态。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能交通指示灯系统，其包括单片机、交通指示灯和PWM驱动电路，其特征在于：还包括低压监控电路、开关信号产生电路和基准电压模块；
所述单片机的PWM输出端输出PWM波至PWM驱动电路的输入端，PWM驱动电路的输出端与交通指示灯电性连接，开关信号产生电路的输入端与基准电压模块电性连接，低压监控电路的输入端分别与交通指示灯和开关信号产生电路的输出端电性连接，低压监控电路的输出端与单片机的模拟输入端电性连接。
2.如权利要求1所述的一种智能交通指示灯系统，其特征在于：所述基准电压模块包括第一电压模块、第二电压模块和第三电压模块；
所述第一电压模块输出的参考电压用Vf表示；
所述第二电压模块输出的参考电压用Va表示；
所述第三电压模块输出的参考电压用Vb表示。
3.如权利要求2所述的一种智能交通指示灯系统，其特征在于：所述低压监控电路包括第一比较器、第二比较器、与非门和RS触发器；
所述第一比较器的同相输入端与第一电压模块电性连接，第一比较器的反相输入端与交通信号指示灯电性连接，第一比较器的输出端与与非门的第一输入端电性连接；
所述第二比较器的同相输入端与开关信号产生电路的输出端电性连接，第二比较器的反相输入端与第二电压模块电性连接，第二比较器的输出端分别与与非门的第二输入端和RS触发器的R端子电性连接；
所述与非门的输出端与RS触发器的S端子电性连接，RS触发器的Q端子与单片机的模拟输入端电性连接。
4.如权利要求3所述的一种智能交通指示灯系统，其特征在于：所述开关信号产生电路包括：放大器、MOS管Q1-Q3、电容C2和电阻R2；
所述放大器的同相输入端与第三电压模块电性连接，放大器的反相输入端与MOS管Q1的源极电性连接，放大器的输出端与MOS管Q1的栅极电性连接，MOS管Q1的漏极分别与MOS管Q2的漏极和栅极电性连接，MOS管Q2的栅极与MOS管Q3的栅极电性连接，MOS管Q2和MOS管Q3的源极均与电源电性连接，MOS管Q3的漏极通过电容C2接地，电阻R2并联在电容C2的两端，第二比较器的同相输入端与MOS管Q3的漏极电性连接。
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