CN214011768U - 一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统，涉及交通技术领域，该系统中，内置降压电路、光耦隔离电路以及保险丝的高压信号变换电路的输入端连接路口信号机的绿灯的交流控制信号端、输出端通过接口缓冲电路连接单片机电路的信号输入端，单片机电路的输出端分别连接并控制串口驱动电路以及至少两个输出驱动电路，各个输出驱动电路分别引出不同端口类型的异常反馈端口；异常检测装置可以直接连接交流控制信号端获取交流信号、连接方式简单，在路口信号机出现异常时，可以及时进行工作状态切换同时上报数据至控制中心，保证交通安全，且实现方式简单、灵活多变。

Description

一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统

技术领域

本实用新型涉及交通技术领域，尤其是一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统。

背景技术

交通行业在我国的迅速发展过程中起着不可或缺的作用，因此智能交通也更加迅猛发展，作为智能交通的一个重要部件，信号机大量应用于路口，但在信号机运行过程中，容易出现信号机相位点亮错误的情况，尤其是错误点亮绿灯时，容易导致行车事故。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统，本实用新型的技术方案如下：

一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统，该系统包括异常检测装置、路口信号机以及控制中心，异常检测装置包括高压信号变换电路、接口缓冲电路、单片机电路、至少两个输出驱动电路以及串口驱动电路；

高压信号变换电路的输入端连接路口信号机的绿灯的交流控制信号端，高压信号变换电路内置降压电路、光耦隔离电路以及保险丝，高压信号变换电路的输出端通过接口缓冲电路连接单片机电路的信号输入端，接口缓冲电路基于缓冲器芯片构建，单片机电路的输出端分别连接并控制串口驱动电路以及至少两个输出驱动电路，串口驱动电路基于串口芯片构建，串口驱动电路引出通信端口用于连接控制中心，每个输出驱动电路分别引出异常反馈端口用于连接路口信号机的IO端口，至少两个输出驱动电路引出不同端口类型的异常反馈端口。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统，异常检测装置利用高压信号变换电路可以直接连接路口信号灯的绿灯的交流控制信号端获取90-240V的交流信号然后输出低压脉冲信号，连接方式简单，单片机电路实时采样这些信号即能确定路口信号机的运行状态，然后根据预存的数据确定出现异常状态时可以通过输出驱动电路及时控制路口信号机及时切换至预先配置的诸如黄闪之类的安全模式，保证交通安全，同时还可以通过串口驱动电路将数据上传到控制中心，同时基于该电路结构，还可以通过串口驱动电路远程接收控制中心的数据并相应的控制路口信号机。由于该异常监测装置具有多种输出驱动电路提供不同的异常反馈端口，因此可以对接现有各类不同的路口信号机，通用性和适配性较好，而且以单片机为主控，原理简单可靠，成本低，同时基于单片机的存储功能，还可以将不同路口的不同数据预存在单片机中，使用灵活多变。

附图说明

图1是本申请的路口信号机绿灯异常检测系统的系统结构图。

图2是本申请中的高压信号变换电路的电路图。

图3是本申请中的接口缓冲电路的电路图。

图4是本申请中的单片机电路的电路图。

图5是本申请中的第一输出驱动电路的电路图。

图6是本申请中的第二输出驱动电路的电路图。

图7是本申请中的第三输出驱动电路的电路图。

图8是本申请中的串口驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统，请参考图1所示的系统架构图，该系统包括异常检测装置、路口信号机以及控制中心，控制中心是管理和维护路口信号机的部门系统，常见的控制中心比如道路交通指挥中心或者维修中心等等。异常检测装置包括高压信号变换电路、接口缓冲电路、单片机电路、至少两个输出驱动电路以及串口驱动电路。高压信号变换电路的输入端连接路口信号机的绿灯的交流控制信号端，高压信号变换电路内置降压电路、光耦隔离电路以及保险丝，高压信号变换电路的输出端通过接口缓冲电路连接单片机电路的信号输入端，接口缓冲电路基于缓冲器芯片构建。高压信号变换电路可以直接接路口信号机的90～240V交流信号并进行光耦隔离降压，然后经过接口缓冲电路输入单片机电路进行采样，单片机电路就能根据采集到的数监测绿灯是否异常。单片机电路的输出端分别连接并控制串口驱动电路以及至少两个输出驱动电路，串口驱动电路基于串口芯片构建，串口驱动电路引出通信端口用于连接控制中心，使得单片机电路可以将异常的数据上报给控制中心，同时还可以接收控制中心的远程控制数据。每个输出驱动电路分别引出异常反馈端口用于连接路口信号机的IO端口，至少两个输出驱动电路引出不同端口类型的异常反馈端口，因此单片机电路可以通过输出驱动电路输出信号给路口信号机，使得路口信号机在绿灯异常时及时做出响应，比如及时切换至黄灯等等。而由于目前路口信号机的类型较多，不同的路口信号机具有不同类型的端口，为了使得该异常检测装置的通用性更高，因此该异常检测装置引出多种端口类型的异常反馈端口，以适应不同的路口信号机，提高适配性。

在实际应用中，路口信号机的绿灯具有16个交流控制信号端，因此该系统包括16个结构相同的高压信号变换电路以及两个结构相同的接口缓冲电路，每个高压信号变换电路的输入端分别连接路口信号机的绿灯的一个交流控制信号端，每个接口缓冲电路的8个输入端分别连接8个高压信号变换电路的输出端，两个接口缓冲电路的8个输出端对应相连并连接到单片机电路的8个信号输入端，单片机电路连接并控制两个接口缓冲电路中的缓冲器芯片的输出使能端，两个接口缓冲电路的共用单片机电路的8个信号输入端，这种复用结构可以有效减少对单片机的管脚的需求量，降低结构复杂度和对单片机芯片的需求，同时也有抗干扰作用，可以加强电路的稳定可靠性。

本申请中各个高压信号变换电路的电路结构相同，请参考图2所示的单个高压信号变换电路的电路图，各个高压信号变换电路的输入端LI0依次连接保险丝F1、第一二极管D1和第一电阻R1后连接到第一光耦P1的阳极输入端，第一光耦P1的阴极输入端连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接交流电零线，保险丝F1和第一二极管D1的公共端还分别通过第一电容C1和第一压敏电阻MV1接地，第一光耦P1的阴极输入端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接第一光耦P1的阳极输入端；第一光耦P1的集电极输出端引出作为高压信号变换电路的输出端IN0，第一光耦P1的发射极输出端接地，第一光耦P1的集电极输出端和发射极输出端之间还并联第十七电容C17，第一光耦P1的集电极输出端还通过第二电阻R2连接直流电源V50。

本申请的两个接口缓冲电路的电路结构相同，基于市售的8路缓冲器芯片构建，单个接口缓冲电路的外围电路图如图3所示，单片机电路基于型号为STC10F12XE-35I的芯片构建，其外围电路图如图4所示。缓冲器芯片U3引出IN0～IN7分别用于连接8个高压信号变换电路的输出端，D0～D7作为高压信号变换电路的输出端连接到单片机电路的8个输入端，单片机电路的EN0和EN1分别连接两个接口缓冲电路的相应端子从而连接到缓冲器芯片的输出使能端。

单片机电路连接并控制输出驱动电路，在本申请中，包括第一输出驱动电路、第二输出驱动电路和第三输出驱动电路，第一输出驱动电路引出的异常反馈端口包括一个固定连接端CM和两个活动连接端CC和CO，固定连接端CM通过第一输出驱动电路内的单刀双掷开关K1连通两个活动连接端CC和CO，中的其中一个。第二输出驱动电路引出的异常反馈端口包括信号输出端GCF以及接地端GND。第三输出驱动电路引出的异常反馈端口包括正信号端GC+和负信号端GC-。在本申请中，单片机芯片的ODR2、ODR1和ODR0分别连接三个输出驱动电路。

请参考图5，在第一输出驱动电路中，第一三极管Q1的基极通过第四十二电阻R42连接到单片机电路的ODR2，第一三极管Q1的基极还分别通过第四十三电阻R43和第三十六电容C36接地，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极连接继电器的一端，继电器的另一端连接直流电源，第一三极管Q1的集电极还连接第四十九二极管D49的阳极，第四十九二极管D49的阴极连接直流电源；继电器控制第一输出驱动电路引出的一个固定连接端CM和两个活动连接端CC和CO之间的单刀双掷开关K1的状态。

请参考图6，在第二输出驱动电路中，第二三极管Q2的基极通过第四十四电阻R44连接到单片机电路的ODR1，第二三极管Q2的基极还分别通过第四十五电阻R45和第三十七电容C37接地，第二三极管Q2的发射极引出第二输出驱动电路的异常反馈端口中的接地端GND并接地，第二三极管Q2的集电极通过第四十六电阻R46引出第二输出驱动电路的异常反馈端口中的信号输出端GCF，第二瞬态抑制二极管TV2的阳极连接接地端GND、阴极连接信号输出端GCF。

请参考图7，在第三输出驱动电路中，第十七光耦P17的阳极输入端通过第四十七电阻R47连接到直流电源、阴极输入端连接到单片机电路的ODR0，第十七光耦P17的阳极输入端和阴极输入端之间还并联有第三十八电容C38；第十七光耦P17的集电极输出端通过第四十八电阻R48引出第三输出驱动电路的异常反馈端口的正信号端GC+、发射极输出端引出第三输出驱动电路的异常反馈端口的负信号端GC-，第三瞬态抑制二极管TV3的阳极连接负信号端GC-、阴极连接正信号端GC+。

单片机电路连接串口驱动电路，本申请的串口驱动电路基于型号为SP3232EEA的芯片构建，其外围电路请参考图8，SP3232EEA引出TXD、RXD、P30T、P30R连接单片机芯片，引出T1O、R1I、T2O、R2I连接控制中心。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于单片机的路口信号机绿灯异常检测系统，其特征在于，所述系统包括异常检测装置、路口信号机以及控制中心，所述异常检测装置包括高压信号变换电路、接口缓冲电路、单片机电路、至少两个输出驱动电路以及串口驱动电路；

所述高压信号变换电路的输入端连接路口信号机的绿灯的交流控制信号端，所述高压信号变换电路内置降压电路、光耦隔离电路以及保险丝，所述高压信号变换电路的输出端通过所述接口缓冲电路连接所述单片机电路的信号输入端，所述接口缓冲电路基于缓冲器芯片构建，所述单片机电路的输出端分别连接并控制所述串口驱动电路以及至少两个输出驱动电路，所述串口驱动电路基于串口芯片构建，所述串口驱动电路引出通信端口用于连接控制中心，每个所述输出驱动电路分别引出异常反馈端口用于连接所述路口信号机的IO端口，所述至少两个输出驱动电路引出不同端口类型的异常反馈端口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路口信号机的绿灯具有16个交流控制信号端，则所述异常检测装置包括16个结构相同的所述高压信号变换电路以及两个结构相同的所述接口缓冲电路，每个所述高压信号变换电路的输入端分别连接路口信号机的绿灯的一个交流控制信号端，每个所述接口缓冲电路的8个输入端分别连接8个所述高压信号变换电路的输出端，两个所述接口缓冲电路的8个输出端对应相连并连接到所述单片机电路的8个信号输入端，所述单片机电路连接并控制两个接口缓冲电路中的缓冲器芯片的输出使能端，两个所述接口缓冲电路的共用所述单片机电路的8个信号输入端。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述异常检测装置包括第一输出驱动电路、第二输出驱动电路和第三输出驱动电路，所述第一输出驱动电路引出的异常反馈端口包括一个固定连接端和两个活动连接端，所述固定连接端通过所述第一输出驱动电路内的单刀双掷开关连通两个活动连接端中的其中一个；所述第二输出驱动电路引出的异常反馈端口包括信号输出端以及接地端；所述第三输出驱动电路引出的异常反馈端口包括正信号端和负信号端。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述第一输出驱动电路中，第一三极管的基极通过第四十二电阻连接到所述单片机电路，所述第一三极管的基极还分别通过第四十三电阻和第三十六电容接地，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极连接继电器的一端，所述继电器的另一端连接直流电源，所述第一三极管的集电极还连接第四十九二极管的阳极，所述第四十九二极管的阴极连接直流电源；所述继电器控制所述第一输出驱动电路引出的一个固定连接端和两个活动连接端之间的单刀双掷开关的状态。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述第二输出驱动电路中，第二三极管的基极通过第四十四电阻连接到所述单片机电路，所述第二三极管的基极还分别通过第四十五电阻和第三十七电容接地，所述第二三极管的发射极引出所述第二输出驱动电路的异常反馈端口中的接地端并接地，所述第二三极管的集电极通过第四十六电阻引出所述第二输出驱动电路的异常反馈端口中的信号输出端，第二瞬态抑制二极管的阳极连接所述接地端、阴极连接所述信号输出端。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述第三输出驱动电路中，第十七光耦的阳极输入端通过第四十七电阻连接到直流电源、阴极输入端连接到所述单片机电路，所述第十七光耦的阳极输入端和阴极输入端之间还并联有第三十八电容；所述第十七光耦的集电极输出端通过第四十八电阻引出所述第三输出驱动电路的异常反馈端口的正信号端、发射极输出端引出所述第三输出驱动电路的异常反馈端口的负信号端，第三瞬态抑制二极管的阳极连接所述负信号端、阴极连接所述正信号端。

7.根据权利要求1-6任一所述的系统，其特征在于，在所述高压信号变换电路中，所述高压信号变换电路的输入端依次连接保险丝、第一二极管和第一电阻后连接到第一光耦的阳极输入端，所述第一光耦的阴极输入端连接第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接交流电零线，所述保险丝和第一二极管的公共端还分别通过第一电容和第一压敏电阻接地，所述第一光耦的阴极输入端连接第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述第一光耦的阳极输入端；所述第一光耦的集电极输出端引出作为所述高压信号变换电路的输出端，所述第一光耦的发射极输出端接地，所述第一光耦的集电极输出端和发射极输出端之间还并联第十七电容，所述第一光耦的集电极输出端还通过第二电阻连接直流电源。

8.根据权利要求1-6任一所述的系统，其特征在于，所述单片机电路基于型号为STC10F12XE-35I的芯片构建，所述串口驱动电路基于型号为SP3232EEA的芯片构建。

Images