交通信號(hào)機(jī)供電故障報(bào)警電路設(shè)計(jì)

何皓++王兵++孫均友++單延旭++許正芳

摘 要：隨著城市各類(lèi)交通流的不斷增加，交通信號(hào)控制系統(tǒng)在交叉口的應(yīng)用也日益廣泛。交通信號(hào)機(jī)是交通信號(hào)控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，交通信號(hào)機(jī)一旦發(fā)生供電故障，易導(dǎo)致交叉口發(fā)生交通混亂、交通擁堵和交通事故，而常用交通信號(hào)機(jī)基本不具備供電故障自動(dòng)診斷和報(bào)警功能。該文對(duì)交通信號(hào)機(jī)常見(jiàn)供電故障進(jìn)行了分析和分類(lèi)，設(shè)計(jì)了一套交通信號(hào)機(jī)供電故障自動(dòng)診斷和報(bào)警電路，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，能夠?qū)ΤＲ?guī)交通信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)供電故障自動(dòng)診斷和報(bào)警功能。

關(guān)鍵詞：交通信號(hào)機(jī) 供電故障 診斷 報(bào)警 電路設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（c）-0030-02

交通信號(hào)控制系統(tǒng)是控制城市道路交叉口車(chē)輛行人有序行駛的重要設(shè)施，交通信號(hào)機(jī)是交通信號(hào)控制系統(tǒng)的核心設(shè)備。由于常用交通信號(hào)機(jī)無(wú)供電故障自診斷和報(bào)警功能，從發(fā)現(xiàn)故障至維修完畢用時(shí)過(guò)長(zhǎng)，易導(dǎo)致交叉口交通混亂、交通擁堵和交通事故的發(fā)生。交通信號(hào)控制系統(tǒng)在我國(guó)各地區(qū)分布和應(yīng)用比較廣泛，研制交通信號(hào)機(jī)供電故障自動(dòng)診斷與報(bào)警裝置日現(xiàn)急需。該文對(duì)交通信號(hào)機(jī)常見(jiàn)供電故障進(jìn)行分析，提出了一套交通信號(hào)機(jī)供電故障自診斷與報(bào)警電路設(shè)計(jì)方案。

1 常見(jiàn)交通信號(hào)機(jī)供電故障分析

交通信號(hào)機(jī)供電故障往往是由城市配電系統(tǒng)或交通信號(hào)機(jī)供配電設(shè)施發(fā)生故障所致，表現(xiàn)為對(duì)交通信號(hào)機(jī)斷電或供電不足。斷電的原因主要有：（1）架空線(xiàn)遭到外力破壞使導(dǎo)線(xiàn)馳度過(guò)緊，或遭受極端天氣而拉斷導(dǎo)線(xiàn)造成斷線(xiàn)；（2）供電電氣設(shè)備由于老化等原因出現(xiàn)故障造成斷電；（3）配電網(wǎng)計(jì)劃性檢修、技改和業(yè)擴(kuò)工程造成局部斷電。供電不足主要發(fā)生在用電高峰期，由于變壓器容量不夠及低壓網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路的部分老化導(dǎo)致部分區(qū)域供電不足，無(wú)論斷電還是供電不足均會(huì)導(dǎo)致交通信號(hào)機(jī)無(wú)法正常工作。

2 電路總體設(shè)計(jì)

應(yīng)對(duì)交通信號(hào)機(jī)斷電和供電不足的供電故障，該研究設(shè)計(jì)了一套交通信號(hào)機(jī)供電故障自診斷與報(bào)警電路方案。交通信號(hào)機(jī)供電故障報(bào)警電路主要由主控模塊、電壓檢測(cè)模塊和本地報(bào)警板等部分組成，如圖1所示。電路采用單獨(dú)供電，可保證在發(fā)生供電故障時(shí)該報(bào)警電路能夠正常工作。

電路以STC12CA5A60S2型單片機(jī)為主控模塊；電壓檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)采集交通信號(hào)機(jī)的供電電壓，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠識(shí)別的、具有高低電平特性的數(shù)字信號(hào)；該地報(bào)警板負(fù)責(zé)通過(guò)LED燈控制電路報(bào)警信息的顯示。主控模塊接收電壓檢測(cè)模塊發(fā)出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)設(shè)定程序分析判斷，判別是否發(fā)生供電故障，并驅(qū)動(dòng)故障報(bào)警板的LED燈控制電路點(diǎn)亮LED燈，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警。

3 主要硬件電路設(shè)計(jì)

（1）主控電路設(shè)計(jì)。根據(jù)資源需求以及成本選用STC12C5A60S2單片機(jī)，其內(nèi)嵌60 kB Flash存儲(chǔ)器和1280 B的RAM，具有豐富的I/O端口資源，且具有超強(qiáng)抗干擾能力，功耗低，速度快等特點(diǎn)。60 kB的Flash用于存放源程序，1280 B的RAM用于電壓信號(hào)的暫存。

（2）電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)。由于供電故障最終都會(huì)表現(xiàn)為電壓值不在正常范圍內(nèi)或電平的狀態(tài)不對(duì)，因而該電路可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)來(lái)判斷是否出現(xiàn)供電故障。故障檢測(cè)電路如圖3所示。該檢測(cè)電路采用PCF8591進(jìn)行電壓模擬量的采集，此芯片為一個(gè)單獨(dú)供電、單片集成、功耗低、8位CMOS數(shù)據(jù)獲取器件，每片PCF8591可輸入4個(gè)模擬量，可輸出一個(gè)模擬量和1個(gè)串行總線(xiàn)接口，需要傳輸?shù)乃械臄?shù)據(jù)、地址等信息都是通過(guò)雙向總線(xiàn)雙向傳輸，當(dāng)采集到的模擬量電壓不在正常范圍內(nèi)時(shí)，則表明出現(xiàn)供電故障。

4 系統(tǒng)檢測(cè)軟件流程

系統(tǒng)完成初始化后，開(kāi)始采集供電電路電壓信息，待采集完成后分析所采集變量的數(shù)值。當(dāng)變量表現(xiàn)為低電平，則表明發(fā)生供電故障，并發(fā)出控制信號(hào)點(diǎn)亮故障指示燈進(jìn)行報(bào)警，檢測(cè)及報(bào)警軟件流程如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)交通信號(hào)機(jī)常見(jiàn)的供電故障提出了一套交通信號(hào)機(jī)供電故障自動(dòng)診斷與報(bào)警電路設(shè)計(jì)方案。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明該電路可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)到交通信號(hào)機(jī)的供電故障，并通過(guò)報(bào)警指示燈顯示故障信息。

參考文獻(xiàn)

[1] 任立新，史忠科.交通信號(hào)燈故障檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2014，22（22）：120-123.

[2] 鄒細(xì)勇，鮑軍民，胡琪，等.交通信號(hào)燈系統(tǒng)中的一種故障監(jiān)控設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（8）：2024-2027.

[3] 劉新英，高玉雪.基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2014，22（3）：174-177.

[4] 鄒細(xì)勇，鮑軍民，胡琪，等.交通信號(hào)燈系統(tǒng)中的故障監(jiān)控設(shè)計(jì)[A].2012（杭州）中國(guó)長(zhǎng)三角照明科技論壇論文集[C].2012：183-188.