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.