交通信號機供電故障報警電路設計

何皓++王兵++孫均友++單延旭++許正芳

摘 要：隨著城市各類交通流的不斷增加，交通信號控制系統在交叉口的應用也日益廣泛。交通信號機是交通信號控制系統的核心設備，交通信號機一旦發生供電故障，易導致交叉口發生交通混亂、交通擁堵和交通事故，而常用交通信號機基本不具備供電故障自動診斷和報警功能。該文對交通信號機常見供電故障進行了分析和分類，設計了一套交通信號機供電故障自動診斷和報警電路，經過實驗驗證，能夠對常規交通信號燈實現供電故障自動診斷和報警功能。

關鍵詞：交通信號機 供電故障 診斷 報警 電路設計

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0030-02

交通信號控制系統是控制城市道路交叉口車輛行人有序行駛的重要設施，交通信號機是交通信號控制系統的核心設備。由于常用交通信號機無供電故障自診斷和報警功能，從發現故障至維修完畢用時過長，易導致交叉口交通混亂、交通擁堵和交通事故的發生。交通信號控制系統在我國各地區分布和應用比較廣泛，研制交通信號機供電故障自動診斷與報警裝置日現急需。該文對交通信號機常見供電故障進行分析，提出了一套交通信號機供電故障自診斷與報警電路設計方案。

1 常見交通信號機供電故障分析

交通信號機供電故障往往是由城市配電系統或交通信號機供配電設施發生故障所致，表現為對交通信號機斷電或供電不足。斷電的原因主要有：（1）架空線遭到外力破壞使導線馳度過緊，或遭受極端天氣而拉斷導線造成斷線；（2）供電電氣設備由于老化等原因出現故障造成斷電；（3）配電網計劃性檢修、技改和業擴工程造成局部斷電。供電不足主要發生在用電高峰期，由于變壓器容量不夠及低壓網絡線路的部分老化導致部分區域供電不足，無論斷電還是供電不足均會導致交通信號機無法正常工作。

2 電路總體設計

應對交通信號機斷電和供電不足的供電故障，該研究設計了一套交通信號機供電故障自診斷與報警電路方案。交通信號機供電故障報警電路主要由主控模塊、電壓檢測模塊和本地報警板等部分組成，如圖1所示。電路采用單獨供電，可保證在發生供電故障時該報警電路能夠正常工作。

電路以STC12CA5A60S2型單片機為主控模塊；電壓檢測模塊負責采集交通信號機的供電電壓，并將電壓信號轉換為能夠識別的、具有高低電平特性的數字信號；該地報警板負責通過LED燈控制電路報警信息的顯示。主控模塊接收電壓檢測模塊發出的數字信號，經設定程序分析判斷，判別是否發生供電故障，并驅動故障報警板的LED燈控制電路點亮LED燈，實現故障報警。

3 主要硬件電路設計

（1）主控電路設計。根據資源需求以及成本選用STC12C5A60S2單片機，其內嵌60 kB Flash存儲器和1280 B的RAM，具有豐富的I/O端口資源，且具有超強抗干擾能力，功耗低，速度快等特點。60 kB的Flash用于存放源程序，1280 B的RAM用于電壓信號的暫存。

（2）電壓檢測電路設計。由于供電故障最終都會表現為電壓值不在正常范圍內或電平的狀態不對，因而該電路可對其進行檢測來判斷是否出現供電故障。故障檢測電路如圖3所示。該檢測電路采用PCF8591進行電壓模擬量的采集，此芯片為一個單獨供電、單片集成、功耗低、8位CMOS數據獲取器件，每片PCF8591可輸入4個模擬量，可輸出一個模擬量和1個串行總線接口，需要傳輸的所有的數據、地址等信息都是通過雙向總線雙向傳輸，當采集到的模擬量電壓不在正常范圍內時，則表明出現供電故障。

4 系統檢測軟件流程

系統完成初始化后，開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值。當變量表現為低電平，則表明發生供電故障，并發出控制信號點亮故障指示燈進行報警，檢測及報警軟件流程如圖4所示。

5 結語

該文針對交通信號機常見的供電故障提出了一套交通信號機供電故障自動診斷與報警電路設計方案。通過實驗驗證，表明該電路可以快速準確地檢測到交通信號機的供電故障，并通過報警指示燈顯示故障信息。

參考文獻

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