普通交通信號機電路故障診斷與報警系統研究①

劉亞芳++王兵++何皓++單延旭++宋斌

摘 要：該文通過對普通交通信號機電路故障分析，提出一種基于單片機的自動診斷與報警系統設計方案。該系統對采集的普通交通信號機輸出電壓的邏輯判斷，自動生成故障信息，并由LED燈顯示故障信號，實現本地自動報警。

關鍵詞：交通信號機 電路故障 診斷 報警 系統設計

中圖分類號：TN710 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（c）-0079-02

城市道路平面交叉口普通交通信號控制系統主要由交通信號機和交通信號燈組成，其中交通信號機是交通信號系統關鍵設備。由于普通交通信號機無故障自診斷和報警功能，從發現故障報警至維修完畢用時過長，易導致平交口交通混亂、交通擁堵和交通事故發生。普通交通信號控制系統在我國各城市應用廣泛，研制交通信號機故障自動診斷與報警裝置日現急需。該文通過對普通交通信號機電路故障分析，提出一種基于單片機的自動診斷與報警系統設計方案。

系統采用單片機電路設計原理，實時采集交通信號機輸出端口電壓數據，由主控芯片根據電壓數據自動判斷信號機是否發生電路故障，將發生電路故障的信息類別轉換為電平信號傳送至本地故障報警板，驅動故障報警板的LED燈控制電路點亮LED燈，實現電路故障報警。

1 交通信號機故障分析

經調研，普通交通信號機電路故障往往是由于交通信號機內電路板產生故障或連接線路短路所致，表現為信號機無法正常輸出信號，致使交通信號燈無法正常顯示配時等。產生電路故障的原因主要有：（1）信號機內電路集成板上的元器件老化之后會產生損壞或者脫焊等現象；（2）雨水或者水汽進入集成電路板造成的電路短路；（3）外電路不穩定造成內部的電容或者其他元件擊穿受損；（4）控制芯片程序“跑飛”等。無論電路短路或元器件損壞均會導致交通信號機無法正常工作。

2 系統總體設計

普通交通信號機電路故障自動診斷與報警系統主要由電壓檢測模塊、主控模塊和故障報警板等部分組成，如圖1所示。系統采用單獨供電方式，保證在電路故障時檢測系統能夠正常工作。

系統以STC12CA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輸出端口控制電壓，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；故障報警板負責通過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，判別交通信號機是否發生電路故障，并驅動故障報警板的LED燈控制電路點亮LED燈，實現電路故障報警。

3 系統電路設計

（1）主控電路設計。根據資源需求以及成本選用STC12C5A單片機，其內嵌60KB Flash存儲器和1 280B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。60KB的Flash用于存放源程序，1 280B的RAM用于電壓信號的暫存。

（2）電壓檢測電路設計。檢測芯片選擇PCF8591，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1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，工作電壓為2.5～6 V。

PCF8591芯片SCL、SDA管腳接控制芯片引腳并通過上拉電阻接VCC，用于時鐘信號和數據傳輸。AIN0～AIN4用于四路檢測信號輸入；地址編程引腳A0～A2接地；AGND與EXT引腳接地；模塊在VCC與GND間串聯1K電阻和發光二極管用于指示本模塊通電狀態；在輸出端AOUT與GND間接1K電阻和發光二極管用于指示輸出端導通狀態。故障檢測電路如圖2所示。

4 系統檢測軟件設計

系統完成初始化后，開始依次采集信號機輸出電壓信息，待采集完成后分析所采集各變量的數值。當某個或某幾個參數出現超過一個信號周期低電平或高電平，表明信號機出現電路故障，進行報警，發出控制信號點亮電路故障指示燈。檢測及報警流程如圖3所示。

5 結語

該文針對普通交通信號機常出現的故障類型提出了一種普通交通信號機電路故障自動診斷與報警系統，并介紹了設計方案。實驗表明，該系統可以快速準確地檢測到交通信號機的電路故障，并通過本地報警板顯示出故障信息，提高了交通信號燈監控自動化水平，效率高、成本低、穩定性好，具有很強的應用價值。

參考文獻

[1] 任立新，史忠科.交通信號燈故障檢測系統設計與實現[J].電子設計工程，2014，22（22）：120-123.

[2] 鄒細勇，鮑軍民，胡琪，等.交通信號燈系統中的一種故障監控設計[J].計算機測量與控制，2012，20（8）：2024-2027.