交通信號機(jī)電路及線路故障自檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證

許正芳 王兵 孫均友 戶建平

交通信號機(jī)是現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)的重要組成之一 ，主要用于城市道路交通信號的控制和管理[1]。由于在惡劣環(huán)境下長時(shí)間的工作，其運(yùn)行過程中很容易因受到外界干擾而出現(xiàn)故障[2]。此外，維修人員對故障類型的診斷判別時(shí)間較長[3]，對交通安全帶來一定的威脅。

近年來，交通信號機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的故障檢測技術(shù)，程序存儲(chǔ)器的故障檢測技術(shù)和綠信號沖突的故障檢測與處理技術(shù)不斷成熟與發(fā)展，為交通信號機(jī)的故障診斷提供理論基礎(chǔ)條件[4]。王兵等人設(shè)計(jì)、發(fā)明的具有故障自診斷功能的交通信號機(jī)能夠有效對自身工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，為路口交通設(shè)備提供一種高效、低成本的故障智能檢測方法，利于交通信號機(jī)故障的及時(shí)維護(hù)與維修。目前，交通信號機(jī)故障自檢測系統(tǒng)對其安全運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測以及維護(hù)技術(shù)開發(fā)，已成為國內(nèi)外各先進(jìn)城市逐步關(guān)注的科技前沿[5]。

本文通過采用AT89C51單片機(jī)和PCF8591AD/DA芯片配以LCD1602顯示屏，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)交通信號機(jī)故障檢測系統(tǒng)，根據(jù)交通信號機(jī)輸出端的電壓信息分析信號燈的故障狀態(tài)，簡化了電路結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了檢測的實(shí)時(shí)性，并通過Proteus仿真軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)操作。

1 、交通信號機(jī)故障自動(dòng)檢測系統(tǒng)

交通信號機(jī)電路及線路故障自動(dòng)檢測系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電壓采集電路、信號燈運(yùn)行電路、

液晶顯示電路、報(bào)警指示電路等部分組成，可工作的最小系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)為主控芯片組成，其內(nèi)部含有電源供電模塊、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路;電壓采集電路負(fù)責(zé)采集信號燈運(yùn)行電路的輸出電壓信號;液晶顯示電路顯示電壓采集電路所采集到的信號燈每路電壓值。系統(tǒng)通過對信號燈運(yùn)行電路輸出信號和電壓狀態(tài)的融合分析與處理，判別交通信號燈是否發(fā)生故障和故障類型，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警指示燈顯示故障狀態(tài)。

2 、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路包含單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)最小系統(tǒng)、信號燈運(yùn)行電路、電壓采集電路、報(bào)警指示電路組成，其硬件電路設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

3、系統(tǒng)Proteus仿真效果

在uVision環(huán)境中，編譯、連接生成可執(zhí)行文件。進(jìn)入Proteus軟件，將生成的目標(biāo)程序載入單片機(jī)中，按下仿真運(yùn)行按鈕，其電路故障仿真圖和線路故障仿真圖分別如圖3、圖4所示。

仿真效果表明，該系統(tǒng)故障檢測精確度達(dá)到100%，對交通信號機(jī)的故障分類更加清晰。交通信號機(jī)基于Proteus環(huán)境下進(jìn)行故障檢測仿真是一種低成本，可操行較高的檢測方法，便于維修人員到達(dá)事故現(xiàn)場后及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障類型，縮短了維修時(shí)間。

5、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的基于Proteus的交通信號機(jī)電路及線路故障自檢測系統(tǒng)，采用主芯片為AT89C51的最小系統(tǒng)控制系統(tǒng)輸入輸出，利用PCF8581采集交通信號燈運(yùn)行電路中的電壓信號。其中，單片機(jī)AT89C51內(nèi)部程序?qū)Σ杉降碾妷盒盘栠M(jìn)行判斷處理，若電壓信號不在限值范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警指示電路自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警指示功能;當(dāng)在所采集到的電壓信號限值范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警指示電路不啟動(dòng)，然后系統(tǒng)對信號燈運(yùn)行電路中電壓信號進(jìn)行重新采集檢測，由此可以看出，交通信號燈運(yùn)行電路中的電壓信號的變化是交通信號機(jī)進(jìn)行故障診斷的重要依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳瑜.交通信號機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展的思考[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（26）：10-12.

[2]盧凱，徐建閩.交通信號控制機(jī)的故障診斷與防護(hù)技術(shù)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015（4）：33-35.

[3]王滿滿.基于故障修復(fù)自組織的新型交通信號機(jī)研制[D].新疆：新疆大學(xué)：2016-06-30.

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

[5] 王兵，王滿滿，許正芳，等.一種交通信號機(jī)故障自動(dòng)檢測與遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)[P].中國專利：106157671，2016-11-23.