[發(fā)明專利]多負載同驅動箭頭信號燈故障檢測系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103559803A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設計）人: 史忠科;孔領領;任立新
• 申請（專利權）人: 西安費斯達自動化工程有限公司
• 主分類號: G08G1/097
• 分類號: G08G1/097;H05B37/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.多負載同驅動箭頭信號燈故障檢測系統(tǒng)包含以下特征：

1）多負載同驅動箭頭信號燈故障檢測系統(tǒng)包含電壓檢測電路、電流檢測電路、主控電路、通信電路；電壓檢測電路采集信號燈兩端的工頻220V電壓信息將其轉換成高低電平信息，并將該電平信息傳遞給主控電路，電流檢測電路用于采集交通燈的電流信息將其轉換成高低電平信息，并將高低電平信息傳遞給主控電路，電流檢測電路與主控電路結合采集輸出端信號燈對應的充電時間，主控電路對得到的電壓信息、電流信息、充電時間進行數(shù)據(jù)處理并判斷信號燈的故障狀態(tài)，通信電路將信號燈的狀態(tài)信息上傳到交通監(jiān)控中心；

2）多負載同驅動箭頭信號燈故障檢測系統(tǒng)還包括基于電容充電時間的功率檢測方法、最小分辨率確定方法、一個輸出端最多驅動箭頭信號燈數(shù)量的確定方法、系統(tǒng)故障檢測流程、充電時間數(shù)據(jù)采集與處理方法；基于電容充電時間的功率檢測方法給出了負載功率與充電時間的關系，最小分辨率確定方法給出了決定檢測系統(tǒng)能夠有效檢測到的最小時間波動的三個因素，一個輸出端最多驅動箭頭信號燈數(shù)量的確定方法給出了檢測系統(tǒng)允許的一個輸出端驅動信號燈最大數(shù)量的確定方法，系統(tǒng)故障檢測流程給出了本系統(tǒng)的故障檢測步驟，充電時間數(shù)據(jù)采集與處理方法給出了充電時間采集的過程和數(shù)據(jù)處理的方法；

3）電壓檢測電路包含限流電阻、壓敏電阻、單向導通二極管、隔離光耦、用于濾波的電阻和電容；交通信號燈的220V電源線中的火線經過限流電阻接入到電路，限流電阻的另一端接單向導通二極管的正向輸入端，單向導通二極管的另一端接入光耦的陽極輸入端，光耦的陰極輸入端接到零線上，濾波電容并聯(lián)到光耦的輸入端，壓敏電阻串接到零線與火線之間，光耦的漏極輸出端接到電源的正極，柵極輸出端串接由濾波電容和電阻并聯(lián)構成的濾波電路，濾波電路的另一端接地，光耦的柵極輸出端即高低電平輸出端，接到處理器的IO口上；

4）電流檢測電路包括電流互感器、壓敏電阻、電流電壓轉換電阻、單向導通二極管、限流電阻、充電電容、穩(wěn)壓管、放電電阻、放電開關；信號燈供電的電源線穿過電流互感器作為電路的輸入，壓敏電阻和電流電壓轉換電阻并聯(lián)到互感器的輸出端，互感器的一個輸出端串接一個單向導通二極管，二極管的另一端再串接一個限流電阻，限流電阻的另一端接到充電電容的一端，充電電容的另一端接到電流互感器的另一個輸出端，穩(wěn)壓管和單向導通二極管以一致的電氣方向并接到電容兩端，穩(wěn)壓管的兩端并聯(lián)由放電電阻和放電開關串聯(lián)組成的放電電路，穩(wěn)壓管的正向輸出端為高低電平，連接到主控處理器的IO口；

5）基于電容充電時間的功率檢測，主要是根據(jù)不同功率下，對電容充到某一電平的時間不同來模擬輸入端功率的變化；電容兩端的電壓以及對電容的充電電流滿足以下三個式子：

Uc=1C∫0ti(t)dt]]>

i(t)=Uo-UcRw]]>

Uo=(n*WV*k*Rv-ΔU)*U(t)]]>

其中U_c為電容C兩端電壓，C為電容C1到Cn中當前線路電容的容值，i(t)為對電容充電的電流，t為充電時間，∫為積分符號，dt為積分算子、表示對t進行積分，U_o為單向導通二極管陰極輸出的電壓，Rw為電阻Rw_1到Rw_n中當前線路電阻的阻值，Rv為電阻Rv_1到Rv_n中當前線路電阻的阻值，U(t)為頻率為50Hz的單位方波函數(shù)，U(t)使得U_o只有正弦波的正半周期對電容充電，n為當前輸出端驅動信號燈的數(shù)量，W為當前輸出端一個信號燈的功率，V為信號燈供電電壓，k為電流互感器的匝比，ΔU為單向導通二極管導通時的壓降；由以上三個公式得到電容兩端的電壓U_c與充電時間t的關系如下：

Uc=(n*WV*k*Rv-ΔU)*U(t)*(1-e-tRw*C)]]>

輸出端接n個信號燈時充到高電平U_H的時間t_n和輸出端接n-1個信號燈時充到高電平U_H的時間t_n-1受限于下面兩式：

UH=(n*WV*k*Rv-ΔU)*U(t)*(1-e-tRw*C)]]>

UH=[(n-1)*WV*k*Rv-ΔU]*U(t)*(1-e-tRw*C)]]>

根據(jù)上面兩式得到t_n和t_n-1的解如下：

tn=Rw*C*Ln=[(n*W*Rv-V*k*ΔU)*U(t)(n*W*Rv-V*k*ΔU)*U(t)-UH*V*k]]]>

tn-1=Rw*C*Ln=[[(n-1)*W*Rv-V*k*ΔU]*U(t)[(n-1)*W*Rv-V*k*ΔU]*U(t)-UH*V*k]]]>

ΔT＝t_n-1-t_n為一個輸出端接n-1個信號燈與一個輸出端接n個信號燈充到高電平時間的差值，其中ΔT與驅動信號燈的數(shù)量n成反比關系，n增大ΔT減小，n減小ΔT增大；

6）最小分辨率確定方法：最小分辨率T是檢測系統(tǒng)能夠有效識別的最小充電時間差值ΔT，T的大小受限于以下三個條件：處理器的機器周期T₁、負載端外界干擾引起的充電時間波動T₂和檢測電路元器件參數(shù)變化引起的充電時間波動T₃，T的大小與上述三個條件分別產生的影響之和成正比，如下式所述：T＝k₁T₁+k₂T₂+k₃T₃，k₁,k₂,k₃＞＝1；

7）一個輸出端最多驅動箭頭信號燈數(shù)量的確定方法：檢測系統(tǒng)允許信號機一個負載端驅動的最多信號燈數(shù)量N的確定方法如下式所述：

T＝t_n-1-t_n

T=Rw*C*Ln[[(n-1)*W*Rv-V*k*ΔU]*U(t)(n*W*Rv-V*k*ΔU)*U(t)*(n*W*Rv-V*k*ΔU)*U(t)-UH*V*k[(n-1)*W*Rv-V*k*ΔU]*U(t)-UH*V*k]]]>通過上面式子解出n的值，允許一個負載端最多驅動數(shù)量N=[n]-1，[n]表示對n取整；

8）所述多負載同驅動箭頭燈故障檢測系統(tǒng)的檢測流程包含以下步驟：系統(tǒng)上電后通過電流信息與電壓信息識別故障檢測系統(tǒng)輸入端（信號機輸出端）接有信號燈的路數(shù)，在接有信號燈的輸出端分別采集對應的充電時間來模擬該負載端的功率，識別完成后進入巡回檢測過程，處理器讀取接有信號燈輸出端的電流狀態(tài)信息、電壓狀態(tài)信息，通過對比該輸出端的電流狀態(tài)信息與電壓狀態(tài)信息是否一致，若不一致則發(fā)送報警信息，采集輸出端接有信號燈線路的充電時間減去識別過程中的標準時間，若差值大于最小分辨率T，則該輸出端有部分信號燈處于故障狀態(tài)，若差值小于最小分辨率T，則該輸出端的信號燈全部正常工作，檢測出某一輸出端出現(xiàn)故障后，主處理器將該路的故障信息通過通信電路上傳到交通監(jiān)控中心；

9）充電時間數(shù)據(jù)采集與處理方法，識別過程：以電壓信號為同步信號，在輸出端開始通電、信號燈由滅變亮的時候，連續(xù)采集20個數(shù)據(jù)，分別采集三個周期，并分別對每個周期采集到的20個數(shù)據(jù)進行排序，去掉每個周期的最大值和最小值，再對三個周期余下的54個數(shù)據(jù)進行排序，求取中值，記錄此時的中值并作為一段時間內該路模擬功率充電時間的標準值；巡回檢測過程：將電壓信號作為交通燈狀態(tài)的同步信號，在輸出端開始通電、信號燈由滅變亮的時候，連續(xù)采集20個數(shù)據(jù)，對其排序后分別去掉一個最大值和一個最小值，在剩余的數(shù)據(jù)中求取中值，將此時的中值減去識別過程中的中值，若兩者的差值大于最小分辨率T，則該輸出端有信號燈出現(xiàn)故障，若兩者的差值小于T，則輸出端的信號燈全部正常。