一种信号灯控制开关保护电路及其自适应保护方法
【专利摘要】本发明涉及一种信号灯控制开关保护电路及其自适应保护方法，与现有技术相比解决了无法对信号灯控制开关进行自适应保护的缺陷。本发明包括以下步骤：交流电压值的实时检测；交流电压值的状态判断；一级报警范围的处理，信号灯微控器模块上报故障并保存检测值；二级报警范围的处理，信号灯微控器模块根据信号灯组的状态进行电压保护；三级报警范围的处理，信号灯微控器模块通过第一控制信号输出端、第二控制信号输出端和第三控制信号输出端发出断开控制信号，控制红灯控制开关、黄灯控制开关和绿灯控制开关呈断开状态。本发明通过对信号控制系统方案的自适应调整，极大的降低了信号灯控制开关在强干扰环境下的开关切换及故障频率。
【专利说明】一种信号灯控制开关保护电路及其自适应保护方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及信号灯控制开关技术领域，具体来说是一种信号灯控制开关保护电路及其自适应保护方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]信号控制系统是智能交通领域最基本、最核心的功能单元，由于我国道路交通等基础设施的快速发展，很多路口经常会出现基础施工等大型用电工程，影响路口的电压稳定性，进而增加信号控制系统的故障率。
[0005]当前交通信号控制技术中，对于信号灯控制回路的故障均采用实时检测当前工作状态的方法。该方法只能检测出故障发生后的问题，无法在故障发生前对相关功能部件进行保护，使得在交通路口出现电压波动等异常干扰时，信号控制系统的控制开关等部件的损坏率较高，影响路口的正常交通管理。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决现有技术中无法对信号灯控制开关进行自适应保护的缺陷，提供一种信号灯控制开关保护电路及其自适应保护方法来解决上述问题。
[0008]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种信号灯控制开关保护电路，包括交流电源线和信号灯组，信号灯组包括红灯交流电路、黄灯交流电路和绿灯交流电路，红灯交流电路、黄灯交流电路和绿灯交流电路均并接在交流电源线上，
还包括电压分析仪和信号灯微控器模块，电压分析仪并接在交流电源线上，电压分析仪的数据输出端与信号灯微控器模块的数据输入端相连;红灯交流电路由红灯控制开关和红灯串接组成，黄灯交流电路由黄灯控制开关和黄灯串接组成，绿灯交流电路由绿灯控制开关和绿灯串接组成，信号灯微控器模块的第一控制信号输出端与红灯控制开关相连，信号灯微控器模块的第二控制信号输出端与黄灯控制开关相连，信号灯微控器模块的第三控制信号输出端与绿灯控制开关相连。
[0009]所述的信号灯微控器模块为STM32芯片。
[0010]—种信号灯控制开关保护电路的自适应保护方法，包括以下步骤:
交流电压值的实时检测，电压分析仪实时检测交流电源线上的电压值，并将电压值发送给信号灯微控器模块；
交流电压值的状态判断，信号灯微控器模块将获得的交流电压值按交流电压值波动范围判断法则进行判断，得出当前的交流电压值处于正常波动范围、一级报警范围、二级报警范围或三级报警范围;若为正常波动范围，则继续进行交流电压值的实时检测； 一级报警范围的处理，信号灯微控器模块上报故障并保存检测值；
二级报警范围的处理，信号灯微控器模块根据信号灯组的状态进行电压保护；
三级报警范围的处理，信号灯微控器模块通过第一控制信号输出端、第二控制信号输出端和第三控制信号输出端发出断开控制信号，控制红灯控制开关、黄灯控制开关和绿灯控制开关呈断开状态。
[0011 ]所述的交流电压值波动范围判断法则为:
当交流电压值波动范围在AC180V?260V之间，则为正常波动范围；
当交流电压值波动范围在AC160V?AC180V之间，则为一级报警范围；
当交流电压值波动范围在AC260V?280V或交流电压值波动范围低于AC160V，则为二级报警范围；
当交流电压值波动范围大于AC280V，则为三级报警范围。
[0012]所述的二级报警范围的处理包括以下步骤:
信号灯微控器模块判断当前时段是否处于红绿灯信号切换状态，若否，则保持红灯控制开关、黄灯控制开关和绿灯控制开关的断开或闭合状态，并上报故障;若是，则信号灯微控器模块保持当前的各信号灯开关状态并将当前的方案时间延长η秒，再次进行交流电压值的状态判断；
在校验时间值T的时间范围内重复进行交流电压值的状态判断，若再次获取的交流电压值仍处于二级报警范围，则信号灯微控器模块继续当前的红绿灯信号状态并延长η秒；
若在校验时间值T的时间范围内，交流电压值的状态处于一级报警范围或三级报警范围，则按一级报警范围或三级报警范围相应的处理方式进行处理；
若超出校验时间值T的时间范围后，交流电压值的状态仍处于二级报警范围，则信号灯微控器模块进行正常红绿灯信号切换。
[0013]
有益效果
本发明的信号灯控制开关保护电路及其自适应保护方法，与现有技术相比通过对信号控制系统方案的自适应调整，极大的降低了信号灯控制开关在强干扰环境下的开关切换及故障频率，有效的降低了发生故障的概率，降低了信号控制系统的故障率，便于实现，具有较好的应用价值。
[0014]本发明降低了交通信号控制系统故障发生的机率，在外界电压波动等异常干扰严重时，降低信号灯控制开关出现故障的次数，提高信号控制系统的可靠性。由于信号控制开关发生故障多数是在外界出现电压波动等较严重的干扰时，对开关器件状态进行控制切换造成的，本发明通过在出现电压波动等严重干扰时降低信号控制开关的状态切换次数的方法来降低其故障发生率。
[0015]
【附图说明】
图1为本发明中信号灯控制开关保护电路的电路连接框图；
图2为本发明中自适应保护方法的方法顺序图；
其中，1-交流电源线、2-电压分析仪、3-信号灯微控器模块、4-红灯控制开关、5-红灯、6-黄灯控制开关、7-黄灯、8-绿灯控制开关、9-绿灯。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下:
如图1所示，本发明所述的一种信号灯控制开关保护电路，包括交流电源线I和信号灯组，信号灯组包括红灯交流电路、黄灯交流电路和绿灯交流电路，红灯交流电路、黄灯交流电路和绿灯交流电路均并接在交流电源线I上。电压分析仪2为可实时检测交流电压的模块，信号灯微控器模块3可以为集成交通信号控制方案的STM32微控制器系统，信号灯微控器模块3本身带有信号灯控制方案，其还可以实时获取电压分析仪2的交流电压值。电压分析仪2并接在交流电源线I上，电压分析仪2的数据输出端与信号灯微控器模块3的数据输入端相连，电压分析仪2检测到交流电源线I上的电压值，发送给信号灯微控器模块3进行处理分析。
[0018]红灯交流电路由红灯控制开关4和红灯5串接组成，黄灯交流电路由黄灯控制开关6和黄灯7串接组成，绿灯交流电路由绿灯控制开关8和绿灯9串接组成，信号灯微控器模块3的第一控制信号输出端与红灯控制开关4相连，信号灯微控器模块3的第二控制信号输出端与黄灯控制开关6相连，信号灯微控器模块3的第三控制信号输出端与绿灯控制开关8相连。信号灯微控器模块3其自带的内部控制方案不仅可设定红灯5、黄灯7和绿灯9分别亮的时间值，并实时调整该运行方案；而且信号灯微控器模块3还可以根据获取至的电压值，通过第一控制信号输出端、第二控制信号输出端或第三控制信号输出端控制红灯控制开关4、黄灯控制开关6或绿灯控制开关8。
[0019]如图2所示，本发明的一种信号灯控制开关保护电路的自适应保护方法，通过信号灯微控器模块3实时检测电压分析仪2获取的交流电压值，并根据自身的信号灯红绿灯控制方案，实时控制红黄绿信号灯的开关状态切换。通过对信号灯微控器模块3的供电电压波动等异常干扰状态，采用多级自保护的方式，实现对信号灯组等部件的保护;采用方案自适应调整的方法优化信号灯微控器模块3的控制功能，实现对信号灯控制开关状态切换的更安全控制，降低信号灯控制开关在电压波动时频繁开关易造成损坏的问题。其具体包括以下步骤:
第一步，交流电压值的实时检测。电压分析仪2实时检测交流电源线I上的电压值，并将电压值发送给信号灯微控器模块3。
[0020]本发明的判断原理为:通过信号灯微控器模块3及电压分析仪2获取供电电压的实时运行状态，当电压波动等干扰达到一定故障等级时，执行红绿灯控制方案的降级处理，或者执行自适应调整的方案，并将干扰故障上报保存。如在干扰非常严重时，执行关灯指令，以保护信号灯及控制开关；当干扰较轻时，发送相应的故障代码给信号控制中心保存或管理。当电压波动等干扰较严重时，信号控制系统采用自适应调整方案的方法，根据设定的时间值，延长当前红绿灯运行状态一定的时间段，如电压波动等干扰恢复正常，则执行信号灯灯色状态变化的方案，控制红绿灯的开关状态切换;如电压波动等干扰仍较严重，则继续延长当前红绿灯运行状态一定的时间段，直至总共延长的时间段达到设定的状态最大允许延长时间，进行运行方案的强制转换。
[0021]第二步，交流电压值的状态判断。信号灯微控器模块3将获得的交流电压值按交流电压值波动范围判断法则进行判断，得出当前的交流电压值处于正常波动范围、一级报警范围、二级报警范围或三级报警范围；若为正常波动范围，则继续进行交流电压值的实时检测。其中:交流电压值波动范围判断法则为:
(1)当交流电压值波动范围在AC180V?260V之间，则为正常波动范围；
(2)当交流电压值波动范围在AC160V?AC180V之间，则为一级报警范围；
(3)当交流电压值波动范围在AC260V?280V或交流电压值波动范围低于AC160V，则为二级报警范围；
(4)当交流电压值波动范围大于AC280V，则为为三级报警范围。
[0022]在此设定交流电压值波动范围判断法则的目的是，将获取到的交流电压检测值进行分类处理，即当遇到需要立即断电的电压范围时，则进行断电处理；当遇到信号切换状态时，为保护信号相序的稳定性，则进行分类判断处理。
[0023]第三步，一级报警范围的处理。信号灯微控器模块3上报故障并保存检测值，仅记录检测值，不进行相应的直接处理。
[0024]第四步，二级报警范围的处理。信号灯微控器模块3根据信号灯组的状态进行电压保护，二级报警范围处于一级报警范围和三级报警范围之间，对于此区间范围的处理则结合信号灯的状态进行自适应处理，其具体步骤如下:
(I)信号灯微控器模块3判断当前时段是否处于红绿灯信号切换状态，红绿灯信号切换状态为红绿灯变化状态，在此状态时，若直接进行断电处理，对于道路交通安全是极大隐患，且在二级报警范围内直接断电处理，虽可以对信号灯或其相应开关电路起到很好的保护，但由于实际环境中二级报警范围的经常出现，会出现反复的断开操作，反而影响了电子器件的使用可靠性。因此，在此针对此类情况进行判断。若否(不处于红绿灯信号切换状态)，则保持红灯控制开关4、黄灯控制开关6和绿灯控制开关8的断开或闭合状态，并上报故障，即保持原有信号灯状态，上报故障，不做硬性处理。若是(处于红绿灯信号切换状态)，则信号灯微控器模块3保持当前的各信号灯开关状态并将当前的方案时间延长η秒，再次进行交流电压值的状态判断。具体的延长时间可以根据实际需要来定，一般为3秒，也可以为5秒或更长。
[0025](2)在校验时间值T的时间范围内重复进行交流电压值的状态判断，若再次获取的交流电压值仍处于二级报警范围，则信号灯微控器模块3继续当前的红绿灯信号状态并延长η秒。其中，校验时间值T通常可以为10秒-100秒，根据需要设定。
[0026](3)若在校验时间值T的时间范围内，交流电压值的状态处于一级报警范围或三级报警范围，则按一级报警范围或三级报警范围相应的处理方式进行处理。通过这样的缓冲式处理方案，可以减少对信号灯或其相应开关电路的控制操作，提高电子设备的使用可靠性。
[0027](4)若超出校验时间值T的时间范围后，交流电压值的状态仍处于二级报警范围，则信号灯微控器模块3进行正常红绿灯信号切换，最大程度减少对信号灯或其相应开关电路的影响。
[0028]第五步，三级报警范围的处理，说明当前电压已经比较危险，需要立即断电处理。信号灯微控器模块3通过第一控制信号输出端、第二控制信号输出端和第三控制信号输出端发出断开控制信号，控制红灯控制开关4、黄灯控制开关6和绿灯控制开关8呈断开状态，将信号灯或其相应开关电路进行保护，实现在对路口交通控制的同时对继电器开关的最低开关切换和保护。
[0029]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种信号灯控制开关保护电路，包括交流电源线(I)和信号灯组，信号灯组包括红灯交流电路、黄灯交流电路和绿灯交流电路，红灯交流电路、黄灯交流电路和绿灯交流电路均并接在交流电源线(I)上， 其特征在于:还包括电压分析仪(2)和信号灯微控器模块(3)，电压分析仪(2)并接在交流电源线(I)上，电压分析仪(2)的数据输出端与信号灯微控器模块(3)的数据输入端相连；红灯交流电路由红灯控制开关(4 )和红灯(5 )串接组成，黄灯交流电路由黄灯控制开关(6 )和黄灯(7)串接组成，绿灯交流电路由绿灯控制开关(8)和绿灯(9)串接组成，信号灯微控器模块(3)的第一控制信号输出端与红灯控制开关(4)相连，信号灯微控器模块(3)的第二控制信号输出端与黄灯控制开关(6)相连，信号灯微控器模块(3)的第三控制信号输出端与绿灯控制开关(8)相连。2.根据权利要求1所述的一种信号灯控制开关保护电路，其特征在于:所述的信号灯微控器模块(3)为STM32芯片。3.根据权利要求1所述的一种信号灯控制开关保护电路的自适应保护方法，其特征在于，包括以下步骤: 31)交流电压值的实时检测，电压分析仪(2)实时检测交流电源线(I)上的电压值，并将电压值发送给信号灯微控器模块(3); 32)交流电压值的状态判断，信号灯微控器模块(3)将获得的交流电压值按交流电压值波动范围判断法则进行判断，得出当前的交流电压值处于正常波动范围、一级报警范围、二级报警范围或三级报警范围;若为正常波动范围，则继续进行交流电压值的实时检测； 33)—级报警范围的处理，信号灯微控器模块(3)上报故障并保存检测值； 34)二级报警范围的处理，信号灯微控器模块(3)根据信号灯组的状态进行电压保护； 35)三级报警范围的处理，信号灯微控器模块(3)通过第一控制信号输出端、第二控制信号输出端和第三控制信号输出端发出断开控制信号，控制红灯控制开关(4)、黄灯控制开关(6)和绿灯控制开关(8)呈断开状态。4.根据权利要求3所述的一种信号灯控制开关保护电路的自适应保护方法，其特征在于，所述的交流电压值波动范围判断法则为: 41)当交流电压值波动范围在AC 180 V?260V之间，则为正常波动范围； 42 )当交流电压值波动范围在AC 160 V?AC 180 V之间，则为一级报警范围； 43)当交流电压值波动范围在AC260V?280V或交流电压值波动范围低于AC160V，则为二级报警范围； 44)当交流电压值波动范围大于AC280V，则为三级报警范围。5.根据权利要求3所述的一种信号灯控制开关保护电路的自适应保护方法，其特征在于，所述的二级报警范围的处理包括以下步骤: 51)信号灯微控器模块(3)判断当前时段是否处于红绿灯信号切换状态，若否，则保持红灯控制开关(4)、黄灯控制开关(6)和绿灯控制开关(8)的断开或闭合状态，并上报故障；若是，则信号灯微控器模块(3)保持当前的各信号灯开关状态并将当前的方案时间延长η秒，再次进行交流电压值的状态判断； 52)在校验时间值T的时间范围内重复进行交流电压值的状态判断，若再次获取的交流电压值仍处于二级报警范围，则信号灯微控器模块(3)继续当前的红绿灯信号状态并延长η 秒； 53)若在校验时间值T的时间范围内，交流电压值的状态处于一级报警范围或三级报警范围，则按一级报警范围或三级报警范围相应的处理方式进行处理； 54)若超出校验时间值T的时间范围后，交流电压值的状态仍处于二级报警范围，则信号灯微控器模块(3)进行正常红绿灯信号切换。
【文档编号】G08G1/097GK106097752SQ201610677729
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月16日 公开号201610677729.1, CN 106097752 A, CN 106097752A, CN 201610677729, CN-A-106097752, CN106097752 A, CN106097752A, CN201610677729, CN201610677729.1
【发明人】杨志华, 岳彩林, 张博, 王海亮, 徐步玉
【申请人】安徽科力信息产业有限责任公司