道路交通信号故障监测器及处理系统的制作方法

本实用新型涉及交通信号灯监测技术领域，尤其涉及一种道路交通信号故障监测器及处理系统。

背景技术：

当前道路交通信号灯出现异常时都是通过人工巡检以及热心市民电话通知反馈的形式进行汇总和派单维修。如此容易造成维管单位无法实时得到通知，同时由于热心市民反馈讯息的非专业性，在到现场之前往往无法确切知道是哪盏灯具出现故障以及是否真的出现故障，从而造成维修工作的不便，甚至需要再安排专人到现场确认状况。上述问题严重影响到交通管理运作的流畅性和安全性，比如造成大量堵车甚至交通事故。

因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种道路交通信号故障监测器及系统，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种道路交通信号故障监测器，其用于对交通信号灯的故障进行监测和报警，所述道路交通信号故障监测器包括：通讯电源模块和至少一个信号监测模块；

所述通讯电源模块包括：电源单元、通讯单元以及连接器：

所述电源单元包括：AC-DC电源、电源管理电路、第一MCU芯片以及并联设置的第一DC-DC电源和第二DC-DC电源，所述AC-DC电源通过所述电源管理电路与所述第一DC-DC电源和第二DC-DC电源电连接，所述第一DC-DC电源与所述第一MCU芯片电连接，所述第一MCU芯片通过所述连接器与所述信号监测模块电连接；

所述通讯单元包括：通讯芯片，所述第二DC-DC电源与所述通讯芯片电连接，且所述通讯芯片与所述第一MCU芯片进行数据交互；

所述信号监测模块包括：监测分析单元、IO转IIC芯片以及第二MCU芯片；

所述监测分析单元包括：电能信号检测电路和信号采集分析芯片，所述电能信号检测电路与所述信号采集分析芯片电连接，所述信号采集分析芯片和IO转IIC芯片分别与所述第二MCU芯片电连接，所述第二MCU芯片与所述连接器电连接。

作为本实用新型的道路交通信号故障监测器的改进，所述电源管理电路包括：防倒流二极管、第一限流电阻、第一光耦、电池过放保护电路。

作为本实用新型的道路交通信号故障监测器的改进，所述电源单元还包括防雷电路，外部输入的AC电流经所述防雷电路输入至所述AC-DC电源中。

作为本实用新型的道路交通信号故障监测器的改进，所述通讯电源模块还包括备用电池组，所述备用电池组与所述电源管理电路相连接。

作为本实用新型的道路交通信号故障监测器的改进，所述监测分析单元为N个，任一所述监测分析单元具有红灯、黄灯、绿灯的信号输入和输出端口，所述N为正整数。

作为本实用新型的道路交通信号故障监测器的改进，所述电能信号检测电路包括：红灯电能信号检测电路、黄灯电能信号检测电路以及绿灯电能信号检测电路，任一电能信号检测电路包括通断电检测电路和电流电压测量电路。

作为本实用新型的道路交通信号故障监测器的改进，所述通断电检测电路包括：第一二极管、第二二极管、第一电容、第二限流电阻、第二光耦、分流电阻以及第二电容，所述第一二极管、第二二极管、第二限流电阻串联后与所述第二光耦的一个输入端相连接，所述第一电容一端连接于所述第二二极管和第二限流电阻之间，另一端与所述第二光耦的另一个输入端相连接，所述分流电阻与所述第二光耦的一个输出端相连接，所述第二电容连接于所述分流电阻和所述第二光耦的一个输出端之间。

作为本实用新型的道路交通信号故障监测器的改进，所述电流电压测量电路包括电流测量电路和电压测量电路；

所述电流测量电路包括：电流互感器、第一整流器、第一放大器以及第一RC滤波电路，所述电流互感器的初级串联于交通信号灯回路中，次级输出与所述第一整流器相连接，所述第一整流器的输出经第一电阻和第三电容与所述第一放大器相连接，所述第一放大器包括：第一运放、第二电阻、第三电阻、第四电容，所述第一放大器的输出端与所述第一RC滤波电路相连接；

所述电压测量电路包括：电压互感器、第二整流器、第二放大器以及第二RC滤波电路，所述电压互感器的初级串联于交通信号灯回路中，次级输出与所述第二整流器相连接，所述第二整流器的输出经第五电阻和第五电容与所述第二放大器相连接，所述第二放大器包括：第二运放、第六电阻、第七电阻、第六电容，所述第二放大器的输出端与所述第二RC滤波电路相连接。

作为本实用新型的道路交通信号故障监测器的改进，所述监测分析单元和第二MCU芯片之间还设置有电子选通开关，所述电子选通开关包括两个双通道一拖四电子切换开关芯片。

为解决上述技术问题，本实用新型的另一技术方案是：

一种道路交通信号故障处理系统，其包括：至少一个如上所述的道路交通信号故障监测器、通讯基站、交通灯监控云服务器以及客户端；至少一个道路交通信号故障监测器分别通过所述通讯基站与所述交通灯监控云服务器和客户端进行数据传输。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的道路交通信号故障监测器通过优化电路组织和应用，实现了交通信号灯工作状态的监测和异常实时报警功能，并通过云平台将维保信息精确的推送给维保人员，实现了交通信号灯故障的快速通知和维修。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的道路交通信号故障监测器一具体实施方式的原理框图；

图2为图1中通讯电源模块的模块图；

图3为图2中电源管理电路的电路图；

图4为图1中信号监测模块的模块图；

图5为图4中监测分析单元的模块图；

图6为图5中通断电检测电路的电路图；

图7为图5中电流电压测量电路的电路图；

图8为图4中电子选通开关的电路图；

图9为图4中IO转IIC芯片的电路图；

图10为本实用新型的道路交通信号故障处理系统一具体实施方式的模块图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的道路交通信号故障监测器用于对交通信号灯的故障进行监测和报警，其包括：通讯电源模块1和至少一个信号监测模块2。

其中，所述通讯电源模块1用于实现电源供应以及数据的交互传输，至少一个信号监测模块2分别与所述通讯电源模块1相连接，并检测交通信号灯的工作状态以及参数，同时进行实时记录和分析，当出现异常时发送异常报警信号，任一个信号监测模块2用于监测一条线路上的交通信号灯。

如图2所示，所述通讯电源模块1包括：电源单元11、通讯单元12以及连接器13：

其中，所述电源单元11用于进行供电，其包括：AC-DC电源111、电源管理电路112、第一MCU芯片113以及并联设置的第一DC-DC电源114和第二 DC-DC电源115。

具体地，所述AC-DC电源111通过所述电源管理电路112与所述第一DC-DC 电源114和第二DC-DC电源115电连接，所述第一DC-DC电源114与所述第一MCU芯片113电连接，所述第一MCU芯片113通过所述连接器13与所述信号监测模块2电连接。其中，所述第一DC-DC电源114为所述第一MCU芯片 113和连接器13提供5V的工作电压，所述第一MCU芯片113的型号为： STC15W4K32S4，所述连接器为RJ-45连接器，该RJ-45连接器上具有支撑 RS-485通讯的接口。

如图3所示，所述电源管理电路112包括：防倒流二极管D1、第一限流电阻R9、第一光耦OP1、电池过放保护电路。其中，所述防倒流二极管D1用于电源掉电时防止电流倒流，第一限流电阻R9用于充电限流。所述第一光耦 OP具有VC引脚，该VC引脚接MCU，当有交流电输入时VC为低电平，交流电掉电时，VC为高电平。从而，VC为高电平时，MCU可通过2/3/4G通讯模块向监控中心服务器发送掉电报警讯号。所述电池过放保护电路具有继电器 Relay、二极管D2、二极管D3、电阻R10、电阻R11、电容Q1。其可实现产品组装，在没有通电的状况下电池不输出电源，产品安装完通电后再掉电电池可接替输出电源。

此外，所述电源单元11还包括防雷电路116，外部输入的AC电流经所述防雷电路116输入至所述AC-DC电源111中，所述防雷电路116能够对所述通讯电源模块1进行保护。进一步地，所述通讯电源模块1还包括备用电池组117，所述备用电池组117与所述电源管理电路112相连接。从而，通过上所述备用电池组117可实现现场交通灯系统断电时及时发出断电报警信号。

所述通讯单元12包括：通讯芯片121和SIM卡，所述第二DC-DC电源115 与所述通讯芯片121电连接，且所述通讯芯片121与所述第一MCU芯片113 进行数据交互。其中，所述通讯芯片121支持2G、3G、4G通信，且所述通讯芯片121与所述SIM卡相连接。所述第二DC-DC电源115为所述通讯芯片121 提供4V的工作电压。

如图4所示，所述信号监测模块2为至少一个，当需要实现多路交通信号的监测时，可设置2个以上的信号监测模块2。其中，任一所述信号监测模块2包括：监测分析单元21、IO转IIC芯片22、第二MCU芯片23。

如图5所示，所述监测分析单元21为N个，任一所述监测分析单元21 具有红灯、黄灯、绿灯的信号输入和输出端口，其中，所述N为正整数。在一个实施方式中，所述N＝8。从而，当设置4个信号监测模块2时，可实现 96路交通信号灯的工作状态的监测。任一所述监测分析单元21包括：电能信号检测电路211和信号采集分析芯片212。所述电能信号检测电路211与所述信号采集分析芯片212电连接，所述信号采集分析芯片212和IO转IIC芯片22分别与所述第二MCU芯片23电连接，所述第二MCU芯片23与所述连接器 13电连接。

具体地，所述电能信号检测电路211包括：红灯电能信号检测电路、黄灯电能信号检测电路以及绿灯电能信号检测电路，任一电能信号检测电路211 包括通断电检测电路2111和电流电压测量电路2112。

所述通断电检测电路2111实时反应交通信号灯亮灯的起始、结束点，据此所述第二MCU芯片23可记录交通信号灯的工作模式、以及在亮灯期间各个时段的工作参数；实际运行中，通过最新数据和立式数据的比对，即可确认交通信号灯是否正常点亮，发生异常时的故障类型。

如图6所示，所述通断电检测电路2111包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C31、第二限流电阻R2、第二光耦OP1、分流电阻R31以及第二电容C9。

所述第一二极管D1、第二二极管D2、第二限流电阻R2串联后与所述第二光耦OP1的一个输入端相连接，所述第一电容C31一端连接于所述第二二极管D2和第二限流电阻R2之间，另一端与所述第二光耦OP1的另一个输入端相连接，所述分流电阻R31与所述第二光耦OP1的一个输出端相连接，所述第二电容C9连接于所述分流电阻R31和所述第二光耦OP1的一个输出端之间。

所述通断电检测电路2111中，第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C31组成一个交流电源的整流、滤波电路，当交通信号机有输出时在第一电容C31上会产生一个直流电压，经第二限流电阻R2限流后驱动第二光耦 OP1，第二光耦OP1输出端INT0输出低电平信号；反之，当交通信号机没有输出时，第一电容C31上没有直流电压，第二光耦OP1不被驱动，第二光耦 OP1输出端INT0由于分流电阻R31的分流而输出高电平信号，第二电容C9 用于滤除干扰信号。

如图7所示，所述电流电压测量电路2112包括电流测量电路和电压测量电路；

所述电流测量电路包括：电流互感器CT1、第一整流器DB1、第一放大器以及第一RC滤波电路。

其中，所述电流互感器CT1的初级串联于交通信号灯回路中，次级输出与所述第一整流器DB1相连接，所述第一整流器DB1的输出经第一电阻R7和第三电容C1与所述第一放大器相连接，所述第一放大器包括：第一运放U1B、第二电阻R9、第三电阻R11、第四电容C2，所述第一放大器的输出端与所述第一RC滤波电路相连接。

所述电流测量电路中，所述电流互感器CT1，初级串联在交通信号灯回路中，次级输出经过第一整流器DB1整流后，在第一电阻R7上产一个两倍于交流电压频率的波动直流电压信号，第三电容C1用于将第一电阻R7上的波动直流电压信号转为平滑的直流电压信号，第一运放U1B、第二电阻R9、第三电阻R11、第四电容C2组成的信号放大器放大，再经过由R13、C4组成的第一RC滤波电路滤波后，发送给第二MCU芯片23进行电流信号的采集检测。

所述电压测量电路包括：电压互感器VT1、第二整流器DB2、第二放大器以及第二RC滤波电路。

其中，所述电压互感器VT1的初级串联于交通信号灯回路中，次级输出与所述第二整流器DB2相连接，所述第二整流器DB2的输出经第五电阻R8和第五电容C5与所述第二放大器相连接，所述第二放大器包括：第二运放U1A、第六电阻R10、第七电阻R12、第六电容C2，所述第二放大器的输出端与所述第二RC滤波电路相连接。

所述电压测量电路中，所述电压互感器VT1的初级还设置有第二限流电阻R1，以符合电压互感器VT1初级输入条件，次级输出经过第二整流器DB2 整流后，在第五电阻R8上产一个两倍于交流电压频率的波动直流电压信号，第五电容C5用于将第五电阻R8上的波动直流电压信号转为平滑的直流电压信号，第二运放U1A、第六电阻R10、第七电阻R12、第六电容C2组成的信号放大器放大，再经过由R14、C8组成的第二RC滤波电路，发送给第二MCU 芯片23进行电压信号的采集检测。此外，所述电压互感器VT1初级的两端还连接有压敏电阻RV1，其用于交流线路的感应雷电防护。

如图8所示，所述监测分析单元21和第二MCU芯片23之间还设置有电子选通开关24，其中，所述电子选通开关包括两个双通道一拖四电子切换开关芯片，通过CTL1、CTL2、CTL3、CTL4四路控制信号，实现了8路UART通讯接口的选通切换。优选地，所述电子切换开关芯片的型号为MC14052BDR2。

如图9所示，所述IO转IIC芯片22可实现在8路检测分析模组输出的中断信号/INT0-/INT8有变化时，产生一个中断信号/INT,集控MCU收到/INT 中断信号时，即可通过IIC总线查询具体是哪个检测分析模组产生异常中断，进而配合电阻选通开关透过UART接口与相应检测分析模组进行通讯，获取异常报警讯息；如此应用避免了“轮巡查询”造成的时间延误，提升了系统运行效率，最大程度上障了异常反馈速度。优选地，所述IO转IIC芯片22 的型号为PCF8574。

所述第二MCU芯片23的型号优选为STC15W4K32S4。

此外，所述信号监测模块2还具备工作状态指示灯、通讯状态指示灯和学习按钮，方便在现场做状态确认和变更。通过两种指示灯的状态可以获设备运行状态和负载运行状态，在交通灯维修/更换时可通过学习按钮可手动操作，让设备进入学习状态，重新记录交通灯的工作方式以及工作参数，作为后续的故障报警比对依据。

如图10所示，基于如上所述的道路交通信号故障监测器，本实用新型还提供一种道路交通信号故障处理系统，其包括：至少一个如上所述的道路交通信号故障监测器10、通讯基站20、交通灯监控云服务器30以及客户端40；至少一个道路交通信号故障监测器分别通过所述通讯基站与所述交通灯监控云服务器和客户端进行数据传输。

所述道路交通信号故障处理系统采用GIS地图，可在地图上显示交通信灯道路交通信号故障监测器安装的具体位置。同时，在交通灯监控云服务器 30上可配置交通信号灯的类型和安装方位，并用模拟路口地图显示。此外，交通灯监控云服务器30可将具体的异常状况实时通过网络推送给维保人员，实现快速准确的维保实施，并实现对维保结果的统计汇总。

综上所述，本实用新型的道路交通信号故障监测器通过优化电路组织和应用，实现了交通信号灯工作状态的监测和异常实时报警功能，并通过云平台将维保信息精确的推送给维保人员，实现了交通信号灯故障的快速通知和维修。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。