普通交通信号机电路故障诊断与报警系统研究①

刘亚芳++王兵++何皓++单延旭++宋斌

摘 要：该文通过对普通交通信号机电路故障分析，提出一种基于单片机的自动诊断与报警系统设计方案。该系统对采集的普通交通信号机输出电压的逻辑判断，自动生成故障信息，并由LED灯显示故障信号，实现本地自动报警。

关键词：交通信号机 电路故障 诊断 报警 系统设计

中图分类号：TN710 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（c）-0079-02

城市道路平面交叉口普通交通信号控制系统主要由交通信号机和交通信号灯组成，其中交通信号机是交通信号系统关键设备。由于普通交通信号机无故障自诊断和报警功能，从发现故障报警至维修完毕用时过长，易导致平交口交通混乱、交通拥堵和交通事故发生。普通交通信号控制系统在我国各城市应用广泛，研制交通信号机故障自动诊断与报警装置日现急需。该文通过对普通交通信号机电路故障分析，提出一种基于单片机的自动诊断与报警系统设计方案。

系统采用单片机电路设计原理，实时采集交通信号机输出端口电压数据，由主控芯片根据电压数据自动判断信号机是否发生电路故障，将发生电路故障的信息类别转换为电平信号传送至本地故障报警板，驱动故障报警板的LED灯控制电路点亮LED灯，实现电路故障报警。

1 交通信号机故障分析

经调研，普通交通信号机电路故障往往是由于交通信号机内电路板产生故障或连接线路短路所致，表现为信号机无法正常输出信号，致使交通信号灯无法正常显示配时等。产生电路故障的原因主要有：（1）信号机内电路集成板上的元器件老化之后会产生损坏或者脱焊等现象；（2）雨水或者水汽进入集成电路板造成的电路短路；（3）外电路不稳定造成内部的电容或者其他元件击穿受损；（4）控制芯片程序“跑飛”等。无论电路短路或元器件损坏均会导致交通信号机无法正常工作。

2 系统总体设计

普通交通信号机电路故障自动诊断与报警系统主要由电压检测模块、主控模块和故障报警板等部分组成，如图1所示。系统采用单独供电方式，保证在电路故障时检测系统能够正常工作。

系统以STC12CA型单片机为主控模块；电压检测模块负责采集交通信号机的输出端口控制电压，并将电压信号转换为能够识别的、具有高低电平特性的数字信号；故障报警板负责通过LED灯控制电路报警信息的显示。主控模块接收电压检测模块发出的数字信号，经设定程序分析判断，判别交通信号机是否发生电路故障，并驱动故障报警板的LED灯控制电路点亮LED灯，实现电路故障报警。

3 系统电路设计

（1）主控电路设计。根据资源需求以及成本选用STC12C5A单片机，其内嵌60KB Flash存储器和1 280B的RAM，具有丰富的I/O端口资源，且具有超强抗干扰能力、功耗低、速度快等特点。60KB的Flash用于存放源程序，1 280B的RAM用于电压信号的暂存。

（2）电压检测电路设计。检测芯片选择PCF8591，此芯片为一个单独供电、单片集成、功耗低、8位CMOS数据获取器件。每片PCF8591可输入4个模拟量，可输出1个模拟量和1个串行总线接口。需要传输的所有的数据，地址等信息都是通过双向总线双向传输，工作电压为2.5～6 V。

PCF8591芯片SCL、SDA管脚接控制芯片引脚并通过上拉电阻接VCC，用于时钟信号和数据传输。AIN0～AIN4用于四路检测信号输入；地址编程引脚A0～A2接地；AGND与EXT引脚接地；模块在VCC与GND间串联1K电阻和发光二极管用于指示本模块通电状态；在输出端AOUT与GND间接1K电阻和发光二极管用于指示输出端导通状态。故障检测电路如图2所示。

4 系统检测软件设计

系统完成初始化后，开始依次采集信号机输出电压信息，待采集完成后分析所采集各变量的数值。当某个或某几个参数出现超过一个信号周期低电平或高电平，表明信号机出现电路故障，进行报警，发出控制信号点亮电路故障指示灯。检测及报警流程如图3所示。

5 结语

该文针对普通交通信号机常出现的故障类型提出了一种普通交通信号机电路故障自动诊断与报警系统，并介绍了设计方案。实验表明，该系统可以快速准确地检测到交通信号机的电路故障，并通过本地报警板显示出故障信息，提高了交通信号灯监控自动化水平，效率高、成本低、稳定性好，具有很强的应用价值。

参考文献

[1] 任立新，史忠科.交通信号灯故障检测系统设计与实现[J].电子设计工程，2014，22（22）：120-123.

[2] 邹细勇，鲍军民，胡琪，等.交通信号灯系统中的一种故障监控设计[J].计算机测量与控制，2012，20（8）：2024-2027.