具有自诊断功能的信号机驱动装置、方法、电子设备

技术领域

本公开一般涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种具有自诊断功能的信号机驱动装置、方法、电子设备。

背景技术

信号机是铁路信号设备的重要组成部分，主要用于列车安全运行的指引，能否正常显示直接关系到列车的运行安全，有着行车安全之眼之称。现有技术信号机驱动电路大多通过信号机本身的告警信号装置将信号机的故障状态输出给信号机的采集控制电路，通过判断是否有告警信号，得出信号机本身是否故障。但是，仅通过告警信号推断信号机的故障状态，忽略了告警信号的供电和传输故障，可能会存在信号机本身状态的误判。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种具有自诊断功能的信号机驱动装置、方法、电子设备。

第一方面，提供一种具有自诊断功能的信号机驱动装置，包括：

信号机控制电路、采集模块和诊断控制模块；

其中，所述信号机控制电路包括电源、采样电阻、第一开关元件、第二开关元件、自检电阻、第三开关元件和信号机；其中，所述电源、采样电阻、第一开关元件、第三开关元件和信号机依次串联；所述第二开关元件与所述自检电阻串联后，分别与所述第一开关元件、采样电阻和电源组成的串联电路并联，以及与所述第三开关元件和信号机组成的串联电路并联；

所述采集模块与所述采样电阻并联，并与所述诊断控制模块串联；

所述采集模块用于采集经过所述采样电阻的电流信息；

所述诊断控制模块用于控制所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件是否导通，以及用于采集所述第三开关元件的状态信息，并根据所述第三开关元件的状态信息和所述采集模块采集的电流信息确定所述信号机控制电路是否正常。

第二方面，提供一种具有自诊断功能的信号机驱动方法，包括：

将电源、采样电阻、第一开关元件、第三开关元件和信号机依次串联；将第二开关元件与自检电阻串联后，分别与所述第一开关元件、采样电阻和电源组成的串联电路并联，以及与所述第三开关元件和信号机组成的串联电路并联，构成信号机控制电路；

诊断控制模块控制所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件是否导通；

采集模块采集经过所述采样电阻的电流信息；

诊断控制模块采集所述第三开关元件的状态信息，并根据所述第三开关元件的状态信息和所述采集模块采集的电流信息确定所述信号机控制电路是否正常。

第三方面，提供一种电子设备，设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行本申请各实施例提供的具有自诊断功能的信号机驱动方法。

第四方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现本申请各实施例提供的具有自诊断功能的信号机驱动方法。

本发明提供一种具有自诊断功能的信号机驱动装置、方法、电子设备，通过诊断控制模块控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件是否导通实现对信号机控制电路进行自检或实时监测功能，当未驱动信号机时，通过自检可以确定相应的信号机自检电路是否正常，提前发现信号机控制电路的状态，保证对信号机驱动的可靠性；当驱动信号机时，通过实时监测可以确定相应的信号机驱动电路是否正常，从而可以判断是信号机本身和供电故障还是信号机驱动电路故障导致的。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的具有自诊断功能的信号机驱动装置的示例性结构框图一；

图2为本申请实施例提供的具有自诊断功能的信号机驱动装置的示例性结构框图二；

图3为本申请实施例提供的具有自诊断功能的信号机驱动方法的示例性流程框图；

图4为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，示出了根据本申请实施例提供的具有自诊断功能的信号机驱动装置的示例性结构框图。

如图1所示，在本实施例中，本发明提供的具有自诊断功能的信号机驱动装置包括：信号机控制电路、采集模块和诊断控制模块；

其中，所述信号机控制电路包括电源、采样电阻、第一开关元件、第二开关元件、自检电阻、第三开关元件和信号机；其中，所述电源、采样电阻、第一开关元件、第三开关元件和信号机依次串联；所述第二开关元件与所述自检电阻串联后，分别与所述第一开关元件、采样电阻和电源组成的串联电路并联，以及与所述第三开关元件和信号机组成的串联电路并联；

所述采集模块与所述采样电阻并联，并与所述诊断控制模块串联；

所述采集模块用于采集经过所述采样电阻的电流信息；

所述诊断控制模块用于控制所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件是否导通，以及用于采集所述第三开关元件的状态信息，并根据所述第三开关元件的状态信息和所述采集模块采集的电流信息确定所述信号机控制电路是否正常。

具体的，电源为交流电源(AC)，交流电源的火线(L)与采样电阻连接，交流电源的零线(N)分别与自检电阻和信号机连接。交流电源用于为信号机控制电路中的采样电阻、自检电阻、信号机等提供交流电，交流电源输出的交流电压可以根据实际需求进行设置，如220v。

本申请不使用额外的监控线束进行采集，减少外部布线，减少故障发生点，节约成本。本申请中通过诊断控制模块控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件是否导通实现对信号机控制电路进行自检或实时监测功能，当未驱动信号机时，通过自检可以确定相应的信号机自检电路是否正常，提前发现信号机控制电路的状态，保证对信号机驱动的可靠性；当驱动信号机时，通过实时监测可以确定相应的信号机驱动电路是否正常，从而可以判断是信号机本身和供电故障还是信号机驱动电路故障导致的。

在一个实施例中，所述根据所述第三开关元件的状态信息和所述采集模块采集的电流信息确定所述信号机控制电路是否正常包括：

当未驱动信号机时，所述第三开关元件处于断开状态，所述诊断控制模块用于控制第一开关元件和第二开关元件导通，所述电源、采样电阻、第一开关元件、第二开关元件和自检电阻形成信号机自检电路；

所述采集模块采集经过所述采样电阻的自检电流，所述诊断控制模块用于根据所述采集模块采集的自检电流确定所述信号机自检电路是否正常。

具体的，现有技术中，当未驱动信号机时，不具备对信号机驱动电路的自检功能，无法得知信号机驱动电路的状态是否正常。而本申请中，当未驱动信号机时，信号机控制电路具备上电自检和周期性故障检查的自检功能，自检步骤为：220V的AC电源输入经过采样电阻到达第一开关元件，诊断控制模块控制第一开关元件和第二开关元件导通，第二开关元件与自检电阻串联后接在220V的AC电源火线和零线之间供自检电流通过，电源、采样电阻、第一开关元件、第二开关元件和自检电阻形成信号机自检电路。通过采集模块实时采集经过采样电阻的自检电流，根据实时采集的自检电流确定信号机自检电路是否正常。通过自检提前发现信号机控制电路的状态，保证对信号机驱动的可靠性。

在一个实施例中，所述诊断控制模块用于根据所述采集模块采集的自检电流确定所述信号机自检电路是否正常包括：

当所述采集模块采集的自检电流在第一阈值范围内，则所述信号机自检电路正常；否则，所述信号机自检电路异常，所述诊断控制模块用于控制所述第一开关元件断开。

具体的，预先设置自检电流额定值I，

在一个实施例中，所述信号机自检电路异常包括：

当所述采集模块采集的自检电流超过所述第一阈值范围的上限阈值，则所述信号机自检电路短路；当所述采集模块采集的自检电流低于所述第一阈值范围的下限阈值，则所述信号机自检电路开路。

具体的，将采集模块实时采集的自检电流与第一阈值范围的上限阈值、下限阈值进行比较判断，可以确定信号机控制电路的具体故障类型，辅助维修人员对其进行相应的检修操作。

在一个实施例中，所述根据所述第三开关元件的状态信息和所述采集模块采集的电流信息确定所述信号机控制电路是否正常包括：

当驱动信号机时，所述诊断控制模块用于控制第一开关元件和第三开关元件导通，控制第二开关元件断开；所述电源、采样电阻、第一开关元件、第三开关元件和信号机形成信号机驱动电路；

所述采集模块用于采集所述信号机的驱动电流，所述诊断控制模块用于根据所述信号机的驱动电流确定所述信号机驱动电路是否异常。

具体的，现有技术中，当驱动信号机时，若信号机出现非预期状态，无法判断是信号机本身和供电故障还是信号机驱动电路故障导致的。本申请中，当驱动信号机时，可以对信号机的状态进行实时监测。监测步骤为：220V的AC电源输入经过采样电阻到达第一开关元件，诊断控制模块控制第一开关元件导通，控制第二开关元件断开，控制第三开关元件导通，输出LED信号机点灯控制指令，信号机驱动电流形成回路，电源、采样电阻、第一开关元件、第三开关元件和信号机形成信号机驱动电路。通过采集模块实时采集信号机驱动电路回路的信号机驱动电流，根据实时采集的信号机驱动电流确定信号机驱动电路回路是否正常，从而可以确定是信号机故障还是信号机驱动电路故障。

在一个实施例中，所述诊断控制模块用于根据所述信号机的驱动电流确定所述信号机驱动电路是否异常包括：

当所述信号机的驱动电流在第二阈值范围内，则所述信号机驱动电路正常；否则，所述信号机驱动电路异常，所述诊断控制模块用于控制所述第一开关元件或/和第三开关元件断开。

具体的，预先设置信号机电流额定值

当未驱动信号机时，采集模块实时采集的信号机的驱动电流不在第二阈值范围内时，则确定信号机驱动电路异常，同时，诊断控制模块控制第一开关元件或/和第三开关元件断开，实现信号机控制电路的监测和控制联动，保证对信号机驱动的可靠性。采用第一开关元件断开或者第三开关元件断开的方式，都可以实现信号机驱动电路的开路，实现无法驱动信号机，避免驱动信号机产生事故发生。采用第一开关元件和第三开关元件同时断开的方式，第一开关元件断开已经可以实现实现无法驱动信号机，而控制第三开关元件断开，除了停止驱动信号机外，还可以将第三开关元件的当前断开状态信息反馈给诊断控制模块，便于后续进一步操作。

在一个实施例中，所述信号机驱动电路异常包括：

当所述信号机的驱动电流超过所述第二阈值范围的上限阈值，则所述信号机驱动电路短路；

当所述信号机的驱动电流低于所述第二阈值范围的下限阈值，则所述信号机驱动电路开路或/和信号机亮度降级。

具体的，将采集模块实时采集的信号机的驱动电流与第二阈值范围的上限阈值、下限阈值进行比较判断，可以确定信号机控制电路的具体故障类型，即确定是信号机故障还是信号机驱动电路故障，辅助维修人员对其进行相应的检修操作。

在一个实施例中，所述第一开关元件、第二开关元件分别为电子开关；所述第三开关元件为安全继电器。

具体的，如图2所示，第一开关元件为电子开关1，第二开关元件为电子开关2，第三开关元件为安全继电器。通过控制第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件的导通状态以实现对信号机控制电路进行自检或实时监测功能；且安全继电器实现对信号机驱动电路的安全控制。第一开关元件还可以用于当发现信号机控制电路故障时，实现对信号机控制电路的整体断开，避免驱动信号机产生事故的发生，提高列车运行安全。

在一个实施例中，所述采集模块包括至少一组依次串联的隔离电压传感器、差分转单端放大电路和AD转换电路；

所述隔离电压传感器用于对所述采样电阻采集的电流信息进行电压转换以及放大操作，得到隔离放大后的差分电压信息；

所述差分转单端放大电路用于对所述隔离放大后的差分电压信息进行差分转单端以及放大操作，得到单端电压信号；

所述AD转换电路用于将所述单端电压信号进行模拟量转数字量操作，得到数字电压信号。

具体的，当采集模块包括一组依次串联的隔离电压传感器、差分转单端放大电路和AD转换电路时，可以实现电流信息的采集。如图2所示，当采集模块包括两组依次串联的隔离电压传感器、差分转单端放大电路和AD转换电路，采用多次采集的方式可以保证获取的电流信息的准确性，便于后续准确判断信号机控制电路是否正常。采集模块还包括隔离电源，所述隔离电源用于为所述隔离电压传感器供电。隔离电压传感器IC(集成电路芯片)采用TI的隔离采集芯片AMC1301，它通过采样电阻将驱动电流转换为电压，并将采样电阻两端的电压进行隔离放大输出供给后端的差分转单端放大电路，并保证输入输出电气隔离。因隔离电压传感IC的输出为差分电压信号，为便于采集，需经过差分转单端放大电路进行处理得到所需采集信号供给CPU。

在一个实施例中，所述诊断控制模块至少包括一个CPU；所述AD转换电路的信号输出端与所述CPU的信号输入端电连接。

具体的，当诊断控制模块包括一个中央处理器(CPU)时，AD转换电路得到的数字电压信号输出给CPU，同时一个CPU可以控制第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件的导通。如图2所示，当诊断控制模块包括两个CPU，分别为CPU-1、CPU-2；当采集模块包括两组依次串联的隔离电压传感器、差分转单端放大电路和AD转换电路时，其中，一个AD转换电路的信号输出端与CPU-1的信号输入端电连接，CPU-1用于控制第一开关元件是否导通；另一个AD转换电路的信号输出端与CPU-2的信号输入端电连接，CPU-2用于控制第二开关元件、第三开关元件是否导通，以及用于采集第三开关元件的状态信息。

图3示出了根据本申请实施例提供的具有自诊断功能的信号机驱动方法的示例性流程框图，图1-2所示的具有自诊断功能的信号机驱动装置可对应执行图3所示的具有自诊断功能的信号机驱动方法。

如图3所示，在本实施例中，本发明提供的一种具有自诊断功能的信号机驱动方法，包括：

将电源、采样电阻、第一开关元件、第三开关元件和信号机依次串联；将第二开关元件与自检电阻串联后，分别与所述第一开关元件、采样电阻和电源组成的串联电路并联，以及与所述第三开关元件和信号机组成的串联电路并联，构成信号机控制电路；

诊断控制模块控制所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件是否导通；

采集模块采集经过所述采样电阻的电流信息；

诊断控制模块采集所述第三开关元件的状态信息，并根据所述第三开关元件的状态信息和所述采集模块采集的电流信息确定所述信号机控制电路是否正常。

具体的，关于具有自诊断功能的信号机驱动方法的具体限定可以参见上文中对于具有自诊断功能的信号机驱动装置的限定，在此不再赘述。本申请中通过诊断控制模块控制第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件是否导通实现对信号机控制电路进行自检或实时监测功能。当未驱动信号机时，信号机驱动电路具备上电自检和周期性故障检查的自检功能；当驱动信号机时，具备对信号机状态的监测功能，且可以判断是信号机本身和供电故障还是信号机驱动电路故障导致的。同时，当监测诊断出信号机驱动控制电路发生故障时，诊断控制模块控制第一开关元件或/和第三开关元件的断开，实现监测控制联动，自动化程度高。

在一个实施例中，所述根据所述第三开关元件的状态信息和所述采集模块采集的电流信息确定所述信号机控制电路是否正常包括：

当所述采集模块采集的自检电流在第一阈值范围内，则所述信号机自检电路正常；否则，所述信号机自检电路异常，所述诊断控制模块控制所述第一开关元件断开。

在一个实施例中，所述信号机自检电路异常包括：

当所述采集模块采集的自检电流超过所述第一阈值范围的上限阈值，则所述信号机自检电路短路；当所述采集模块采集的自检电流低于所述第一阈值范围的下限阈值，则所述信号机自检电路开路。

在一个实施例中，所述根据所述第三开关元件的状态信息和所述采集模块采集的电流信息确定所述信号机控制电路是否正常包括：

当驱动信号机时，所述诊断控制模块控制第一开关元件和第三开关元件导通，控制第二开关元件断开；所述电源、采样电阻、第一开关元件、第三开关元件和信号机形成信号机驱动电路；

所述采集模块采集所述信号机的驱动电流，所述诊断控制模块根据所述信号机的驱动电流确定所述信号机驱动电路是否异常。

在一个实施例中，所述诊断控制模块根据所述信号机的驱动电流确定所述信号机驱动电路是否异常包括：

当所述信号机的驱动电流在第二阈值范围内，则所述信号机驱动电路正常；否则，所述信号机驱动电路异常，所述诊断控制模块控制所述第一开关元件或/和第三开关元件断开。

在一个实施例中，所述信号机驱动电路异常包括：

当所述信号机的驱动电流超过所述第二阈值范围的上限阈值，则所述信号机驱动电路短路；

当所述信号机的驱动电流低于所述第二阈值范围的下限阈值，则所述信号机驱动电路开路或/和信号机亮度降级。

在一个实施例中，所述采集模块包括至少一组依次串联的隔离电压传感器、差分转单端放大电路和AD转换电路；

所述隔离电压传感器对所述采样电阻采集的电流信息进行电压转换以及放大操作，得到隔离放大后的差分电压信息；

所述差分转单端放大电路对所述隔离放大后的差分电压信息进行差分转单端以及放大操作，得到单端电压信号；

所述AD转换电路将所述单端电压信号进行模拟量转数字量操作，得到数字电压信号。

在一个实施例中，所述诊断控制模块至少包括一个CPU；所述AD转换电路的信号输出端与所述CPU的信号输入端电连接。

比如，如图2所示，具有自诊断功能的信号机驱动方法中，当未驱动信号机时，信号机驱动电路的上电自检和周期性故障检查步骤包括：

220V AC电源输入由外部220V AC电源提供，220V AC电源输入经过采样电阻到达电子开关1；CPU-1控制电子开关1导通；CPU-2控制电子开关2导通；

电子开关2与自检电阻串联后接在220V AC火线和零线之间供自检电流通过；其中自检电阻阻值固定，为计算好的预设值；

当自检电流形成回路后，通过采样电阻采集自检电流，隔离电源分别为隔离电压传感IC-1和隔离电压传感IC-2供电，两个AC隔离电压传感器通过采样电阻将自检电流转换为电压，并将采样电阻两端的电压进行隔离放大输出；

隔离放大后的差分电压信号经差分转单端放大电路进行单端输出供CPU-1和CPU-2采集，CPU-1和CPU-2均能采集到自检电流状态；

CPU-1和CPU-2通过动态发码周期性地采集安全继电器两个常闭接点的状态；

CPU-1和CPU-2分别将采集到的自检电流状态和安全继电器接点状态和第一阈值范围P

当驱动信号机时，对信号机驱动电路实时监测的步骤包括：

220V AC电源输入由外部220V AC电源提供，220V AC电源输入经过采样电阻到达电子开关1；CPU-1控制电子开关1导通；CPU-2控制电子开关2断开；CPU-2通过控制安全继电器电源导通，从而两个常开接点吸合，输出LED信号机点灯控制指令；

当LED信号机点灯控制指令正常输出并驱动信号机后，信号机驱动电流形成回路，通过采样电阻采集驱动电流，两个AC隔离电压传感器通过采样电阻将驱动电流转换为电压，并将采样电阻两端的电压进行隔离放大输出；

隔离放大后的差分电压信号经差分转单端放大电路进行单端输出供CPU-1和CPU-2采集，CPU-1和CPU-2均能采集到驱动电流状态；

CPU-1和CPU-2分别将采集到的驱动电流和第二阈值范围P

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。

图4示出了根据本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

如图4所示，作为另一方面，本申请还提供了一种电子设备300，包括一个或多个中央处理单元(CPU)301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的程序或者从存储部分308加载到随机访问存储器(RAM)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU 301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。

以下部件连接至I/O接口305：包括键盘、鼠标等的输入部分306；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分307；包括硬盘等的存储部分308；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分309。通信部分309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器310也根据需要连接至I/O接口305。可拆卸介质311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分308。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考图3描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，计算机程序包含用于执行具有自诊断功能的信号机驱动方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

作为又一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中所述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的具有自诊断功能的信号机驱动方法。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，各所述单元可以是设置在计算机或移动智能设备中的软件程序，也可以是单独配置的硬件装置。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。