一种LED信号机控制监测电路

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种新型LED信号机控制监测电路。

背景技术

铁路及轨道交通的运行离不开信号机，而正确的信号是安全运行的基本保障。就铁路信号机之前使用的白炽灯而言，它的工作原理是电流通过灯丝时产生热量，而螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝温度达2000摄氏度以上，灯丝处于白炽状态是，就像烧红了的铁能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。故称之为白炽灯。白炽灯发光时，大量的电能将转化为热能，只有极少一部分(不到1％)可以转化为有用的光能。白炽灯发出的光是全色光，但各种色光的成份比例是由发光物质(钨)以及温度决定的。比例不平衡就导致了光的颜色的偏色，所以在白炽灯下物体的颜色不够真实。白炽灯的寿命跟灯丝的温度有关，因为温度越高，灯丝就越容易升华。日光灯两端发黑过程是：钨丝的升华直接变成钨气，这些钨气体遇到温度较低的灯管壁又凝华在灯管壁上而发黑的，当钨丝升华到比较细瘦时，通电后就很容易烧断，从而结束了灯的寿命。

随着铁路及轨道交通方面建设的如火如荼，LED信号机在线上大量的应用。LED相比于传统的白炽灯有着很多优良的改进，首先LED灯光源安全、发热量低、无热辐射性、可以安全触摸，能精确控制发光角度、无眩光、节能环保、不含有汞等有害物质。其次白炽灯光效为12-24lm/w，大部分的耗电变成了热量损耗；而LED灯光效可发到50-200lm/w，90％的电能转化为可见光，而且发光的单色性好。而且LED寿命时间长，是白炽灯的几百倍，这便大大减少了信号机的维护维修成本，也顺应铁路事业的高速发展及铁路行车安全提出更高的要求。随着LED照明技术的发展，目前，LED信号机也越来越多地被应用在轨道交通线路中，但国内轨道交通线路上LED信号机的使用数量也已经赶超传统的灯泡灯丝式信号机，然而，现有技术中LED信号机的安全性和可靠性等方面仍有待提高，对LED信号机的控制非常直接，没有有效的信息反馈或监测数据。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED信号机控制监测电路，用于解决现有技术无法对LED信号机进行有效监测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED信号机控制监测电路，包括控制模块、发光模块和连接排针电路，所述控制模块与所述发光模块通过所述连接排针电路进行连接；其中，所述控制模块包括有：电源接口、交流电转直流电稳压单元电路、处理器单元电路、辅助检测单元电路、点灯执行电路和控制单元接口电路；所述发光模块包括有：发光单元接口电路和发光信息反馈电路；

所述电源接口用于连接外部交流电；

所述交流电转直流电稳压单元电路与所述电源接口连接，用于将外部交流电源转换为相同电压或不同电压的直流电；

所述处理器单元电路与所述交流电转直流电稳压单元电路连接，用于根据提供的直流电判断LED信号机的点灯条件，并在满足点灯条件后给所述点灯执行电路发出驱动指令信号；

所述辅助检测单元电路与所述处理器单元电路连接，用于辅助检测所述其他单元电路的健康状态；

所述点灯执行电路与所述处理器单元电路连接，用于接收并执行所述处理器单元电路发出的驱动指令信号，同时结合所述辅助检测单元电路将所述点灯执行电路的状态发送给所述处理器单元电路，实现对LED信号机的实时检测；

所述控制单元接口电路分别与所述处理器单元电路连接和所述连接排针电路连接；

所述发光单元接口电路分别与所述连接排针电路和所述发光信息反馈电路连接，所述发光信息反馈电路用于将LED信号机的发光信息反馈给所述处理器单元电路。

可选地，还包括有直流电源降压稳压单元电路，所述直流电源降压稳压单元电路分别与所述交流电转直流电稳压单元电路和所述处理器单元电路连接；所述直流电源降压稳压单元电路用于将所述直流电源降压稳压单元电路转换后的直流电进行降压和稳压后传输给所述处理器单元电路。

可选地，还包括有通信表决单元电路，所述通信表决单元电路与所述处理器单元电路连接；所述处理器单元电路包括有第一处理器单元电路和第二处理器单元电路；所述通信表决单元电路用于在所述第一处理器单元电路和所述第二处理器单元电路之间构成通信表决通道。

可选地，所述直流电源降压稳压单元电路包括有第一直流电源降压稳压单元电路和第二直流电源降压稳压单元电路；

所述第一直流电源降压稳压单元电路将所述直流电源降压稳压单元电路转换后的直流电进行降压和稳压后传输给所述第一处理器单元电路；

所述第二直流电源降压稳压单元电路将所述直流电源降压稳压单元电路转换后的直流电进行降压和稳压后传输给所述第二处理器单元电路。

可选地，所述点灯执行电路由安全继电器构成，且由继电器开关结点控制给所述发光模块的供电；同时由所述安全继电器结合所述辅助检测电路，将所述安全继电器的状态传输给所述第一处理器单元电路和所述第二处理器单元电路，实现对LED信号机的实时检测。

可选地，所述第一处理器单元电路或所述第二处理器单元电路由32位处理器组成，且所述第一处理器单元电路和所述第二处理器单元电路之间异构；

所述第一处理器单元电路和/或所述第二处理器单元电路发出的驱动指令信号经过光耦隔离放大后传输给所述点灯执行电路。

可选地，所述辅助检测电路采用32位微处理器，且其生成一组脉冲信号后通过所述点灯执行电路中的安全继电器开关结点送到所述第一处理器单元电路和所述第二处理器单元电路，以此判断所述安全继电器是否正常动作。

可选地，所述发光信息反馈电路由第一系集成点灯芯片、第二系集成点灯芯片和光学传感器构成；且第一系集成点灯芯片和第二系集成点灯芯片与每颗LED灯珠连接，可以检测每颗LED灯珠短路和/或断路的故障状态。

可选地，所述发光信息反馈电路反馈的发光信息包括点灯后的光强、颜色和温度信息。

可选地，所述控制单元接口电路包括有联锁接口、通信接口和功耗电阻接口；

所述联锁接口用于将LED信号机自身断丝状态直接送到联锁系统；

所述通信接口用于将LED信号机的监测数据作为信息流送到微机监测系统；

所述功耗电阻接口用于配合所述电源接口送回电流反馈信息，并通过外接电阻来拉升联锁供电的电流，利用电流值的大小反馈LED信号机的点灯状态。

如上所述，本发明提供一种LED信号机控制监测电路，具有以下有益效果：通过电源接口用于连接外部交流电；交流电转直流电稳压单元电路与电源接口连接，用于将外部交流电源转换为相同电压或不同电压的直流电；处理器单元电路与交流电转直流电稳压单元电路连接，用于根据提供的直流电判断LED信号机的点灯条件，并在满足点灯条件后给点灯执行电路发出驱动指令信号；辅助检测单元电路与处理器单元电路连接，用于辅助检测其他单元电路的健康状态；点灯执行电路与处理器单元电路连接，用于接收并执行处理器单元电路发出的驱动指令信号，同时结合辅助检测单元电路将点灯执行电路的状态发送给处理器单元电路，实现对LED信号机的实时检测；控制单元接口电路分别与处理器单元电路连接和连接排针电路连接；发光单元接口电路分别与连接排针电路和发光信息反馈电路连接，发光信息反馈电路用于将LED信号机的发光信息反馈给处理器单元电路。本发明提出了一种新型LED信号机控制监测电路，可以提高LED信号机的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明中控制模块的电路连接示意图；

图2为本发明中发光模块的电路连接示意图；

图3为本发明中连接排针的电路连接示意图；

标号说明：1为电源接口；2为交流电转直流电稳压单元电路；3为第一直流电源降压稳压单元电路；4为第二直流电源降压稳压单元电路；5为第一处理器单元电路；6为第二处理器单元电路；7为通信表决通道；8为辅助处理器单元电路；9为微机监测接口；10为安全继电器；11为联锁接口；12为控制模块接口电路；13为功耗电阻接口；14为连接排线电路；15为发光模块接口电路；16为第一系集成点灯芯片；17为第二系集成点灯芯片；18为光学传感器单元电路。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1至图3所示，本发明提供一种LED信号机控制监测电路，包括控制模块、发光模块和连接排针电路，所述控制模块与所述发光模块通过所述连接排针电路进行连接；其中，所述控制模块包括有：电源接口、交流电转直流电稳压单元电路、处理器单元电路、辅助检测单元电路、点灯执行电路和控制单元接口电路；所述发光模块包括有：发光单元接口电路和发光信息反馈电路；所述电源接口用于连接外部交流电；所述交流电转直流电稳压单元电路与所述电源接口连接，用于将外部交流电源转换为相同电压或不同电压的直流电；所述处理器单元电路与所述交流电转直流电稳压单元电路连接，用于根据提供的直流电判断LED信号机的点灯条件，并在满足点灯条件后给所述点灯执行电路发出驱动指令信号；所述辅助检测单元电路与所述处理器单元电路连接，用于辅助检测所述其他单元电路的健康状态；所述点灯执行电路与所述处理器单元电路连接，用于接收并执行所述处理器单元电路发出的驱动指令信号，同时结合所述辅助检测单元电路将所述点灯执行电路的状态发送给所述处理器单元电路，实现对LED信号机的实时检测；所述控制单元接口电路分别与所述处理器单元电路连接和所述连接排针电路连接；所述发光单元接口电路分别与所述连接排针电路和所述发光信息反馈电路连接，所述发光信息反馈电路用于将LED信号机的发光信息反馈给所述处理器单元电路。

根据上述记载，本发明还包括有直流电源降压稳压单元电路，所述直流电源降压稳压单元电路分别与所述交流电转直流电稳压单元电路和所述处理器单元电路连接；所述直流电源降压稳压单元电路用于将所述直流电源降压稳压单元电路转换后的直流电进行降压和稳压后传输给所述处理器单元电路。

根据上述记载，本发明还包括有通信表决单元电路，所述通信表决单元电路与所述处理器单元电路连接；所述处理器单元电路包括有第一处理器单元电路和第二处理器单元电路；所述通信表决单元电路用于在所述第一处理器单元电路和所述第二处理器单元电路之间构成通信表决通道。其中，所述直流电源降压稳压单元电路包括有第一直流电源降压稳压单元电路和第二直流电源降压稳压单元电路；所述第一直流电源降压稳压单元电路将所述直流电源降压稳压单元电路转换后的直流电进行降压和稳压后传输给所述第一处理器单元电路；所述第二直流电源降压稳压单元电路将所述直流电源降压稳压单元电路转换后的直流电进行降压和稳压后传输给所述第二处理器单元电路。另外，所述第一处理器单元电路或所述第二处理器单元电路由32位处理器组成，且所述第一处理器单元电路和所述第二处理器单元电路之间异构；所述第一处理器单元电路和/或所述第二处理器单元电路发出的驱动指令信号经过光耦隔离放大后传输给所述点灯执行电路。

根据上述记载，本发明中的点灯执行电路由安全继电器构成，且由继电器开关结点控制给所述发光模块的供电；同时由所述安全继电器结合所述辅助检测电路，将所述安全继电器的状态传输给所述第一处理器单元电路和所述第二处理器单元电路，实现对LED信号机的实时检测。其中，辅助检测电路采用32位微处理器，且其生成一组脉冲信号后通过所述点灯执行电路中的安全继电器开关结点送到所述第一处理器单元电路和所述第二处理器单元电路，以此判断所述安全继电器是否正常动作。

根据上述记载，本发明中的发光信息反馈电路由第一系集成点灯芯片、第二系集成点灯芯片和光学传感器构成；且第一系集成点灯芯片和第二系集成点灯芯片与每颗LED灯珠连接，可以检测每颗LED灯珠短路和/或断路的故障状态。其中，发光信息反馈电路反馈的发光信息包括点灯后的光强、颜色和温度信息。

根据上述记载，本发明中的控制单元接口电路包括有联锁接口、通信接口和功耗电阻接口；所述联锁接口用于将LED信号机自身断丝状态直接送到联锁系统；所述通信接口用于将LED信号机的监测数据作为信息流送到微机监测系统；所述功耗电阻接口用于配合所述电源接口送回电流反馈信息，并通过外接电阻来拉升联锁供电的电流，利用电流值的大小反馈LED信号机的点灯状态。

具体地，如图1至图3所示，在一示例性实施例中，提供了一种LED信号机控制和监测电路，整个控制监测电路由控制模块和发光模块组成，并且两个模块的电路板由一根通信连接排线进行连接。且控制监测电路中至少还包括电源降压稳压电路，微处理器执行电路，通信表决电路，辅助检测电路，点灯执行电路，发光信息反馈电路及一些对外接口，其中，电源降压稳压电路前级接入交流电后经过隔离降压稳压给后级控制电路供电；作为示例，电源降压稳压电路可以采用隔离变压。微处理器执行电路，主要是由两块可编程处理器对点灯条件进行处理判断，满足点灯条件后，同时给出驱动信号给点灯执行电路，由点灯执行电路将电送往发光模块，而为了防止点灯执行电路误动作导致点灯，发光模块还需处理器发送点灯指令，配置点灯单元电路的相应寄存器，这样点灯执行信号和处理器控制指令信号同时满足，点灯单元电路才会稳定点灯；通信表决电路，是给两个处理器之间构成通信表决通道。辅助检测电路，其由一块可编程处理器作为辅助处理器处理一些程序，减少两块主处理器的压力，同时生成一些辅助信号方便主处理器去检测各个子电路系统的健康状态。点灯执行电路，其主体为安全继电器，由继电器开关结点控制给发光模块的供电，同时结合辅助检测电路，可将安全继电器的状态送到两个主处理器，实现实时检测。发光信息反馈电路，主体由一些光学传感器组成，可以将发光模块的发光信息反馈给的微处理器。对外接口为信号机控制板对外预留的功能性接口。

根据上述记载，本申请实施例中的两个硬件模块单元电路可以通过高质量柔性排线连接，排线本身具有低烟无卤，耐热耐腐蚀性特点，排线的使用增加拆装的灵活，同时保证了通信质量。

根据上述记载，本申请实施例中的微处理器执行电路，其微处理器是由两块异构的32位处理器组成，采用异构是为了防止共因失效，采用32位处理器是其处理速度快，处理能力强，另外其执行动作是由光耦隔离放大，可以将小信号放大后传输并驱动点灯执行电路。

根据上述记载，本申请实施例中的通信表决通道采用技术成熟的CAN通信，硬件采用具有三级FIFO缓存的CAN收发器，可以减轻微处理器的处理压力。

根据上述记载，本申请实施例中的辅助检测电路采用32位微处理器，它会生成一组脉冲信号通过点灯执行电路中的安全继电器开关结点，然后送到两个主处理器进行采集，以判断安全继电器是否正常动作。

根据上述记载，本申请实施例中的点灯执行电路的主体可以为安全继电器，安全继电器控制着点灯单元电路的电源开关，同时结合的辅助监测电路，将继电器的开关状态采集到两个主处理器中，其次在发光模块有两系集成芯片，该芯片由微处理器执行电路控制，可以单独控制到每颗LED灯珠，同时可检测到每颗LED灯珠短路和断路的故障状态，为了提高该集成芯片的可用性，使用两系冗余点灯集成芯片。其中，发光信息反馈电路反馈的发光信息包括由一些光学传感器反馈点灯后的光强，颜色和温度信息。

根据上述记载，本申请实施例还对外预留的功能性接口，一是电源接口，它既作为电源输入，也做电流信息反馈，二是联锁接口，它可将信号机自身断丝状态直接送到联锁系统，三是对外通信接口，主要将信号机监测数据作为信息流送到微机监测系统，四是可配置的功耗电阻接口，可配合电源接口送回电流反馈信息。

如图1至图3所示，在另一示例性实施例中，还提供了一种LED信号机控制和监测电路，包括：电源接口1由联锁供电110V交流电，经过交流电转直流电稳压单元电路2，再分别流向第一直流电源降压稳压单元电路3和第二直流电源降压稳压单元电路4，然后两路电源分别给第一处理器单元电路5和第二处理器单元电路6供电。

当第一处理器单元电路5和第二处理器单元电路6获电后，开始初始化并进入工作模式，在系统自检正常后，由表决通道7表决各自状态，然后表决成功同时驱动安全继电器10，并且由第一处理器单元电路5和第二处理器单元电路6通过控制模块灯盘接口12发送点灯命令到发光模块的第一系集成点灯芯片16和第二系集成点灯芯片17，这样由安全继电器10驱动成功的前提，将电送到发光模块，再由两个处理器发送点灯指令，从而完成顺利点灯步骤。

辅助处理器单元电路8用于产生脉冲信号经过安全继电器10的开关结点，然后第一处理器单元电路5和第二处理器单元电路6会来采集该节点脉冲信号，以此判断安全继电器10是否动作。同时辅助处理器单元电路8还接收第一处理器单元电路5表决后的数据，通过微机监测接口9送出数据流。

另外，安全继电器10的开关结点如图1所示，其中一组常开结点接到联锁接口11，用于联锁系统采集信号机的点灯状态，另外有两组常开结点接到功耗电阻接口13，这里功耗电阻的作用是通过外接电阻来拉升联锁供电的电流，从而可通过电流值的大小反馈信号机的点灯状态。

控制模块接口12与发光模块接口15电气网络相同，它既有信号网络也有电源网络，电源网络主要有给发光模块供电电源，给发光模块集成芯片供电电源和光学传感器电源，两接口通过连接排线14来连接。

发光模块主要是LED发光灯珠，两系集成点灯芯片16/17及光学传感器18，集成点灯芯片每个通道负责控制并采集一颗LED灯珠，两系集成点灯芯片可冗余切换。光学传感器在一条通信总线上，主要有光强传感器，颜色传感器和温度传感器实时监测发光状态。

综上所述，本发明提供一种LED信号机控制监测电路，通过电源接口用于连接外部交流电；交流电转直流电稳压单元电路与电源接口连接，用于将外部交流电源转换为相同电压或不同电压的直流电；处理器单元电路与交流电转直流电稳压单元电路连接，用于根据提供的直流电判断LED信号机的点灯条件，并在满足点灯条件后给点灯执行电路发出驱动指令信号；辅助检测单元电路与处理器单元电路连接，用于辅助检测其他单元电路的健康状态；点灯执行电路与处理器单元电路连接，用于接收并执行处理器单元电路发出的驱动指令信号，同时结合辅助检测单元电路将点灯执行电路的状态发送给处理器单元电路，实现对LED信号机的实时检测；控制单元接口电路分别与处理器单元电路连接和连接排针电路连接；发光单元接口电路分别与连接排针电路和发光信息反馈电路连接，发光信息反馈电路用于将LED信号机的发光信息反馈给处理器单元电路。本发明提出了一种新型LED信号机控制监测电路，可以提高LED信号机的安全性和可靠性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。