交通信号机电路及线路故障自检测系统设计与仿真验证

许正芳 王兵 孙均友 户建平

交通信号机是现代城市交通系统的重要组成之一 ，主要用于城市道路交通信号的控制和管理[1]。由于在恶劣环境下长时间的工作，其运行过程中很容易因受到外界干扰而出现故障[2]。此外，维修人员对故障类型的诊断判别时间较长[3]，对交通安全带来一定的威胁。

近年来，交通信号机驱动部分的故障检测技术，程序存储器的故障检测技术和绿信号冲突的故障检测与处理技术不断成熟与发展，为交通信号机的故障诊断提供理论基础条件[4]。王兵等人设计、发明的具有故障自诊断功能的交通信号机能够有效对自身工作状态进行实时检测，为路口交通设备提供一种高效、低成本的故障智能检测方法，利于交通信号机故障的及时维护与维修。目前，交通信号机故障自检测系统对其安全运行状态进行实时监测以及维护技术开发，已成为国内外各先进城市逐步关注的科技前沿[5]。

本文通过采用AT89C51单片机和PCF8591AD/DA芯片配以LCD1602显示屏，设计实现交通信号机故障检测系统，根据交通信号机输出端的电压信息分析信号灯的故障状态，简化了电路结构，加强了检测的实时性，并通过Proteus仿真软件平台实现操作。

1 、交通信号机故障自动检测系统

交通信号机电路及线路故障自动检测系统主要由单片机最小系统、电压采集电路、信号灯运行电路、

液晶显示电路、报警指示电路等部分组成，可工作的最小系统由AT89C51单片机为主控芯片组成，其内部含有电源供电模块、复位电路和时钟电路;电压采集电路负责采集信号灯运行电路的输出电压信号;液晶显示电路显示电压采集电路所采集到的信号灯每路电压值。系统通过对信号灯运行电路输出信号和电压状态的融合分析与处理，判别交通信号灯是否发生故障和故障类型，当发生故障时，报警指示灯显示故障状态。

2 、系统硬件电路设计

系统硬件电路包含单片机最小系统、单片机最小系统、信号灯运行电路、电压采集电路、报警指示电路组成，其硬件电路设计原理图如图2所示。

3、系统Proteus仿真效果

在uVision环境中，编译、连接生成可执行文件。进入Proteus软件，将生成的目标程序载入单片机中，按下仿真运行按钮，其电路故障仿真图和线路故障仿真图分别如图3、图4所示。

仿真效果表明，该系统故障检测精确度达到100%，对交通信号机的故障分类更加清晰。交通信号机基于Proteus环境下进行故障检测仿真是一种低成本，可操行较高的检测方法，便于维修人员到达事故现场后及时发现故障类型，缩短了维修时间。

5、结论

本文设计的基于Proteus的交通信号机电路及线路故障自检测系统，采用主芯片为AT89C51的最小系统控制系统输入输出，利用PCF8581采集交通信号灯运行电路中的电压信号。其中，单片机AT89C51内部程序对采集到的电压信号进行判断处理，若电压信号不在限值范围内时，报警指示电路自动启动报警指示功能;当在所采集到的电压信号限值范围内时，报警指示电路不启动，然后系统对信号灯运行电路中电压信号进行重新采集检测，由此可以看出，交通信号灯运行电路中的电压信号的变化是交通信号机进行故障诊断的重要依据。

参考文献：

[1]陈瑜.交通信号机应用现状及发展的思考[J].城市建设理论研究（電子版），2013（26）：10-12.

[2]卢凯，徐建闽.交通信号控制机的故障诊断与防护技术[J].电子技术应用，2015（4）：33-35.

[3]王满满.基于故障修复自组织的新型交通信号机研制[D].新疆：新疆大学：2016-06-30.

[4] 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）：120-123.

[5] 王兵，王满满，许正芳，等.一种交通信号机故障自动检测与远程报警系统[P].中国专利：106157671，2016-11-23.