鄔芝權(quán),靳 桅

（1．西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計算機(jī)與通信工程系，四川峨眉山，614202; 2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計算機(jī)與通信工程系，四川峨眉山，614202）

一種簡易的LED指示燈故障在線監(jiān)測方法

鄔芝權(quán)1,靳 桅2

（1．西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計算機(jī)與通信工程系，四川峨眉山，614202; 2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計算機(jī)與通信工程系，四川峨眉山，614202）

本文對LED指示燈正常工作和故障狀態(tài)進(jìn)行了分析，探索了一種簡易的LED指示燈在線監(jiān)測方法，可廣泛用于大規(guī)模在線檢測LED指示燈的產(chǎn)品。在LED指示燈控制電路中設(shè)置的檢測點，LED指示燈在不同故障狀態(tài)下，檢測點呈現(xiàn)不同電壓。將這個特點和數(shù)字電路芯片相關(guān)特性，作者從理論分析并多次實驗，設(shè)計了一套多LED指示燈在線監(jiān)測的實用電路。最后編程并進(jìn)行多次測試，測試結(jié)果表明，該方法實時性高、無誤差、電路簡單，達(dá)到了控制和在線檢測多個LED指示燈的目的。

LED指示燈; 故障在線監(jiān)測； 簡易方法

0 引言

LED指示燈體積小、使用壽命長、色彩鮮艷、響應(yīng)速度快，廣泛的用于儀器儀表的狀態(tài)顯示。在某些應(yīng)用場合，LED指示燈可以安裝在遠(yuǎn)離主機(jī)一段距離的地方，典型的例子就是安裝在汽車儀表板上的指示器或工業(yè)控制面板上的各類指示器。在要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合，除了控制LED指示燈的開關(guān)狀態(tài)，還可能需要監(jiān)測其故障狀態(tài)，以便于能及時的維護(hù)。本設(shè)計的理念來源于西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)鐵路沙盤信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計，沙盤上有860個信號燈，采用人工方法對信號燈的故障診斷是一個繁雜的工作,所以迫切需要一種手段來快速的診斷沙盤上信號燈的故障狀態(tài)。本設(shè)計方案僅針對工作在5V電壓的直插LED指示燈作了測試,沒有對貼片LED和其它工作電壓的情況作測試，不具備普遍性。根據(jù)LED指示燈的故障監(jiān)測方法，要對其它情況的LED指示燈進(jìn)行監(jiān)測，只需調(diào)整元器件參數(shù)即可，對于電路設(shè)計者來說是一個很好的參考。

1 LED指示燈故障狀態(tài)分析

不同顏色的LED指示燈在額定的正向電流下,有不同的壓降值。紅、黃色在1.8V~2.5V之間，綠色在2.7~3.3V之間。根據(jù)這個特點，我們可以通過檢測LED指示燈在導(dǎo)通情況下是否存在規(guī)定范圍的壓降來判斷LED指示燈是否出現(xiàn)故障。如圖1所示，LED指示燈的簡易控制電路，指示燈的陽極（A端）接5V電源，陰極（K端）串接一個510歐姆的電阻連接至控制端Q0。LED指示燈可能會出現(xiàn)的故障狀態(tài)有三種，一是A，K兩端短路，二是A，K兩端斷路，三是K端接地。通過對圖1中檢測點Vk的電壓測量，可以清楚的判斷LED指示燈是正常工作，還是處于故障狀態(tài)。

2 LED指示燈故障監(jiān)測修正電路設(shè)計

通過萬用表檢測LED指示燈的壓降值可以判斷指示燈的工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)運行時，我們也可以采用A/D方法來采樣LED指示燈的壓降，但是這種方法需要占用MCU過多IO口和的采樣轉(zhuǎn)換時間，不利于在LED指示燈在數(shù)量比較多的情況下使用。

從表1結(jié)果可以看出，當(dāng)LED指示燈正常工作時，檢測點Vk的電壓值在既不在VCC附近，也不在0V附近，而在1/2VCC附近。如果將檢測點Vk的電壓作為TTL電路的輸入端，它將被識別為那種邏輯值呢？在分析CMOS電路門電路時我們知道，CMOS門電路翻轉(zhuǎn)的輸入電平閥值總是為電源的1/2，是隨電源波動的。利用CMOS門電路的輸入電壓閥值的特點，檢測點Vk有可能被識別為邏輯值“1”，也可能被識別為邏輯值“0”，如果我們在檢測點附近構(gòu)建輔助電路，就可以判別監(jiān)測點Vk的電壓在1/2VCC附近。

在圖1中，在LED指示燈控制電路檢測點Vk外接一個檢測輔助電路，如虛線框所示。

設(shè)LED指示燈的電壓降為Vak，則監(jiān)測點Vd的電壓為：

由于Vk=5-Vak，帶入公式得

從公式3得出，當(dāng)Vak小于3.75時，Vd的電壓大于2.5V。從公式4得出，當(dāng)Vak大于1.25V時，Vd的電壓小于2.5V。

由次可以看出，當(dāng)1.25V

反之得出一個結(jié)論，如果輸入Q1為高電平，檢測點Vd識別為邏輯值“1”；輸入Q1為地，檢測點Vd識別為邏輯值“0”，則表示檢測點Vd在1/2VCC附近，從而推斷出LED指示燈是正常工作的。

圖1 LED指示燈控制及檢測輔助電路Fig.1 LED Indicator Light control and monitor auxiliary circuit

圖2 LED指示燈檢測表與燈位的關(guān)系Fig. 2 The relationship of the detect table and lamp bit for LED Indicator Light

3 程序設(shè)計

當(dāng)檢測LED指示燈時，每個LED指示燈占用掉74HC595和74HC165的兩位端口，如圖2。輸入狀態(tài)值有四種，每種狀態(tài)輸出后，從74HC165返回數(shù)據(jù)構(gòu)成一個檢測表，分別記為檢測狀態(tài)表0，檢測狀態(tài)表1，檢測狀態(tài)表2,和檢測狀態(tài)表3。

檢測表中的數(shù)據(jù)位和LED指示燈對應(yīng)，在圖3反映驅(qū)動數(shù)據(jù)和對應(yīng)的檢測狀態(tài)表，當(dāng)74HC595的奇數(shù)位和偶數(shù)位送數(shù)據(jù)00B時，返回檢測狀態(tài)表0，送數(shù)據(jù)01B時，返回檢測狀態(tài)表1，送數(shù)據(jù)10B時，返回檢測狀態(tài)表2，送數(shù)據(jù)11B時，返回檢測狀態(tài)表3。每個狀態(tài)表中的兩位與LED指示燈對應(yīng)，將四個表中相應(yīng)的兩位組成一個字節(jié)就是設(shè)備故障表，檢測狀態(tài)表3對應(yīng)到故障表的最高2位，檢測狀態(tài)表1對應(yīng)到故障表的最低2位。構(gòu)成的設(shè)備故障表如圖3所示。

設(shè)備故障表里的每個字節(jié)對應(yīng)一個LED指示燈的狀態(tài)值。編程時就可以通過選擇語句來判斷LED指示燈所處的狀態(tài), LED_ Fault_State[i]保存的是序號為i的LED指示燈的故障狀態(tài)。程序主干如下。

switch (LED_Fault_State[i])

{

case 0xf8:

...//設(shè)備狀態(tài)“正常”處理程序

break;

case 0xf5:

...// 設(shè)備狀態(tài)“短路”處理程序

break;

case 0xf0:

...// 設(shè)備狀態(tài)“斷路”處理程序

break;

case 0x50:

...// 設(shè)備狀態(tài)“接地”處理程序

break; }

4 結(jié)論

利用這種方法設(shè)計的西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)城市軌道交通實驗室沙盤的信號燈，即能控制信號燈的亮和滅，又能快速的讀回信號燈的狀態(tài)，使信號燈的仿真效果更為明顯。由于信號燈時刻處于在線監(jiān)測狀態(tài)下，沙盤控制系統(tǒng)每次啟動都會巡檢一下信號燈的故障狀態(tài)，經(jīng)過幾個月的使用情況來看，控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可靠，完全達(dá)到了系統(tǒng)對沙盤信號燈設(shè)備的技術(shù)要求。同時，這種方法簡單、占用MCU資源少、檢測速度快，可以推廣到其它多LED指示燈在線監(jiān)測的情況。

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A simple method for on-line monitoring of LED indicator

Wu Zhiquan1,Jin Wei2
(1.Southwest Jiao Tong University Emei campus Department of computer and communication engineering, Sichuan Mount Emei，614202)
(2.Southwest Jiao Tong University Emei campus Department of computer and communication engineering, Sichuan Mount Emei，614202)

In this paper,the normal operation and fault condition of LED indicator lamp are analyzed, and a simple LED indicator is explored,which can be widely used in large-scale on-line detection of LED indicator.The detection point is set in the LED indicator control circuit,and the LED indicator is different in different fault conditions. With the characteristics of this feature and digital circuit chip, the author designs a series of practical circuit for the on-line monitoring of multi LED indicator light. The test results show that the method has high real-time performance, no error, simple circuit, and can achieve the purpose of controlling and on-line detection of multiple LED lights.

LED indicator;fault on-line monitoring;simple method

TP368.1

A

圖3 設(shè)備故障表組成
Fig. 3 Equipment fault Table

教育部春暉計劃科研合作項目（2013CH012EM）

鄔芝權(quán)（1976年），男，工學(xué)碩士，實驗師，研究方向：嵌入式控制