許正芳 王兵 戶建平 孫均友

交通信號控制系統(tǒng)是保障各類交通流安全通過道路平面交叉路口的關(guān)鍵交通管控設(shè)施，主要由交通信號機(jī)和交通信號燈組成，其中，交通信號機(jī)是信控系統(tǒng)的核心設(shè)備 ，在我國各地區(qū)應(yīng)用廣泛。受開放式工作環(huán)境的影響，機(jī)內(nèi)電子元器件受極限溫度與濕度、異常供電電壓和電流、各類雜散電流，以及自身壽命影響，導(dǎo)致現(xiàn)實中交通信號機(jī)發(fā)生相位運行故障致使交通信號異常，極易造成平交口交通混亂，加劇交通擁堵，甚至引發(fā)交通事故[1]。而常用交通信號機(jī)不具備故障自動檢測功能，部分智能交通信號機(jī)雖在一定程度上考慮到了信號機(jī)控制信號出現(xiàn)錯誤導(dǎo)致信號燈出現(xiàn)紅、綠信號沖突的相位運行故障的判斷，但是，暫時沒有提供除紅、綠信號沖突以外的信號機(jī)相位運行故障檢測的具體方法，僅限于基礎(chǔ)探討式研究，更無出廠產(chǎn)品，現(xiàn)場維修人員對交通信號機(jī)故障往往難以迅速診斷，修復(fù)效率低[2-3]。

本文利用Proteus軟件和Keil軟件聯(lián)合仿真建立一套交通信號機(jī)相位運行故障自診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單可靠，能為后續(xù)交通信號機(jī)相位運行故障診斷技術(shù)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，系統(tǒng)一經(jīng)應(yīng)用，將大大減少道路擁堵時間，降低事故發(fā)生率。

1、交通信號機(jī)相位運行故障分析

圖1為常見十字形平交口信控系統(tǒng)基本構(gòu)成?？刂菩盘枡C(jī)運行相位狀態(tài)對應(yīng)各輸出端子連接信號燈組，信號燈組中的R、Y和G分別表示紅、黃、綠三色信號燈。在一個周期內(nèi)，平面交叉口上某一支或幾支交通流所獲得的通行權(quán)稱為信號相位，一個周期內(nèi)有幾個信號相位，則稱該信號系統(tǒng)為幾相位系統(tǒng)。本文研究主體為常用兩相位信號機(jī)。

本文兩相位信號機(jī)預(yù)設(shè)的信號燈燈色和時間如表1所示。當(dāng)信號機(jī)自身發(fā)生故障或信號機(jī)配置出現(xiàn)錯誤使其相位運行狀態(tài)與實際運行結(jié)果不一致，例如：信號機(jī)同一相位紅、綠燈一起亮等運行狀態(tài)出現(xiàn)錯誤即為相位運行故障。

2、 系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的交通信號機(jī)相位運行故障自診斷系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為主控制器，利用Proteus軟件繪制硬件電路，利用Keil軟件進(jìn)行編程[4-6]。其中，故障實時檢測電路和故障自動診斷電路采用PCF8591芯片，PCF8591芯片對信號機(jī)運行相位狀態(tài)對應(yīng)各輸出端子的多路模擬輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號巡回選通到單片機(jī)I/O口，實時分析信號機(jī)輸出端電壓狀態(tài)變化;故障報警提示電路由6個LED指示燈和蜂鳴器組成，且6個LED指示燈分別表示東、西方向紅、黃、綠信號燈運行狀態(tài)和南、北方向紅、黃、綠信號燈運行狀態(tài)。

本系統(tǒng)硬件模塊主要由信號機(jī)相位運行故障診斷模塊和故障報警提示模塊組成。其中，信號機(jī)相位運

行故障診斷模塊包括故障實時檢測電路和故障自動診斷電路，系統(tǒng)整體設(shè)計圖如圖2所示。

當(dāng)信號機(jī)與預(yù)設(shè)的相位運行狀態(tài)不一致，即信號燈出現(xiàn)異常亮、滅，例如：信號機(jī)一路輸出端子控制的兩路交通信號燈其一或都發(fā)生故障，信號燈負(fù)載發(fā)生變化，系統(tǒng)不但能采集到信號機(jī)控制端口信息，也能采集到信號燈電壓信息。例如，控制東西方向紅燈的信號機(jī)運行相位的接線端子在運行時發(fā)生故障（即斷開左邊信號機(jī)東西相位方向紅燈的控制端P1.0口），此時，系統(tǒng)總體設(shè)計電路中對應(yīng)東西方向紅燈的LED提示燈亮，蜂鳴器鳴響，起到故障報警提示作用。

3 、結(jié)論

本文建立的一套交通信號機(jī)相位運行故障自診斷系統(tǒng)，通過Proteus聯(lián)合Keil C51實現(xiàn)系統(tǒng)功能仿真。系統(tǒng)硬件以AT89C51單片機(jī)為主控制器，利用PCF8581芯片實時采集信號機(jī)運行相位狀態(tài)對應(yīng)各輸出端子的電壓信息。當(dāng)故障實時檢測電路檢測到信號機(jī)運行相位狀態(tài)對應(yīng)的輸出端子發(fā)生故障時，報警提示模塊電路對信號機(jī)運行相位狀態(tài)出現(xiàn)故障的具體輸出端子做出自動報警提示，本系統(tǒng)可以快速、準(zhǔn)確的檢測到信號機(jī)運行相位狀態(tài)對應(yīng)各輸出端子出現(xiàn)的故障，成本低、效率高、穩(wěn)定性好，具有很好的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

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