CN102448234A - 一种智能控制大功率led铁路信号灯的方法及装置 - Google Patents

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马泽龙
曲云鹏
张宇
张睿鹏
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Abstract

本发明公开一种智能控制大功率LED铁路信号灯及装置，由电源电路分别为微控制器、LED供电控制电路及故障报警电路提供电源；微控制器的I/O口与LED供电控制电路连接为并联的数组LED信号灯智能控制单元分别提供电源，微控制器的PWM模块产生标准的PWM信号通过另一个I/O口发送给LED驱动电路点亮LED信号灯；取样电路将LED驱动电路中电流信号转换成电压信号通过A/D转换模块反馈给微控制器，以调整PWM信号的占空比，稳定LED信号灯中的工作电流。使用微处理器以及模数转换器完成逐个发光管检测技术，解决报警取样不够精确、工作电流变化导致电路输出特性变差等问题。

Description

一种智能控制大功率LED铁路信号灯的方法及装置
技术领域
本发明公开一种智能控制大功率LED铁路信号灯的方法，同时还提供了实现该控制方法的装置，适用于铁路、航海、航空及道路交通等信号灯显示技术，属于信号灯光源智能控制装置。
背景技术
目前，铁路现场用信号灯主要采用双丝白炽灯作为信号光源。采用双丝白炽灯作为光源的信号灯在使用中存在耗能大、易发热、寿命短及随工作时间延长光强衰减等问题，增加了电务段信号工区作业人员设备维修工作量。LED具备性能稳定、节能等优点，目前国外均有生产及使用LED作为铁路现场信号灯光源的实例，但是对于大功率LED铁路信号灯智能控制方面存在着报警取样不够精确、工作电流变化导致电路输出特性变差及运用中的一系列安全隐患问题。
发明内容
本发明提供了一种智能控制大功率LED铁路信号灯的方法，使用数个大功率LED并联控制方式，克服了白炽灯功耗大及小功率二极管串联控制方式所导致的一只发光管故障其它发光管也随之失效的问题。
本发明提供了实现上述控制方法的装置，解决了现有报警取样不够精确、工作电流变化导致电路输出特性变差等问题。
本发明智能控制大功率LED铁路信号灯的方法，包括以下步骤：
由电源电路分别为微控制器、LED供电控制电路及故障报警电路提供电源；微控制器的I/O口与LED供电控制电路连接为并联的数组LED信号灯智能控制单元分别提供电源，所述的LED信号灯智能控制单元由LED信号灯、取样电路和LED驱动电路构成，LED信号灯电路中包括N个LED灯；微控制器的PWM模块产生标准的PWM信号通过另一个I/O口发送给LED驱动电路点亮LED信号灯；取样电路将LED驱动电路中电流信号转换成电压信号通过A/D转换模块反馈给微控制器，以调整PWM信号的占空比，稳定LED信号灯中的工作电流；
当LED信号灯出现故障时，取样电路将LED驱动电路中故障的电流信号反馈给微控制器，通过微控制器控制故障报警电路报警；
当LED 信号灯内的LED灯故障数量达到一定值时，微控制器控制LED供电控制电路切断LED 信号灯及LED驱动电路的电源；
同时将预存的灯位编码信息及报警代码发送回车站信号机械室。
实现上述的方法的控制装置，其特征在于：
包括电源电路、微控制器、LED供电控制电路、故障报警电路、车站信号机械室及数组LED信号灯智能控制单元，所述的LED信号灯智能控制单元由LED信号灯、取样电路和LED驱动电路构成，LED信号灯电路中包括N个LED灯；其中，
微控制器的一个I/O口与LED供电控制电路相连，另一个I/O口与故障报警电路相连；微控制器的PWM模块与LED智能控制电路相连，A/D模块与取样电路相连；LED供电控制电路与LED驱动电路 及LED信号灯相连，LED信号灯电路中包括N个LED灯；取样电路与LED驱动电路相连。
打开供电电源，给微控制器、LED供电控制、故障报警电路供电；由微控制器的I/O口控制LED供电控制电路中的继电器吸合，同时由微控制器的PWM模块产生标准的PWM信号，通过微控制器的I/O口发送给LED驱动电路，点亮LED信号灯；并由取样电路将LED中流过的电流转换成电压值通过A/D转换模块反馈回微控制器，以调整PWM信号的占空比，稳定LED中的工作电流；当LED灯出现故障（如短路、断路等）时，由微控制器通过I/O口控制故障报警电路继电器吸合，将预存的灯位编码信息及报警代码发送回车站信号机械室；当LED 信号灯内的LED灯故障数量达到一定值时，微控制器控制LED供电控制电路切断LED的电源，同时控制故障报警电路中的继电器吸合将预存的故障编码及灯位编码信息发送回车站信号机械室。
发明的积极效果在于：使用微处理器以及模数转换器完成逐个发光管检测技术，解决报警取样不够精确、工作电流变化导致电路输出特性变差等问题，与早期的以模拟电路控制大功率LED铁路信号灯控制装置相比，本发明具有体积小、价格低、速度快、抗干扰能力强、智能化程度高及具有多样化可拓展性等优点。
较好的解决了铁路信号LED信号显示电源控制装置运用中的一系列安全隐患问题。
附图说明
图1 本发明电路原理框图；
图2 本发明电路原理图。
具体实施方式
实施例1
根据图1所示，由电源电路1分别为微控制器2、LED供电控制电路3及故障报警电路7提供电源；微控制器2的I/O口与LED供电控制电路3连接为并联的数组LED信号灯智能控制单元分别提供电源，所述的LED信号灯智能控制单元由LED信号灯6、取样电路5和LED驱动电路4构成，每个智能控制大功率LED铁路信号灯都包含N组LED信号灯智能控制单元；微控制器2的PWM模块产生标准的PWM信号通过另一个I/O口发送给LED驱动电路4点亮LED信号6灯，LED信号灯6电路中包括N个LED灯；取样电路5将LED驱动电路4中电流信号转换成电压信号通过A/D转换模块反馈给微控制器2，以调整PWM信号的占空比，稳定LED信号灯6中的工作电流；
当LED信号灯6出现故障时，取样电路5将LED驱动电路4中故障的电流信号反馈给微控制器2，通过微控制器2控制故障报警电路7报警；
当LED 信号灯内的LED灯故障数量达到一定值时，微控制器控制LED供电控制电路切断LED 信号灯6及LED驱动电路4的电源；
同时将预存的灯位编码信息及报警代码发送回车站信号机械室8。
实施例2
参照图1所示，本发明智能控制大功率LED铁路信号灯装置由电源电路1、微控制器2、LED供电控制电路3、故障报警电路7、车站信号机械室8及数组LED信号灯智能控制单元构成，所述的LED信号灯智能控制单元由LED信号灯6、取样电路5和LED驱动电路4构成，LED信号灯6电路中包括N个LED灯；其中，
按照图2所示，电源电路1输出+5V给微控制器2VDD口供电，微控制器2（采用C8051F410高速微处理器）上电后首先通过I/O口控制LED供电控制电路3工作，将+12V电压输出给LED信号灯6与LED驱动电路4；LED信号灯6由N个LED灯组成；LED驱动电路4中上拉电阻R11串联在三极管T1集电极，取样电阻R12串联在场效应管M1的源极，滤波电容C1与取样电阻R12并联，取样电压送回微控制器2的A/D转换模块，微控制器2通过PWM模块发送PWM（脉宽调制）信号至三极管T1的基极，以控制三极管T1的开关时间；场效应管M1的栅极与三极管T1的集电极相连，根据三极管的开关特性，当三极管T1基极接收PWM信号的同时，场效应管M1的栅极也会接收到占空比相反的PWM信号，由于场效应管的开关特性，LED信号灯6中流过电流的占空比与微控制器2产生PWM信号的占空比相反,此时LED信号灯6 中的LED灯正常工作；
当LED信号灯6中任意LED灯的电流因故发生变化时，微控制器2的A/D转换模块通过取样电阻（R12）将每个LED灯中的工作电流值转化为电压值VA，并反馈给微控制器2，与设定的标准值VB进行比较：
当LED灯中的电流IA>IB时（IB为微控制器2内预设的标准值），即取样电压VA>VB，微控制器2通过调低输出的PWM信号的占空比来降低LED灯中流过的电流IA，反之则调高输出PWM信号的占空比，以使LED灯工作在电流IA处于稳定的状态；
当LED信号灯6电路中的LED灯发生故障（如断路、短路）引起取样电路5的电压值超出限定值时，微处理器2将三极管T1基极电平置高，控制场效应管M1截止，以防止电路中流过的电流过大烧毁LED驱动电路4及取样电路5；
若有≥N/4个LED灯出现故障时，微控制器2通过I/O口控制故障报警电路7中的继电器吸合，将预存的报警代码及灯位编码信息发送回车站信号机械室；当有≥N/2个LED灯出现故障时，微控制器2控制故障报警电路7将预存的故障代码及灯位编码信息发送回车站信号机械室，同时通过微控制器2的I/O口控制LED供电控制电路3的继电器断开，以切断LED信号灯6的供电，以防止由于电流过大而烧毁整个控制装置。
微控制器2选用的是C8051F410高速微处理器。C8051F410属于Silicon Labs生产的小型微控制器，在极小的封装中集成了高速8051 CPU、Flash存储器、PWM模块和高性能A/D转换模块，在提高***性能的同时，减少了电路所需元件的数目；
LED信号灯6中光源为N个功率为1W的LED灯；
LED驱动电路3为三极管与MOSFET组成的功率放大电路，三极管为2N2222，MOSFET为IRF540；
LED供电控制电路4报警电路8中的执行元件为G6A-274P-12VDC型继电器；
本发明对各行业信号指示技术与不同信号指示功能的大功率LED信号灯显示提供三种设计方案：
（1）N=8即8点聚焦8只功率为1WLED信号灯显示光学***；
（2）N=6即 6点聚焦6只功率为1WLED信号灯显示光学***；
（3）N=4即 4点聚焦4只功率为1WLED信号灯显示光学***。
经过试验结果证明，本发明具有电特性稳定、抗干扰性强、信号显示效果满足部分行业所需要技术指标，故障报警功能完善可靠，工作环境不受海拔高度及环境温差限制，具有广泛的市场前景。

Claims (2)

1.一种智能控制大功率LED铁路信号灯的方法，包括以下步骤：
由电源电路分别为微控制器、LED供电控制电路及故障报警电路提供电源；微控制器的I/O口与LED供电控制电路连接为并联的数组LED信号灯智能控制单元分别提供电源，所述的LED信号灯智能控制单元由LED信号灯、取样电路和LED驱动电路构成，每个智能控制大功率LED铁路信号灯都包含N组LED信号灯智能控制单元；微控制器的PWM模块产生标准的PWM信号通过另一个I/O口发送给LED驱动电路点亮LED信号灯，LED信号灯电路中包括N个LED灯；取样电路将LED驱动电路中电流信号转换成电压信号通过A/D转换模块反馈给微控制器，以调整PWM信号的占空比，稳定LED信号灯中的工作电流；
当LED信号灯出现故障时，取样电路将LED驱动电路中故障的电流信号反馈给微控制器，通过微控制器控制故障报警电路报警；
当LED 信号灯内的LED灯故障数量达到一定值时，微控制器控制LED供电控制电路切断LED 信号灯及LED驱动电路的电源；
同时将预存的灯位编码信息及报警代码发送回车站信号机械室。
2. 实现权利要求1所述大功率LED铁路信号灯智能控制方法的装置，其特征在于：
电源电路的+5V输出端与微控制器的电源端口VDD相连，电源电路的+12V输出端与LED供电控制电路及故障报警电路相连供电；微控制器的一个I/O口与LED供电控制电路相连分别为LED信号灯和LED驱动电路供电，另一个I/O口与故障报警电路相连控制故障报警电路报警；微控制器的PWM模块与LED智能控制电路相连，将产生标准的PWM信号通过微控制器的I/O口发送给LED驱动电路点亮LED信号灯；微控制器的A/D模块与取样电路相连将LED驱动电路中电流信号转换成电压值通过A/D转换模块反馈给微控制器；LED供电控制电路与LED驱动电路及LED信号灯相连分别为其提供电源；LED信号灯电路中包括N个LED灯；取样电路与LED驱动电路相连将LED驱动电路中的电流信号转换成电压信号。
 
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