摘要：交通讯号灯状况监测技能是路途交通讯号操控关键技能之一，直接关系到路途交通的安全与晓畅。文中介绍了一种新式的多路交通讯号灯状况监测办法。该办法依据互感检测原理，依据互感器次级输出电流，经信号调度电路处理后送到处理器进行AD采样，然后检测信号灯驱动回路的电流。并使用光耦合器电路完结对驱动回路的电压检测。本规划中的多路交通讯号灯状况监测体系硬件依据MSP430F149单片机，使用内部集成ADC模块完结多路信号的收集。软件部分，经过中位值均匀滤波算法对采样数据进行处理，有用的按捺了由脉冲搅扰所引起额采样值差错。一起，因为ADC存在的增益差错和失调差错影响其转化精度，因而提出了自校对算法对两种差错进行补偿，极大的进步了体系检测精度。本体系选用分时选通的作业形式对多路通道进行切换，有用的增强了体系的稳定性。实践测验成果表明，该检测器具有简略牢靠，检测精度高的特色。
跟着社会经济的开展，城市交通问题成为社会日益重视的焦点。交通讯号灯是确保公路和路途交晓疏通和安全的根底。在此布景下，对交通灯作业状况的实时监控提出了更高的要求。传统的交通灯毛病检测仍停留在定时指定人员巡检的办法，因而检测周期长、信息反应速度慢，检测本钱高。现阶段交通灯状况检测主要有互感检测、分压检测、升压检测、光反应检测等。分压检测是在被测回路中串接分压元件，经过检测分压元件上有无电压，判别被测回路有无电流。具有电路简略、本钱低、牢靠性高的优势，但功耗较大，不利于户外高温下作业。
升压检测是在被测回路中串接升压变压器，经过检测变压器次级电压，判别回路有无电流。相比分压检测，其功耗大为下降，可是变压器体积较大，影响线路的排布密度。光反应检测依据信号灯的亮、灭状况来判别信号灯当时的运转状况，有用的战胜传统检测计划因为外电路漏电等问题引起的误判现象，还可防止电磁搅扰，可是易受环境搅扰。互感检测在抗搅扰、高精度交通讯号灯状况检测具有其他检测办法无法比拟的优势。针对实践中对信号灯状况监测需求高精度、抗搅扰的要求，本文从软硬件协同战略对驱动回路信号进行处理，完结了8路信号灯状况监测，进步了体系抗搅扰性。
1 体系规划原理
电流互感器依据电磁感应原理，将信号灯驱动回路的电流按必定变比转化为数值较小的二次电流，使用高精度采样电阻对二次电流采样后，经过有源整流电路对采样电压进行整流、扩大后，送到微处理器集成的ADC进行信号处理，便可测出当时信号灯驱动回路电流数值。使用光耦合器的阻隔特性直接对信号灯驱动回路电压进行检测，然后准确的判别信号灯当时的作业状况。规划选用分时选通办法对多路通道进行切换，有用的确保了多通道之间的切换速率。一起，为了进步信号灯状况监测体系的鲁棒性，在采样数据处理中选用中位值滤波算法，进步了数据的容错才能。为进步ADC的转化精度，使用自校对算法对增益差错和失调差错进行补偿，进步了ADC转化的准确度。通讯电路选用RS-485通讯协议，完结检测器与主操控器之间的通讯，有较高的稳定性和牢靠性。确保了体系低本钱、高精度的完结多路信号灯的状况监测。
2 硬件规划
2.1 主体构成
本体系选用低功耗MSP430F149微处理器完结多路信号灯驱动回路的状况监测。体系主要有检测电路、信号调度电路、显现电路、数据存储电路及通讯电路构成。主体框图如图1所示。
2.2 电流检测电路
电流检测电路选用ZMCT103C沟通互感器，变比为1000：1，额外输入电流为5 A，额外输出电流为5 mA。信号调度电路的集成运放选用LM358，内部包含两个独立的高增益、内部频率补偿的双运算扩大器，并选用双电源供电，以增大线性动态规模。信号调度电路由两级运放构成，选用反相输入办法，扩大倍数为50倍，既能满意丈量要求，又可有用的防止高频噪声。对有源整流电路输出的信号进行检波处理后，经过调整各参数，便可得到较好的直流信号。为消除电源内阻引起的低频自激振荡，在正负电源与地之间别离加0.01uF的电容滤波。电流检测电路如图2所示。
2.3 电压检测电路
电压检测电路原理是将光电耦合器并联在信号灯驱动回路中，在沟通讯号的正半周，使光耦开关导通，经过检测光电耦合器二次侧的电平状况来判别信号灯电压的有无，一起也起到强、弱电线路阻隔的效果，附加的信号指示灯可实时显现检测电路的作业状况，该电路具有简略牢靠的长处。电压检测电路如图3所示。
2.4 显现与键控电路
显现部分可以经过RS-485通讯在位机上实时监控，因为MSP4310F149具有丰厚的接口资源，因而规划时预留了LCD液晶屏的接口。可经过按键操控，在LCD液晶屏上显现信号灯每一驱动回路的状况信息，便利日后保护。
2.5 通讯及信息存储
RS-485电路选用MAX3485芯片，芯片内部集成了一个驱动器和一个接收器，契合RS-485的通讯规范，且功用和特色均满意本规划的需求。该信号灯状况监测体系选用RS-485总线通讯办法完结数据通讯，实用于实践路口交通讯号机与多个状况检测体系组网衔接。经过EEPROM芯片AT24C16存储信号灯驱动回路电压、电流的状况信息，供后期数据剖析。通讯电路选用RS-485主动收发形式，电路原理图参阅资料较多，此处不再胪陈。
2.6 报警电路
当信号灯驱动回路电流超越设定的阈值时，都会使信号灯呈现反常。经过安装在信号机箱内的报警器，宣布警报信号，提示路人安全通行。一起将警报信息经过RS-485总线传送到中心服务器，这样便可以在发生毛病最短的时间内，将毛病信息上传到操控中心。
3 软件规划
3.1 体系软件构成
体系软件选用模块化分层规划，包含主控模块、检测模块、显现模块、报警模块和数据通讯模块构成，然后与硬件电路协同完结对多路信号灯驱动回路各参数状况监测。在多通道之间彼此切换时，选用分时选通办法，确保了与主操控器更好的进行数据通讯。对采样数据选用中位值均匀滤波处理，并选用自校对算法对增益差错和失调差错进行补偿，进步了体系的稳定性和准确度。体系软件主体流程图如图4所示。
3.2 鲁棒性规划
在实践使用中，集成运放简单遭到环境影响发生温漂，信号经扩大后会发生严峻的失真，故本体系选用LM358集成运放，它具有较好的温度系数，可有用的进步体系的抗搅扰性。尽管LM35集成运放最大极限的进步了体系的检测精度，可是其本身的硬件上所发生的增益差错和偏置差错是不可防止的，为了战胜硬件上的缺乏，本体系选用自校对算法对两种差错进行补偿，极大极限的弥补了集成运放本身的缺点。在校对的时分，首要选用ADC的恣意两个通道作为参阅输入通道，并别离输入已知的直流参阅电压，经过读取相应的成果寄存器获取转化值，使用两组输出值便可求得ADC模块得校对增益和校对偏置，然后使用这两个值对其他通道转化数据进行补偿。一起，AD采样数据动摇也会对采样精度形成影响，为进步检测精度，对采样数据选用中位值均匀滤波算法。该算法交融了中位值滤波法和算术均匀滤波法的长处，可消除因为脉冲搅扰所引起的采样值差错。体系在20 ms内，接连采样20个数据，去除最大值和最小值，然后核算18个数据的算术均匀值，经数据转化后，取得实践电压值。经实践测验，检测精度可达0.5%以上，完结了对信号灯驱动回路电流状况的实时监测。采样数据处理流程图如图5所示。
3.3 报警规划
本体系在信号灯驱动回路电压反常或电流反常都会触发报警装置，针对不同的毛病状况，会宣布相应警报信息，并将信息传送到中心服务器。且具有独立的供电电源，当信号机供电部分呈现毛病时，也不会影响该体系的正常运转。使用该体系对交通讯号灯毛病进行监控，既不影响现有信号灯驱动操控回路，又可以独立完结报警功用，完结了在信号灯毛病状况时，确保行人安全通行。
4 测验成果剖析
MSP430F149单片机内置8路12位的ADC模块，本规划中，采样的基准电压为3.3 V，检测精度可达10 mV，足以满意该检测体系的要求。因为信号灯驱动回路的电流为50 Hz沟通电，经整形后挨近滑润直流电压，但还存在细微脉动，单纯依托硬件电路不能满意希望方针。故本体系选用软硬件协同的战略，使用正弦波的特色，ADC采样和坚持触发源选用
定时器触发形式，每1 ms触发一次采样和转化，然后将20次采样成果使用中位值均匀滤波算法处理，便可得准确电压值，有用的处理了市电脉动对采样值形成的搅扰。实践测验时，将电线在互感器上绕两圈，并通入不同电流值，经过串口帮手可调查采样电压值，经屡次采样并与实践电压值比照，线性度较好，检测精度可达0.5%。测验成果曲线如图6所示。
5 定论
文中提出了一种新的多路交通讯号灯状况监测体系，可以完结对交通灯驱动回路电压、电流状况的监测，并将新的报警战略与该体系结合，使用于路口信号机，可在信号机毛病时，提示行人安全通行。依据软硬件协同战略，将中位值均匀滤波算法和自校对算法使用在ADC采样中，进步了体系检测精度。经实践测验证明，使用该体系对交通讯号灯毛病进行检测和监控，能满意实践状况的使用需求。
