專利名稱：一種智能控制大功率led鐵路信號燈的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種智能控制大功率LED鐵路信號燈的方法，同時還提供了實(shí)現(xiàn)該控制方法的裝置，適用于鐵路、航海、航空及道路交通等信號燈顯示技術(shù)，屬于信號燈光源智能控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，鐵路現(xiàn)場用信號燈主要采用雙絲白熾燈作為信號光源。采用雙絲白熾燈作為光源的信號燈在使用中存在耗能大、易發(fā)熱、壽命短及隨工作時間延長光強(qiáng)衰減等問題， 增加了電務(wù)段信號工區(qū)作業(yè)人員設(shè)備維修工作量。LED具備性能穩(wěn)定、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，目前國外均有生產(chǎn)及使用LED作為鐵路現(xiàn)場信號燈光源的實(shí)例，但是對于大功率LED鐵路信號燈智能控制方面存在著報警取樣不夠精確、工作電流變化導(dǎo)致電路輸出特性變差及運(yùn)用中的一系列安全隱患問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種智能控制大功率LED鐵路信號燈的方法，使用數(shù)個大功率LED 并聯(lián)控制方式，克服了白熾燈功耗大及小功率二極管串聯(lián)控制方式所導(dǎo)致的一只發(fā)光管故障其它發(fā)光管也隨之失效的問題。本發(fā)明提供了實(shí)現(xiàn)上述控制方法的裝置，解決了現(xiàn)有報警取樣不夠精確、工作電流變化導(dǎo)致電路輸出特性變差等問題。本發(fā)明智能控制大功率LED鐵路信號燈的方法，包括以下步驟
由電源電路分別為微控制器、LED供電控制電路及故障報警電路提供電源；微控制器的I/O 口與LED供電控制電路連接為并聯(lián)的數(shù)組LED信號燈智能控制單元分別提供電源， 所述的LED信號燈智能控制單元由LED信號燈、取樣電路和LED驅(qū)動電路構(gòu)成，LED信號燈電路中包括N個LED燈；微控制器的P麗模塊產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM信號通過另一個I/O 口發(fā)送給LED驅(qū)動電路點(diǎn)亮LED信號燈；取樣電路將LED驅(qū)動電路中電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋給微控制器，以調(diào)整PWM信號的占空比，穩(wěn)定LED信號燈中的工作電流；
當(dāng)LED信號燈出現(xiàn)故障時，取樣電路將LED驅(qū)動電路中故障的電流信號反饋給微控制器，通過微控制器控制故障報警電路報警；
當(dāng)LED信號燈內(nèi)的LED燈故障數(shù)量達(dá)到一定值時，微控制器控制LED供電控制電路切斷LED信號燈及LED驅(qū)動電路的電源；
同時將預(yù)存的燈位編碼信息及報警代碼發(fā)送回車站信號機(jī)械室。實(shí)現(xiàn)上述的方法的控制裝置，其特征在于
包括電源電路、微控制器、LED供電控制電路、故障報警電路、車站信號機(jī)械室及數(shù)組 LED信號燈智能控制單元，所述的LED信號燈智能控制單元由LED信號燈、取樣電路和LED 驅(qū)動電路構(gòu)成，LED信號燈電路中包括N個LED燈；其中，
3微控制器的一個I/O 口與LED供電控制電路相連，另一個I/O 口與故障報警電路相連； 微控制器的PWM模塊與LED智能控制電路相連，A/D模塊與取樣電路相連；LED供電控制電路與LED驅(qū)動電路及LED信號燈相連，LED信號燈電路中包括N個LED燈；取樣電路與LED 驅(qū)動電路相連。打開供電電源，給微控制器、LED供電控制、故障報警電路供電；由微控制器的I/O 口控制LED供電控制電路中的繼電器吸合，同時由微控制器的PWM模塊產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM信號，通過微控制器的I/O 口發(fā)送給LED驅(qū)動電路，點(diǎn)亮LED信號燈；并由取樣電路將LED中流過的電流轉(zhuǎn)換成電壓值通過A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋回微控制器，以調(diào)整PWM信號的占空比，穩(wěn)定LED中的工作電流；當(dāng)LED燈出現(xiàn)故障(如短路、斷路等)時，由微控制器通過I/O 口控制故障報警電路繼電器吸合，將預(yù)存的燈位編碼信息及報警代碼發(fā)送回車站信號機(jī)械室；當(dāng) LED信號燈內(nèi)的LED燈故障數(shù)量達(dá)到一定值時，微控制器控制LED供電控制電路切斷LED 的電源，同時控制故障報警電路中的繼電器吸合將預(yù)存的故障編碼及燈位編碼信息發(fā)送回車站信號機(jī)械室。發(fā)明的積極效果在于使用微處理器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成逐個發(fā)光管檢測技術(shù)， 解決報警取樣不夠精確、工作電流變化導(dǎo)致電路輸出特性變差等問題，與早期的以模擬電路控制大功率LED鐵路信號燈控制裝置相比，本發(fā)明具有體積小、價格低、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、智能化程度高及具有多樣化可拓展性等優(yōu)點(diǎn)。較好的解決了鐵路信號LED信號顯示電源控制裝置運(yùn)用中的一系列安全隱患問題。


圖1本發(fā)明電路原理框圖； 圖2本發(fā)明電路原理圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
根據(jù)圖ι所示，由電源電路1分別為微控制器2、LED供電控制電路3及故障報警電路 7提供電源；微控制器2的I/O 口與LED供電控制電路3連接為并聯(lián)的數(shù)組LED信號燈智能控制單元分別提供電源，所述的LED信號燈智能控制單元由LED信號燈6、取樣電路5和 LED驅(qū)動電路4構(gòu)成，每個智能控制大功率LED鐵路信號燈都包含N組LED信號燈智能控制單元；微控制器2的PWM模塊產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM信號通過另一個I/O 口發(fā)送給LED驅(qū)動電路4點(diǎn)亮LED信號6燈，LED信號燈6電路中包括N個LED燈；取樣電路5將LED驅(qū)動電路 4中電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋給微控制器2，以調(diào)整PWM信號的占空比，穩(wěn)定LED信號燈6中的工作電流；
當(dāng)LED信號燈6出現(xiàn)故障時，取樣電路5將LED驅(qū)動電路4中故障的電流信號反饋給微控制器2，通過微控制器2控制故障報警電路7報警；
當(dāng)LED信號燈內(nèi)的LED燈故障數(shù)量達(dá)到一定值時，微控制器控制LED供電控制電路切斷LED信號燈6及LED驅(qū)動電路4的電源；
同時將預(yù)存的燈位編碼信息及報警代碼發(fā)送回車站信號機(jī)械室8。
實(shí)施例2
參照圖1所示，本發(fā)明智能控制大功率LED鐵路信號燈裝置由電源電路1、微控制器2、 LED供電控制電路3、故障報警電路7、車站信號機(jī)械室8及數(shù)組LED信號燈智能控制單元構(gòu)成，所述的LED信號燈智能控制單元由LED信號燈6、取樣電路5和LED驅(qū)動電路4構(gòu)成， LED信號燈6電路中包括N個LED燈；其中，
按照圖2所示，電源電路1輸出+5V給微控制器2VDD 口供電，微控制器2 (采用 C8051F410高速微處理器)上電后首先通過I/O 口控制LED供電控制電路3工作，將+12V 電壓輸出給LED信號燈6與LED驅(qū)動電路4 ；LED信號燈6由N個LED燈組成；LED驅(qū)動電路4中上拉電阻Rll串聯(lián)在三極管Tl集電極，取樣電阻R12串聯(lián)在場效應(yīng)管Ml的源極，濾波電容Cl與取樣電阻R12并聯(lián)，取樣電壓送回微控制器2的A/D轉(zhuǎn)換模塊，微控制器2通過PWM模塊發(fā)送PWM (脈寬調(diào)制)信號至三極管Tl的基極，以控制三極管Tl的開關(guān)時間； 場效應(yīng)管Ml的柵極與三極管Tl的集電極相連，根據(jù)三極管的開關(guān)特性，當(dāng)三極管Tl基極接收PWM信號的同時，場效應(yīng)管Ml的柵極也會接收到占空比相反的PWM信號，由于場效應(yīng)管的開關(guān)特性，LED信號燈6中流過電流的占空比與微控制器2產(chǎn)生PWM信號的占空比相反，此時LED信號燈6中的LED燈正常工作；
當(dāng)LED信號燈6中任意LED燈的電流因故發(fā)生變化時，微控制器2的A/D轉(zhuǎn)換模塊通過取樣電阻(R12)將每個LED燈中的工作電流值轉(zhuǎn)化為電壓值VA，并反饋給微控制器2，與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值VB進(jìn)行比較
當(dāng)LED燈中的電流IA>IB時(IB為微控制器2內(nèi)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值)，即取樣電壓VA>VB，微控制器2通過調(diào)低輸出的PWM信號的占空比來降低LED燈中流過的電流IA，反之則調(diào)高輸出PWM信號的占空比，以使LED燈工作在電流IA處于穩(wěn)定的狀態(tài)；
當(dāng)LED信號燈6電路中的LED燈發(fā)生故障(如斷路、短路)引起取樣電路5的電壓值超出限定值時，微處理器2將三極管Tl基極電平置高，控制場效應(yīng)管Ml截止，以防止電路中流過的電流過大燒毀LED驅(qū)動電路4及取樣電路5 ；
若有》N/4個LED燈出現(xiàn)故障時，微控制器2通過I/O 口控制故障報警電路7中的繼電器吸合，將預(yù)存的報警代碼及燈位編碼信息發(fā)送回車站信號機(jī)械室；當(dāng)有> N/2個LED燈出現(xiàn)故障時，微控制器2控制故障報警電路7將預(yù)存的故障代碼及燈位編碼信息發(fā)送回車站信號機(jī)械室，同時通過微控制器2的I/O 口控制LED供電控制電路3的繼電器斷開，以切斷LED信號燈6的供電，以防止由于電流過大而燒毀整個控制裝置。微控制器2選用的是C8051F410高速微處理器。C8051F410屬于Silicon Labs生產(chǎn)的小型微控制器，在極小的封裝中集成了高速8051 CPU、Flash存儲器、PWM模塊和高性能A/D轉(zhuǎn)換模塊，在提高系統(tǒng)性能的同時，減少了電路所需元件的數(shù)目；
LED信號燈6中光源為N個功率為IW的LED燈；
LED驅(qū)動電路3為三極管與MOSFET組成的功率放大電路，三極管為2N2222，MOSFET為 IRF540 ；
LED供電控制電路4報警電路8中的執(zhí)行元件為G6A-274P-12VDC型繼電器； 本發(fā)明對各行業(yè)信號指示技術(shù)與不同信號指示功能的大功率LED信號燈顯示提供三種設(shè)計(jì)方案
(1) N=8即8點(diǎn)聚焦8只功率為IWLED信號燈顯示光學(xué)系統(tǒng)；6即6點(diǎn)聚焦6只功率為IWLED信號燈顯示光學(xué)系統(tǒng)；
(3)N=4即4點(diǎn)聚焦4只功率為IWLED信號燈顯示光學(xué)系統(tǒng)。 經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果證明，本發(fā)明具有電特性穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、信號顯示效果滿足部分行業(yè)所需要技術(shù)指標(biāo)，故障報警功能完善可靠，工作環(huán)境不受海拔高度及環(huán)境溫差限制，具有廣泛的市場前景。
權(quán)利要求
1.一種智能控制大功率LED鐵路信號燈的方法，包括以下步驟由電源電路分別為微控制器、LED供電控制電路及故障報警電路提供電源；微控制器的I/O 口與LED供電控制電路連接為并聯(lián)的數(shù)組LED信號燈智能控制單元分別提供電源， 所述的LED信號燈智能控制單元由LED信號燈、取樣電路和LED驅(qū)動電路構(gòu)成，每個智能控制大功率LED鐵路信號燈都包含N組LED信號燈智能控制單元；微控制器的PWM模塊產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM信號通過另一個I/O 口發(fā)送給LED驅(qū)動電路點(diǎn)亮LED信號燈，LED信號燈電路中包括N個LED燈；取樣電路將LED驅(qū)動電路中電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋給微控制器，以調(diào)整PWM信號的占空比，穩(wěn)定LED信號燈中的工作電流；當(dāng)LED信號燈出現(xiàn)故障時，取樣電路將LED驅(qū)動電路中故障的電流信號反饋給微控制器，通過微控制器控制故障報警電路報警；當(dāng)LED信號燈內(nèi)的LED燈故障數(shù)量達(dá)到一定值時，微控制器控制LED供電控制電路切斷LED信號燈及LED驅(qū)動電路的電源；同時將預(yù)存的燈位編碼信息及報警代碼發(fā)送回車站信號機(jī)械室。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述大功率LED鐵路信號燈智能控制方法的裝置，其特征在于 電源電路的+5V輸出端與微控制器的電源端口 VDD相連，電源電路的+12V輸出端與LED供電控制電路及故障報警電路相連供電；微控制器的一個I/O 口與LED供電控制電路相連分別為LED信號燈和LED驅(qū)動電路供電，另一個I/O 口與故障報警電路相連控制故障報警電路報警；微控制器的PWM模塊與LED智能控制電路相連，將產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM信號通過微控制器的I/O 口發(fā)送給LED驅(qū)動電路點(diǎn)亮LED信號燈；微控制器的A/D模塊與取樣電路相連將LED驅(qū)動電路中電流信號轉(zhuǎn)換成電壓值通過A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋給微控制器；LED供電控制電路與LED驅(qū)動電路及LED信號燈相連分別為其提供電源；LED信號燈電路中包括N 個LED燈；取樣電路與LED驅(qū)動電路相連將LED驅(qū)動電路中的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
全文摘要
本發(fā)明公開一種智能控制大功率LED鐵路信號燈及裝置，由電源電路分別為微控制器、LED供電控制電路及故障報警電路提供電源；微控制器的I/O口與LED供電控制電路連接為并聯(lián)的數(shù)組LED信號燈智能控制單元分別提供電源，微控制器的PWM模塊產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM信號通過另一個I/O口發(fā)送給LED驅(qū)動電路點(diǎn)亮LED信號燈；取樣電路將LED驅(qū)動電路中電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋給微控制器，以調(diào)整PWM信號的占空比，穩(wěn)定LED信號燈中的工作電流。使用微處理器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成逐個發(fā)光管檢測技術(shù)，解決報警取樣不夠精確、工作電流變化導(dǎo)致電路輸出特性變差等問題。
文檔編號H05B37/03GK102448234SQ20111031008
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者張宇, 張睿鵬, 曲云鵬, 馬澤龍 申請人:長春東鐵通信信號設(shè)備有限公司