Устройство контроллер для управления сверхяркими светодиодами в активных светофорных головках

Устройство контроллер для управления сверхяркими светодиодами в активных светофорных головках относится к области микроэлектроники и может быть использовано в светофорных головках систем управления движением транспорта. Устройство контроллер для управления сверхяркими светодиодами в активных светофорных головках содержит средство блокировки, блок оценки, сигнальное устройство, включающее светоизлучающее диоды (СИД) высокой яркости, соединенных последовательно и управляемых постоянным электрическим током, при этом устройство выполнено из функциональных блоков: - блока источников света (БИС), содержащего: - сверхяркие светодиоды соединенные последовательно-параллельно, - схему индивидуального блокирования оборванных светодиодов, - двухканальную схему контроля отказавших светодиодов через оптроны, подключенную к двум гальванически развязанным каналам БМК. - блока двухканального микропроцессорного контроллера (БМК), содержащего: - два независимых комплекта микроконтроллеров с функцией взаимного тестирования и сравнения получаемых данных, - индивидуальные комплекты кварцевых генераторов для каждого микроконтроллера. - блока безопасного контроля и отключения (ББКО), содержащего: - схему физического размыкания линии, состоящую из четырех независимых комплектов, по два на каждую линию питания для каждого микроконтроллера, - схему контроля диодных мостов, содержащую: - аналогово-цифровой преобразователь, - схему анализа входного сигнала, состоящую из двух каскадов: - запускающего, вырабатывающего сигнал типа «пила» со стабильными временными и амплитудными характеристиками; - сумматора, осуществляющего сложение сигналов от запускающего каскада и выпрямленного входного напряжения. - блока питания (БП) содержащего: - устройство защиты от перенапряжений, - два выпрямителя, - фильтр, - устройство включения режимов сигнала светофора («день», «ночь», «ДСН») со стабилизированным током питания светодиодов, - два источника питания, обеспечивающих стабилизированное электропитание двух микропроцессорных каналов БМК. - стабилизаторы тока, включенные последовательно-параллельно, которые управляются микропроцессорным контроллером. Заявляемое техническое решение промышленно применимо и не представляет трудностей для современного уровня производства. Заявляемое техническое решение разработано и прошло экспертизу на безопасность в испытательном центре железнодорожной автоматики-телемеханики Петербургского государственного университета путей сообщения.

Заявляемое техническое решение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в светофорных головках систем управления движением транспорта.

Известно техническое решение по патенту 2248107 от 2000.11.03, Н05В 37/02, JP,

Светодиодная ламповая система имеет:

блок для соединения с источником питания переменного тока,

преобразователь для формирования источника питания постоянного тока и светодиодную группу, состоящую из множества светодиодов.

Светодиодная группа снабжена блоком предварительного сообщения срока службы, включающего в себя счетное средство для измерения периода подвода электропитания на основе частоты источника питания переменного тока,

интегрирующее средство для подвода электропитания, измеряемого счетным средством, и запоминания интегрированной величины в энергонезависимом запоминающем устройстве и средство управления режимом подвода электропитания для управления свечением светодиодов в различных режимах, включая режимы обычного освещения.

Блок предварительного сообщения предназначен для интегрирования периода подвода электропитания для выдачи предварительно сообщения, указывающего на приближение конца срока службы.

Достоинством является наличие блока предварительного сообщения срока службы, указывающего на приближение конца срока службы.

Однако система не обеспечивает контроля исправности элементов схемы во время работы устройства и блокировки системы при нарушениях режима подвода электропитания, что исключает ее применение в устройствах управления движением транспорта.

Наиболее близким аналогом является техническое решение по патенту ЕР 1777533 от 21.10.2005, G01R 31/26, Н05В 33/08, DE,

Контрольное устройство для группы электрических блоков, предпочтительно, группы светоизлучающих диодов (СИД) высокой яркости, соединенных последовательно и управляемых достоянным электрическим током,

включающее в себя:

средство блокировки, блок оценки,

сигнальное устройство,

включающее в себя:

группу осветительных устройств, в частности, светоизлучающих диодов (СИД) высокой яркости, соединенных последовательно; источник постоянного тока, контрольное устройство, контрольный блок, специфическую систему зеркал/линз, сигнальное устройство используется в качестве железнодорожной сигнальной лампы.

Достоинством является наличием индивидуальной блокировки перегоревших светодиодов, позволяющее использовать устройство в системах управления движения на транспорте.

Однако устройство не обеспечивает динамического контроля элементов схемы блокировки, и предполагает накопление и маскировку отказов, снижая время наработки на отказ, в ответственных устройствах управления движения транспорта

Целью разработки заявляемого технического решения является повышение надежности устройств до интенсивности отказа 10^-10 час^-1 , безопасности их применения, технологичность применения в релейных или микропроцессорных системах управления движением транспорта.

Поставленная цель достигается следующим образом.

Устройство контроллер для управления сверхяркими светодиодами в активных светофорных головках содержит средство блокировки, блок оценки, сигнальное устройство, включающее светоизлучающие диоды (СИД) высокой яркости, соединенных последовательно и управляемых постоянным электрическим током, при этом устройство выполнено из функциональных блоков:

- блока источников света (БИС), содержащего:

- сверхяркие светодиоды соединенные последовательно-параллельно,

- схему индивидуального блокирования оборванных светодиодов,

- двухканальную схему контроля отказавших светодиодов через оптроны, подключенную к двум гальванически развязанным каналам БМК.

- блока двухканального микропроцессорного контроллера (БМК), содержащего:

- два независимых комплекта микроконтроллеров с функцией взаимного тестирования и сравнения получаемых данных,

- индивидуальные комплекты кварцевых генераторов для каждого микроконтроллера.

- блока безопасного контроля и отключения (ББКО), содержащего:

- схему физического размыкания линии,

состоящую из четырех независимых комплектов, по два на каждую линию питания для каждого микроконтроллера,

- схему контроля диодных мостов, содержащую:

- аналогово-цифровой преобразователь,

- схему анализа входного сигнала,

состоящую из двух каскадов:

- запускающего, вырабатывающего сигнал типа «пила» со стабильными временными и амплитудными характеристиками;

- сумматора, осуществляющего сложение сигналов от запускающего каскада и выпрямленного входного напряжения.

- блока питания (БП) содержащего:

- устройство защиты от перенапряжений,

- два выпрямителя,

- фильтр,

- устройство включения режимов сигнала светофора («день», «ночь», «ДСН») со стабилизированным током питания светодиодов,

- два источника питания, обеспечивающих стабилизированное электропитание двух микропроцессорных каналов БМК.

- стабилизаторы тока, включенные последовательно-параллельно, которые управляются микропроцессорным контроллером.

На представленном чертеже:

Фиг.1 - блок-схема устройства, где

1 - Устройство управления,

2 - Блок питания (БП),

3 - Блок двухканального микропроцессорного контроллера (БМК),

4 - Блок источников света (БИС),

5 - Блок безопасного контроля и отключения (ББКО).

Работает устройство следующим образом.

От устройства управления 1 приходит сигнал:

Сигнал может быть непрерывным и мигающим.

1. Система исправна.

Сигнал поступает в блок 2 (БП). После прохождения устройств защиты от помех и фильтров попадает на два источника питания, обеспечивающих стабилизированное электропитание двух микропроцессорных каналов блока 3 (БМК) и двух каналов блока 5 (ББКО), схемы безопасного отключения при отказах.

Далее блок 3 (БМК) осуществляет тестирование аппаратно-программных средств, блока 2 (БП) и светоизлучающих диодов (СИД), передачу сигналов контроля работоспособности аппаратно-программных средств процессоров в блок 5 (ББКО), контролирует уровень напряжения поступающего от внешних устройств и включение сигнала светофора «день», «ночь», «ДСН».

Далее блок 4 (БИС) излучает световой поток установленного цвета и заданной блоком 3 (БМК) силы света. Цвет светового потока определяется типом установленных светоизлучающих диодов (СИД), которые обеспечивают пять основных цветов сигналов: красный, желтый, зеленый, синий, лунно-белый. Сила света сигнала определяется количеством одновременно включаемых в каждом режиме («день», «ночь», «ДСН») светоизлучающих диодов (СИД) и током, протекающим через них. Режимы включения сигнала («день», «ночь», «ДСН») задаются блоком 3 (БМК) в зависимости от уровня напряжения поступающего от устройств. Блок 4 (БИС) контролируется и управляется блоком 3 (БМК).

2. Система неисправна.

При обнаружении различного вида внутренней неисправности блок 3 (БМК) принимает решение о переходе в безопасное безвозвратное состояние путем отключения устройства от питания при помощи блока 5 (ББКО).

Алгоритм функционирования

Поступление входного напряжения в линии питания (основной или резервной);

1. Входной сигнал выпрямляется, фильтруется и включает микроконтроллеры.

2. Первый тест ресурсов микроконтроллеров. В случае выявления неисправности происходит физическое отключение от линии питания.

3. Анализ входного сигнала и принятие решения о необходимости включения светодиодов (управляющий сигнал или помеха). Выбор режима свечения: «день»; «ночь»; «ДСН».

4. Включение источников света. Начало отсчета времени.

5. Контроль исправности светодиодов.

6. Контроль исправности схемы физического отключения от линии.

7. Контроль схемы исправности диодных мостов.

8. Анализ времени свечения сигнала (непрерывно горящий или мигающий сигнал - одна секунда свечения, половина секунды пауза). Если непрерывно горящий - продолжение алгоритма. Если мигающий - в начало алгоритма.

9. Кратковременное отключение светодиодов для контроля схем управления светодиодами.

10. Второй тест ресурсов микроконтроллеров. В случае выявлении неисправной работы физическое отключение от линии питания.

11. Повторное выполнение пунктов 4-11.

12. Отключение питания сигнала устройствами управления.

При выходе из строя 30% светодиодов происходит отключение основной линии питания сигнала. Информация об отказавших светодиодах записывается и хранится в энергонезависимой памяти микроконтроллеров. При неисправностях остальных элементов схемы происходит физическое отключение от линии питания.

Заявляемое техническое решение промышленно применимо и не представляет трудностей для современного уровня производства.

Заявляемое техническое решение разработано, испытано и прошло экспертизу на безопасность в испытательном центре железнодорожной автоматики-телемеханики Петербургского государственного университета путей сообщения.

В условиях эксплуатации сигнал длительное время может находиться во включенном состоянии, появляется необходимость контроля исправности элементов схемы. Контроль осуществляется методом кратковременного снятия напряжения питания с интервалом в одну минуту. Возможность контроля исправности элементов схемы повышает надежность устройства.

Безопасность применения устройства заключается в следующем. В случае пробоя или обрыва ключа во вторичной обмотке сигнал будет отсутствовать, следовательно будет отсутствовать питание светодиодов, что фиксируется схемой контроля исправности светодиодов. В случае аварии схемы питания на СИД будет отсутствовать напряжение, что фиксируется микропроцессорами.

За счет снижения веса и габаритов устройства повышается технологичность применения в релейных или микропроцессорных системах управления движением транспорта.

Устройство контроллер для управления сверхяркими светодиодами в активных светофорных головках, содержащее средство блокировки, блок оценки, сигнальное устройство, включающее светоизлучающие диоды (СИД) высокой яркости, соединенных последовательно и управляемых постоянным электрическим током, отличающееся тем, что устройство выполнено из функциональных блоков, соединенных электрически и в соответствии с блок-схемой и состоит из блока источников света (БИС), содержащего сверхяркие светодиоды, соединенные последовательно-параллельно, схему индивидуального блокирования оборванных светодиодов, двухканальную схему контроля отказавших светодиодов через оптроны, подключенную к двум гальванически развязанным каналам БМК, содержащего в свою очередь блок двухканального микропроцессорного контроллера (БМК), содержащего два независимых комплекта микроконтроллеров с функцией взаимного тестирования и сравнения получаемых данных, индивидуальные комплекты кварцевых генераторов для каждого микроконтроллера; блока безопасного контроля и отключения (ББКО), содержащего схему физического размыкания линии, состоящую из четырех независимых комплектов, по два на каждую линию питания для каждого микроконтроллера, схему контроля диодных мостов, содержащую аналогово-цифровой преобразователь, схему анализа входного сигнала, состоящую из двух каскадов: запускающего, вырабатывающего сигнал типа «пила» со стабильными временными и амплитудными характеристиками, и сумматора, осуществляющего сложение сигналов от запускающего каскада и выпрямленного входного напряжения; блока питания (БП), содержащего устройство защиты от перенапряжений, два выпрямителя, фильтр, устройство включения режимов сигнала светофора («день», «ночь», «ДСН») со стабилизированным током питания светодиодов, два источника питания, обеспечивающих стабилизированное электропитание двух микропроцессорных каналов БМК, стабилизаторы тока, включенные последовательно-параллельно, которые управляются микропроцессорным контроллером.