光电耦合电路在城市交通信号控制系统中的应用

摘要：介绍了光电耦合电路在城市交通信号控制系统中各分系统中的应用，包括其在智能交通信号机、超声波车辆检测器、高亮度倒计时器等设备中的众多应用电路，总结了光耦电路在交通控制系统中应用的特点和技巧。

关键词：

光电耦合电路在各类电子系统中有着广泛的应用，常常在信号隔离、信号控制、信号检测、功率驱动等方面起着不可替代的作用。在城市交通信号控制系统中，光电耦合电路也同样拥有巨大的应用价值，下面将选择有代表性的光耦电路从交通控制系统中各分项设备如智能交通信号机、超声波车辆检测器、高亮度倒计时器等的具体应用入手，分析交通控制系统中光电耦合电路应用的特点与技巧。

1智能交通信号机中光电耦合电路的应用

1.1故障检测电路

对于智能交通信号机而言，实时检测与各信号灯通路之间的故障是其必备的功能之一，其原理是通过检测输出信号与信号灯之间的环路内有无电流通过，当通过的电流在允许范围之内时，则认为信号环路内无故障发生，反之，电流过小认定为开路，电流过大电路短路会烧断保险丝，同样认定为该信号环路故障发生。

目前常用的检测电流方法有三种：①电阻检测法，②互感器检测法，③霍尔器件检测法。这三种方法在交通信号机故障检测中均不能很好地满足要求。具体而言，电阻检测法简单明了，但交通信号机的信号输出为AC220v，电流从几十毫安到几安培之间变化，显然电阻检测无法满足这么大的电流变化范围，其阻值和功率之间的矛盾无法解决。互感器检测法的主要缺点是生产工艺复杂且体积大，对于有几十路信号输出的智能信号机而言，这是不能容忍的，同样霍尔器件检测法的高成本也是不可接受的。

基于以上分析，可见常规方法均不适用于智能交通信号机。巧妙设计的光电耦合电路成为我们的首选。如图一：V1，V2，V3，V4组成双向导通电路，串接于交流220V火线中，交流正半波流过时，则V1导通，V2，V3，V4和N1均截止，C点为低电平，当负半波经过时，V2，V3，V4导通，形成1.8伏正向压降，足以使N1导通，这时C点经R3、C1滤波后得到稳定高电平，其中R2系阈值电阻，当R2取值大时，检测电流的阈值升高，反之检测电流阈值降低，R2的取值在10K~200K之间。

由于目前信号机的驱动电路普遍使用双向可控硅电路或固定继电器，其关断漏电流均较大，因此R2的存在对于控制检测阈值在漏电流之上，以防止误检测具有重要意义。

图一

下面再给出另一款用于故障检测的光耦电路，如图二

图二

该电路也可完成故障检测的任务。但因其需要AC220V零火线输入，给电路板设计带来了麻烦。

1.2光耦驱动电路

目前的信号机驱动电路多以固态继电器为多，但其高昂的价格使其成为降低信号机成本的巨大障碍，采用好的隔离驱动电路并配以双向可控硅，则成为最佳方案，据此，我们设计了如下电路，如图三。

图三

此电路选用了过零关断驱动器MOC3041，它的良好的过零关断保护功能可以使双向可控硅避免在非零导通角的情况下，进行开通、关断动作，延长了可控硅使用寿命。R1控制开通电流在15mA左右，R3，C1起保护作用。

1.3输入信号检测电路

对于远距离的信号传输，人们往往考虑RS485总线通讯，但对于低速开关信号的检测而言，光耦电路不失为简洁有效的法宝。如图四，此法经验证，用双绞线传输时，可达200~500米。

图四

4超声波车辆检测器中光耦电路的应用

在超声波车辆检测器中，超声波的频率为40KHz，每间隔125ms发射一次6个脉冲的超声波。此波在发射向车辆后，反射回来的波并非一个，而是象阻尼振荡一样的连续波，这些连续波中唯一有价值的是第一个振幅最大的回波，如何从连续波中获得这一有效波，成为一个重要问题，现在这一问题可通过应用光耦电路来加以解决，电路如图五

图五

通过调节阈值电阻R4，可以有效控制通过该光耦电路的波形，只有达到一定幅度要求的波，才能成为有效波。同时，该电路还起到了将±12V双电源波形变换为+9V单电源波形的目的。

3光电耦合电路在高亮度倒计时器中的应用

目前应用的倒计时器都具有自动跟踪信号机控制红绿灯时间的功能，但要完成这一功能，首先必须将信号机发出的交流220V的信号转换成弱电信号才能被单片机所获取，因此这一交流高压电信号，转变为低压直流信号的任务就交给了光耦电路，如图六

图六

当有交流电压时，交流正半波通过光耦原边产生电信号，使C点为高电平，负半波从V1流过不起作用，R4与C1起平滑滤波作用，再经过施密特倒相器可得到平稳的电信号，R3的取值，决定输入电压的阈值，R3取值越大，则输入电压的阈值越小，反之则阈值越大。R3的取值范围在20K~100K之间。

总结

以上论述总结了光电耦合电路在电流检测、电压检测、信号变换、功率驱动、信号传输等方面的应用。可见，光电耦合电路以其精巧、灵活的特点，在交通信号控制系统中的应用几乎是无所不在。在稍大的电子系统中，光耦电路的应用同样是遍地开花。希望通过本文的分析，能推动光耦电路的应用，使其在更多的系统中生根开花、结出硕果。

参考文献

[1]杨佩昆,交通管理与控制[M],人民交通出版社,1999

[2]左宗明,传感器技术大全[M],电子工业出版社,1998

作者信息

关兵王坤王涛：江苏自动化研究所