CN100474353C - 太阳能无线遥控交通信号灯控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，属于交通信号灯技术领域，本发明要解决的技术问题是提供利用太阳能作为供电电源，采用无线遥控装置通过相配的通讯协议和频率稳定可靠的设置、控制主控制器，并实现主控制器与从控制器之间相互通讯的交通信号灯系统，主要方案是：主控制部分结构为：主太阳能电池板与主蓄电池相连，主蓄电池分别连接交通信号灯主控制器和主开关电源，主开关电源相连交通信号灯主控制器，交通信号灯相连主控制器主交通信号灯和主无线接收/发射器，主无线接收/发射器通过相配的通讯协议和频率与上位遥控机和从无线接收/发射器进行数据通讯；本发明可应用到各种交通路口，具有广阔的应用前景。

Description

太阳能无线遥控交通信号灯控制系统

技术领域

本发明太阳能无线遥控交通信号灯控制系统涉及一种利用太阳能作为主要供电电源，采用无线遥控技术来控制交通信号灯的控制系统，属于交通信号灯技术领域。

背景技术

目前道路交叉口主要由交通信号等来指挥交通，大部分交通信号灯的供电电源采用220/380V交流电源，在比较偏远地方，铺设电线非常不便，线路损耗较大；交通信号灯绝大多数采用交通信号机来控制，交通信号机可分为两大类：有线信号机和无线信号机。有线信号机的控制命令由电缆传送到信号灯，无线信号机的控制命令由无线电波或红外波送给信号灯，有线信号机虽然控制命令简单，信号机设计、制作简单、性能可靠，可以组成网络实现功能完善的交通控制系统，但是信号机与信号灯之间必须铺设电缆，工程施工费时、麻烦，有时还需在完整的路面上挖沟开渠铺设电线。无线信号机与信号灯之间无需铺设电缆，工程施工省时、省力，但目前使用的无线信号机是传统信号控制机的翻版，设置参数需要在现场人工进行，尤其是在使用了无限传输时，信号机是安装在灯杆或信号灯内部，再进行人工设置参数就相当麻烦；还有一些无线控制的信号灯采用编码技术，由于命令较简单很容易造成干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供利用太阳能作为供电电源，采用无线遥控装置通过相配的通讯协议和频率稳定可靠的设置、控制信号灯主控制器，并实现主控制器与从控制器之间相互通讯的交通信号灯系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用技术方案的是：太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，由上位遥控机1、主控制部分2和从控制部分3组成，

上位遥控机1为内部固化了无线接收/发射模块的掌上电脑，或笔记本电脑；

主控制部分2主要包括主太阳能电池板4、主蓄电池5、主控制器6和主交通信号灯7；主控制器6主要包括主开关电源8、交通信号灯主控制器9和主无线接收/发射模块10，主控制部分2的硬件结构为：主太阳能电池板4通过导线与主蓄电池5的输入端相连，主蓄电池5的输出端通过导线分别连接在交通信号灯主控制器9和主开关电源8的输入端，主开关电源8通过导线与交通信号灯主控制器9相连，交通信号灯主控制器9通过导线与主交通信号灯7相连，交通信号灯主控制器9通过双工异步串行口与主无线接收/发射器10相连，主无线接收/发射器10通过相配的通讯协议和频率与上位遥控机1和从无线接收/发射器17进行数据通讯；

主控制部分中交通信号灯主控制器9中固化了主控制程序18和与上位机通讯程序19；

从控制部分3主要包括从太阳能电池板11、从蓄电池12、从控制器13、从交通信号灯14；从控制器13主要包括从开关电源15、交通信号灯从控制器16和从无线接收/发射模块17；从控制部分3的硬件结构为：从太阳能电池板11通过导线与从蓄电池12的输入端相连，从蓄电池12的输出端通过导线分别连接在交通信号灯从控制器16和从开关电源15的输入端，从开关电源15通过导线与交通信号灯从控制器16相连，交通信号灯主控制器16通过导线与从交通信号灯14相连，交通信号灯从控制器16通过双工异步串行口与从无线接收/发射器17相连，从无线接收/发射器17通过相配的通讯协议和频率与主无线接收/发射器10进行数据通讯；

从控制部分中交通信号灯从控制器16固化了从控制程序20。

上述主控制部分的交通信号灯主控制器9主要由STC系列8051单片机21、通讯式倒计时控制器接口22、数据存储芯片23及外围电路组成；

单片机21中固化了主控制程序18的主流程图为：[开始]101到[系统初始化]102，再到[有时段]103进行判断，如果有，[有时段]103进入[参数装载]104，[参数装载]104进入[信号灯流程]105，再进入[有新时段]106进行判断，如果有，[有新时段]106就返回进入[参数装载]104，如果没有，[有新时段]106就返回进入[信号灯流程]105；如果没有时段，[有时段]103进入[与上位机通讯流程]107；

单片机21中固化了与上位机通讯程序19的流程图为：[与上位机通讯流程]107到[本机命令？]108进行判断，如果否，再次进入等待[本机命令？]108，如果是，[本机命令？]108进入[命令处理]109，命令处理又两种选择为：[停机命令]110或者[启动命令]111，当进入[停机命令]110进行判断时，如果没有停机命令，就返回进入等待[本机命令？]108，如果有停机命令，就进入[停机]112，当进入[启动命令]111进行判断，如果没有启动命令，就返回进入等待[本机命令？]108，如果得到了启动命令，就进入[启动系统，进入主程序]113，返回到主控制程序18中的[参数装载]104。

主控制程序18的主流程图中[信号灯流程]105流程图为：[信号灯流程]105进入[灯色控制]114进行判断，若是绿灯命令则进入[绿灯控制]115，若是黄灯命令则进入[黄灯控制]116，若是红灯命令则进入[红灯控制]117，[绿灯控制]115、[黄灯控制]116和[红灯控制]117的出口都是[时间控制]118。

上述交通信号灯主控制器9中的单片机21的型号为STC12C5406AD，通讯式倒计时控制器接口22采用一个型号为MAX232的芯片，数据存储芯片23的型号为PCF8583。

上述主开关电源8和从开关电源15均采用型号为UC3843高性能电流模式的芯片和外围电路组成。

上述主无线接收/发射器10与上位遥控机1、主无线接收/发射器10与从无线接收/发射器17之间的通讯协议均采用传统的DL645通讯协议。

上述从控制部分3的交通信号灯从控制器16中固化了从控制程序20的流程图为：

[开始]119，再进入[系统初始化]120，再进入[等待主机命令]121，如果否，进入[超时]122进行判断，如果没有超时，返回进入[等待主机命令]121，如果超时，就返回重新[开始]119；如果有主机命令，就进入[灯色控制]123进行判断，若是绿灯命令，就进入[绿灯控制]124，若是黄灯命令，就进入[黄灯控制]125，若是红灯命令，就进入[红灯控制]126。

本发明太阳能无线遥控交通信号灯控制系统与现有的交通信号灯控制系统相比具有以下有益效果：

1、施工方便、成本低：由于本发明太阳能无线遥控交通信号灯控制系统中的主控制部分2与从控制部分3之间无需电缆，通过无线通讯传递，上位遥控机1与主控制部分2通过无线遥控通讯传递，施工简单方便，安装成本低；主控制部分2与从控制部分3的主电源采用太阳能电池板，利用太阳能转化成电能给该系统供电，能够长期稳定供电，不用交流电源，运行成本低。

2、电源供电稳定、使用寿命长：由于本发明采用太阳能电池板转化为电能作为主电源，给蓄电池充电，蓄电池输出的电压经过开关电源，开关电源将太阳能或蓄电池的直流电转换成稳定的直流电压，同时交通信号灯主控制器9和交通信号灯从控制器16的程序中都设置有蓄电池检测电压电路，使蓄电池的电压低于设定保护值时就关闭信号灯，等待给蓄电池充电，等蓄电池的电压恢复开启值时，整个系统才能工作，给系统提供稳定的电源，使蓄电池及整个系统使用寿命长。

3、无线遥控、无线通讯、方便快捷：上位遥控机1作为上位控制部分，只有上位遥控机对交通信号灯主控制器进行时间和时段设置后，并按下“启动系统”的按键后，交通信号灯主控制器才能工作，当需要控制交通信号灯系统启停时，只需在上位遥控机上按下“停机”后，在按下“启动系统”即可，交通信号灯主控制器9与交通信号灯从控制器16之间通过主无线接收/发射器10和从无线接收/发射器17来实现通讯，使整个系统真正实现无线通讯，方便快捷。

4、程序合理、运行稳定：交通信号灯主控制器的主控制程序中包含程序有与上位机通讯程序和信号灯程序，交通信号灯从控制器16的从控制程序20中含有交通信号灯从控制器16超时没有接收到交通信号灯主控制器9的命令时，交通信号灯从控制器16将自行重新启动，防止死机，因此程序合理；主无线接收/发射器10与上位遥控机和从无线接收/发射器17之间的通讯协议采用传统的DL645通讯协议，多重数据保密，误码率低，每一个交通信号灯从控制器的地址都是唯一的，能有效的避免相互之间的干扰，使通讯可靠，运行稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明太阳能无线遥控交通信号灯控制系统的具体实施方式作进一步详细的说明：

图1为本发明太阳能无线遥控交通信号灯控制系统的系统框图；

图2为本发明在十字路口应用参考的系统框图；

图3为图2中交通信号灯主控制器6的主控制程序18的流程图；

图4为图2中交通信号灯主控制器6的与上位机通讯程序19的流程图；

图5为图2中交通信号灯主控制器6的信号灯流程105的流程图；

图6为图2中交通信号灯从控制器16的从控制程序20的流程图；

图7为图2中单片机21、通讯式倒计时控制器接口22及其外围电路连接图；

图8为图2中数据存储芯片23的外围电路连接图；

图9为图2中主开关电源8的外围电路连接图；

图10(图10A～图10I)为图2中主交通信号灯7的驱动电路图。

具体实施方式

图1为本发明太阳能无线遥控交通信号灯控制系统的系统框图；太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，由上位遥控机1、主控制部分2和从控制部分3组成，

上位遥控机1为内部固化了无线接收/发射模块的专用掌上电脑，或笔记本电脑；无线接收/发射模块与主无线接收/发射模块10为一对配合使用的无线模块，其控制程序与主无线接收/发射模块10相同，发射频率为433MHz，发射功率为10mW，最大发射距离为200m，采用传统的DL645通讯协议来通讯。

主控制部分2主要包括主太阳能电池板4、主蓄电池5、主控制器6和主交通信号灯7；主控制器6主要包括主开关电源8、交通信号灯主控制器9和主无线接收/发射模块10；交通信号灯主控制器9主要由STC系列8051单片机21、通讯式倒计时控制器接口22、数据存储芯片23；主控制部分2的硬件结构为：主太阳能电池板4通过导线与主蓄电池5的输入端相连，主蓄电池5的输出端通过导线分别连接在交通信号灯主控制器9和主开关电源8的输入端，主开关电源8通过导线与交通信号灯主控制器9相连，交通信号灯主控制器9通过导线与主交通信号灯7相连，交通信号灯主控制器9通过双工异步串行口与主无线接收/发射器10相连，主无线接收/发射器10通过相配的通讯协议和频率与上位遥控机1和从无线接收/发射器17进行数据通讯；其中单片机21的型号为STC12C5406AD，通讯式倒计时控制器接口22采用一个型号为MAX232的芯片，数据存储芯片23的型号为PCF8583。

从控制部分3主要包括从太阳能电池板11、从蓄电池12、从控制器13、从交通信号灯14；从控制器13主要包括从开关电源15、交通信号灯从控制器16和从无线接收/发射模块17；从控制部分3的硬件结构为：从太阳能电池板11通过导线与从蓄电池12的输入端相连，从蓄电池12的输出端通过导线分别连接在交通信号灯从控制器16和从开关电源15的输入端，从开关电源15通过导线与交通信号灯从控制器16相连，交通信号灯主控制器16通过导线与从交通信号灯14相连，交通信号灯从控制器16通过双工异步串行口与从无线接收/发射器17相连，从无线接收/发射器17通过相配的通讯协议和频率与主无线接收/发射器10进行数据通讯。

上述主开关电源8和从开关电源15均采用型号为UC3843高性能电流模式的芯片。

从无线接收/发射模块17与主无线接收/发射模块10为一对配合使用的无线模块，从无线接收/发射模块17的控制程序与主无线接收/发射模块10相同，发射频率为433MHz，发射功率为10mW，最大发射距离为200m，采用传统的DL645通讯协议来通讯。

图2为本发明在十字路口应用的系统框图，该太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，由一个上位遥控机、一个主控制部分和三个从控制部分组成，其他硬件结构与图1所述相同。

图3为图2中交通信号灯主控制器6的主控制程序18的流程图，具体为：[开始]101到[系统初始化]102，此时，程序中一般设置有时段、时间和通讯地址等，再到[有时段]103进行判断，如果有，[有时段]103进入[参数装载]104，参数一般为某个时段灯色变化的规律，根据用户的要求来设定，[参数装载]104进入[信号灯流程]105，在进入[有新时段]106进行判断，如果有，[有新时段]106就返回进入[参数装载]104，如果没有，[有新时段]106就返回进入[信号灯流程]105；如果没有时段，[有时段]106进入[与上位机通讯流程]107；

图4为图2中交通信号灯主控制器6的与上位机通讯程序19的流程图，单片机21中固化了与上位机通讯程序19的流程图为：[与上位机通讯流程]107到[本机命令？]108进行判断，如果否，进入等待[本机命令？]108，如果是，[本机命令？]108进入[命令处理]109，命令处理又两种选择为：[停机命令]110或者[启动命令]111，当进入[停机命令]110进行判断时，如果没有停机命令，就返回进入等待[本机命令？]108，如果有停机命令，就进入[停机]112，当进入[启动命令]111进行判断，如果没有启动命令，就返回进入等待[本机命令？]108，如果得到了启动命令，就进入[启动系统，进入主程序]113，返回到主控制程序18中的[参数装载]104。

图5为图2中交通信号灯主控制器6的信号灯流程105的流程图，主控制程序19的主流程图中[信号灯流程]105流程图为：[信号灯流程]105进入[灯色控制]114进行判断，若是绿灯命令则进入[绿灯控制]115，若是黄灯命令则进入[黄灯控制]116，若是红灯命令则进入[红灯控制]117，[绿灯控制]115、[黄灯控制]116和[红灯控制]117的出口都是[时间控制]118。

图6为图2中交通信号灯从控制器16的从控制程序20的流程图，具体为：[开始]119，再进入[系统初始化]120，再进入[等待主机命令]121，如果否，进入[超时]122进行判断，如果没有超时，返回进入[等待主机命令]121，如果超时，就返回重新[开始]119；如果有主机命令，就进入[灯色控制]123进行判断，若是绿灯命令，就进入[绿灯控制]124，若是黄灯命令，就进入[黄灯控制]125，若是红灯命令，就进入[红灯控制]126。

图7为图2中单片机21、通讯式倒计时控制器接口22及外围电路连接图，其中单片机21采用信号为STC5406，通讯式倒计时控制器接口22采用一个型号为MAX232的芯片，主无线接收/发射模块10为通用的无线模块，单片机21通过引脚1(线duan0)和引脚2(线duan1)与电阻R39、电阻R40、电阻R34、电阻R35组成四个交通信号灯地址识别电路，单片机21通过引脚3连接+5V直流，单片机21通过引脚25(线line1和line2)与主开关电源8连接组成一个主开关电源8电压保护电路，单片机21通过引脚9和引脚13与通讯式倒计时控制器接口22的引脚12和引脚11相连，组成一个指令传输电路，通讯式倒计时控制器的22的引脚14(线MTXDOUT)和引脚13(线MRXDIN)与RS233输出接口串连，单片机21通过引脚4和引脚5与主无线接收/发射模块10的接线端子3和端子4相连，组成一个无线发射/接收电路，片机21通过引脚26(线SCLK)和引脚27(线SDA)与数据存储芯片23的引脚6和引脚5相连，组成一个时钟控制电路和数据存储电路，其他为单片机及通讯式倒计时控制器的常规电路。

图8为图2中数据存储芯片23的外围电路连接图，数据存储芯片23的型号为PCF8583，连接3.6V直流电源，其电路连接方式为常规电路连接。

图9为图2中主开关电源8的外围电路连接图，其中12V的主蓄电池5正负极分别与主太阳能电池板正负极相连，主蓄电池5的正极通过连接型号为SK34的二极管D1、值为100UH的带铁心的电感器L1、型号为SK34的二极管D2与负极形成13.5V电源给主交通信号灯7作为供电电源，主蓄电池5的正负极间通过依次连接型号为SK34的二极管D1、型号为100μF/35V的极性电容、值为0.1μF的电容、型号为IM78L05的电源转换模块24、型号为100μF/6V3的极性电容和值为0.1μF的电容组成一个5V直流电源，为主无线接收/发射模块10和单片机21供电；其他电路连接为常用电路。

图10(图10A～图10I)为图2中主交通信号灯7中9个信号灯的驱动电路图，每个信号灯的连接电路方式相同，9个信号灯的输入端R0、Y0、G0、R1、Y1、G1、R2、Y2和G2分别与单片机21的引脚15～引脚24的输出端对应连接，9个信号灯正极连接13.5V电源的正极，负极分别与r0、y0、g0、r1、y1、g1、r2、y2、g2连接，它们的与单片机21近端连接电阻均为1KΩ，远端连接电阻均为30KΩ。

从控制部分3中的所有硬件与主控制部分2中的硬件基本相同，从开关电源15、交通信号灯从控制器16与主控制部分2中相应部分的软件流程和连接方式相同，不再叙述。

Claims (6)

1.太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，由上位遥控机(1)、主控制部分(2)和从控制部分(3)组成，其特征在于：

上位遥控机(1)为内部固化了无线接收/发射模块的掌上电脑，或笔记本电脑；

主控制部分(2)主要包括主太阳能电池板(4)、主蓄电池(5)、主控制器(6)和主交通信号灯(7)；主控制器(6)主要包括主开关电源(8)、交通信号灯主控制器(9)和主无线接收/发射模块(10)，主控制部分(2)的硬件结构为：主太阳能电池板(4)通过导线与主蓄电池(5)的输入端相连，主蓄电池(5)的输出端通过导线分别连接在交通信号灯主控制器(9)和主开关电源(8)的输入端，主开关电源(8)通过导线与交通信号灯主控制器(9)相连，交通信号灯主控制器(9)通过导线与主交通信号灯(7)相连，交通信号灯主控制器(9)通过双工异步串行口与主无线接收/发射器(10)相连，主无线接收/发射器(10)通过相配的通讯协议和频率与上位遥控机(1)和从无线接收/发射器(17)进行数据通讯；

主控制部分中交通信号灯主控制器(9)中固化了主控制程序(18)和与上位机通讯程序(19)；

从控制部分(3)主要包括从太阳能电池板(11)、从蓄电池(12)、从控制器(13)、从交通信号灯(14)；从控制器(13)主要包括从开关电源(15)、交通信号灯从控制器(16)和从无线接收/发射模块(17)；从控制部分(3)的硬件结构为：从太阳能电池板(11)通过导线与从蓄电池(12)的输入端相连，从蓄电池(12)的输出端通过导线分别连接在交通信号灯从控制器(16)和从开关电源(15)的输入端，从开关电源(15)通过导线与交通信号灯从控制器(16)相连，交通信号灯从控制器(16)通过导线与从交通信号灯(14)相连，交通信号灯从控制器(16)通过双工异步串行口与从无线接收/发射器(17)相连，从无线接收/发射器(17)通过相配的通讯协议和频率与主无线接收/发射器(10)进行数据通讯；

从控制部分中交通信号灯从控制器(16)固化了从控制程序(20)。

2.根据权利要求1所述的太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，其特征在于：主控制部分的交通信号灯主控制器(9)主要由STC系列8051单片机(21)、通讯式倒计时控制器接口(22)、数据存储芯片(23)及外围电路组成；

单片机(21)中固化了主控制程序(18)的主流程图为：开始步骤(101)到系统初始化步骤(102)，再到有时段步骤(103)进行判断，如果有，有时段步骤(103)进入参数装载步骤(104)，参数装载步骤(104)进入信号灯流程步骤(105)，再进入新时段步骤(106)进行判断，如果有，新时段步骤(106)就返回进入参数装载步骤(104)，如果没有，新时段步骤(106)就返回进入信号灯流程步骤(105)；如果没有时段，有时段步骤(103)进入与上位机通讯流程步骤(107)；

单片机(21)中固化了与上位机通讯程序(19)的流程图为：与上位机通讯流程步骤(107)到本机命令？步骤(108)进行判断，如果否，再次进入等待本机命令？步骤(108)，如果是，本机命令？步骤(108)进入命令处理步骤(109)，命令处理又有两种选择为：停机命令步骤(110)或者启动命令步骤(111)，当进入停机命令步骤(110)进行判断时，如果没有停机命令，就返回进入等待本机命令？步骤(108)，如果有停机命令，就进入停机步骤(112)，当进入启动命令步骤(111)进行判断，如果没有启动命令，就返回进入等待本机命令？步骤(108)，如果得到了启动命令，就进入启动系统，进入主程序步骤(113)，返回到主控制程序(18)中的参数装载步骤(104)。

主控制程序(18)的主流程图中信号灯流程步骤(105)流程图为：信号灯流程步骤(105)进入灯色控制步骤(114)进行判断，若是绿灯命令则进入绿灯控制步骤(115)，若是黄灯命令则进入黄灯控制步骤(116)，若是红灯命令则进入红灯控制步骤(117)，绿灯控制步骤(115)、黄灯控制步骤(116)和红灯控制步骤(117)的出口都是时间控制步骤(118)。

3.根据权利要求1所述的太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，其特征在于：交通信号灯主控制器(9)中的单片机(21)的型号为STC12C5406AD，通讯式倒计时控制器接口(22)采用一个型号为MAX232的芯片，数据存储芯片(23)的型号为PCF8583。

4.根据权利要求1所述的太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，其特征在于：主开关电源(8)和从开关电源(15)均采用型号为UC3843高性能电流模式的芯片和外围电路组成。

5.根据权利要求1所述的太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，其特征在于：主无线接收/发射器(10)与上位遥控机(1)、主无线接收/发射器(10)与从无线接收/发射器(17)之间的通讯协议均采用传统的DL645通讯协议。

6.根据权利要求1所述的太阳能无线遥控交通信号灯控制系统，其特征在于：从控制部分(3)的交通信号灯从控制器(16)中固化了从控制程序(20)的流程图为：

开始步骤(119)，再进入系统初始化步骤(120)，再进入等待主机命令步骤(121)，如果否，进入超时步骤(122)进行判断，如果没有超时，返回进入等待主机命令步骤(121)，如果超时，就返回重新开始步骤(119)；如果有主机命令，就进入灯色控制步骤(123)进行判断，若是绿灯命令，就进入绿灯控制步骤(124)，若是黄灯命令，就进入黄灯控制步骤(125)，若是红灯命令，就进入红灯控制步骤(126)。

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