CN101840638A - 一种交通信号控制器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交通信号控制器及控制方法,该交通信号控制器包括控制主机、车流量采集模块、信号输入/输出模块和IO输出模块;控制主机包含采用ARM11嵌入式处理芯片的主控模块和PDA微处理机,车流量采集模块采用TTL电平和串行车流量采集模块,信号输入/输出模块包含电力载波和串口信号输入/输出模块。该控制方法采取令牌通信机制,在主控模块中设置可变车道、潮汐车道和路口信号灯调度模块,交通信号设备组包含可变车道电子指示牌、潮汐车道的车道标识指示灯和路口信号灯,实施可变车道控制、潮汐车道控制和路口信号灯控制。本发明克服现有技术存在的缺陷,具有电路设计合理,实现可变车道标志自动调度,支持潮汐车道控制,操作使用方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能交通控制装置及控制方法,特别是一种能实现潮汐车道控制的智能协调型交通信号控制器及控制方法。
背景技术
现有技术智能交通信号灯控制系统信号控制器主要采用ARM7和ARM9系列嵌入式CPU芯片,运算速度跟不上路口信息处理的需求;交通信号灯组控制主要由电缆输电控制或者电力线加通信的模式控制。此类控制器控制路口线缆浪费且敷设工程量和施工难度都较大;若系统扩展,如需发布交通诱导信息、采集车流量信息,则需要另外增加通信线缆,重复投入费用增大并且实施困难;再者,由于国内电网杂波严重,还必须采用相应的技术措施进行处理。目前城市发展很快,老城区道路无法拓宽,而车流猛增,为了缓解道路拥堵,确保交通安全,将某一路段实现潮汐控制成为一种要求,即早高峰进城方向增加车道,晚高峰出城方向增加车道。这需要信号控制器的支持,但是目前无此类信号控制器,普通控制器中未设置该调度模块和算法。
中国专利CN1949294A《一种交通灯信号控制系统与控制方法》,公开了一种基于自感应控制方式的交通信号控制系统,由安装在十字路口的环行地感线圈、车辆检测器、主控制器、交通灯、报警器、计算机组成,环行地感线圈与车辆检测器连接构成检测系统,并统计车辆数,然后数据信息传送给与之连接的主控制器;主控制器根据接收到的车辆数进行计算,实时确定交通灯变换信号的周期,最终将控制信号输给与之连接的交通灯或报警器,实现根据车流量实时控制交通信号的功能;计算机与主控制器连接进行串口通讯,以实现远程控制。该控制系统与控制方法提高了交通控制的实时性与适应性,然而其控制器与中心通信使用串行接口,未涉及电力载波通信方法,未涉及诱导和可变车道控制方法,无法用于潮汐车道控制。CN101320518A《一种道路交叉路口交通控制方法和交通信号控制器》公开了一种基于左转车道改进的交通信号调度方法,以及提供主控制信号和副控制信号的交通信号控制器。该交通控制方法和交通信号控制器充分利用在禁止直行时的道路空闲资源,在允许直行的同时允许转弯,提高了交叉路口车辆通行效率。但该申请仅对左转车道进行改进,未涉及可变车道控制方法、输出诱导信息引导方法,以及令牌控制方法,亦未对主控设备故障进行实质性的处置,依然不能实现潮汐控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术存在的缺陷,提供一种电路设计合理,实现可变车道标志自动调度,支持特有的潮汐车道控制,操作使用方便的交通信号控制器及控制方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是:该交通信号控制器,其结构特点是:包括控制主机、车流量采集模块、信号输入/输出模块和IO输出模块;所述的控制主机包含主控模块和PDA微处理机,车流量采集模块采用通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块,信号输入/输出模块包含电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块;所述的主控模块与PDA微处理机、串口信号输入/输出模块、电力载波输入/输出模块双向连接,主控模块输出端连接IO输出模块,通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块的输出分别连接电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块,电力载波输入/输出模块接于电力线上。
本发明交通信号控制器,所述的主控模块采用ARM11嵌入式处理芯片,通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采用TTL电平车流量采集模块,串行车流量采集模块采用RS232/485车流量采集模块,串口信号/输入输出模块采用RS232/485输入/输出模块,电力载波输入/输出模块采用TTL电平电力载波输入/输出模块,IO输出模块设置TTL电平输入接口和TTL电平输出接口,所述的ARM11嵌入式处理芯片与RS232/485输入/输出模块双向连接,RS232/485车流量采集模块的输出端连接RS232/485信号输入/输出模块,ARM11嵌入式处理芯片的输出端连接TTL电平输入HC245接口和TTL电平输出HC373接口。
本发明交通信号控制器,还包括电源模块和外围模块,电源模块和主控模块、电力线连接,外围模块和主控模块连接;所述的电源模块设置隔离变压器装置,该隔离变压器装置安装在电力线上;所述的外围模块包括触摸屏、键盘、音视频采集模块和显示输出控制模块,所述的触摸屏、键盘、音视频采集模块的输出连接ARM11嵌入式处理芯片,ARM11嵌入式处理芯片的输出端连接显示输出控制模块。
本发明交通信号控制器,还包括上位通讯模块和辅助模块,采用独立机箱结构,所述的上位通讯模块和ARM11嵌入式处理芯片双向连接,辅助模块和ARM11嵌入式处理芯片、电源模块均双向连接,控制主机、车流量采集模块、信号输入/输出模块、IO输出模块和电源模块均装在机箱内,触摸屏、键盘和显示屏装在机箱面板上。独立机箱结构,使交通信号控制器性能稳定可靠。
本发明交通信号控制器,所述的PDA微处理机采用STC90C52单片机,辅助模块采用STC90C51RC芯片,上位通讯模块采用NIC网络输出接口,TTL电平电力载波输入/输出模块采用ST7538Q电力载波芯片,TTL电平输入接口采用TTL电平输入HC245接口,TTL电平输出接口采用TTL电平输出HC373接口,隔离变压器装置采用初级∶次级为1∶1隔离变压器,键盘采用KB-25键盘,显示屏采用OLED液晶显示屏,显示输出控制模块采用OLED液晶输出控制模块。
本发明解决上述问题所采用的技术方案还是:该交通信号控制方法,其特点是:该控制方法通过由主控模块和PDA微处理机组成的交通信号控制器的控制主机控制车流量采集模块中的通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采集晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号,通过和主控模块输出端连接的IO输出模块输出输入晶体管-晶体管逻辑电平类型检测信号和晶体管-晶体管逻辑交通信号控制电平;所述的晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号的数据采集和控制信号传输,采用电力载波方式的通信接口,接于电力线上的信号输入/输出模块中的电力载波输入/输出模块将控制信号调制到低压电力传输线路AC220V上,输出载波信号控制支持载波的交通信号设备组;所述的控制方法通过控制主机控制串行车流量采集模块采集串行车流量信号,通过和主控模块双向连接的串口信号输入/输出模块输出串行控制信号控制交通信号设备组;
所述的控制方法在主控模块中设置可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块,交通信号设备组包含可变车道电子指示牌、潮汐车道的车道标识指示灯和路口信号灯,实施可变车道控制、潮汐车道控制和路口信号灯控制,所述的主控模块控制各车道车流量信息采集,并汇总统计出5~10分钟内每个车道的车流量信息参数,将统计参数输入可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块,经可变车道调度模块运算后输出路口可变车道控制信号,自动调度切换可变车道电子指示牌的行驶方向指示;经潮汐车道调度模块根据路段车流的时段特性运算后输出路段潮汐车道控制信号,实时调度切换潮汐车道的车道标识指示灯和车道行驶方向;经路口信号灯调度模块运算后输出路口信号灯控制信号,控制路口信号灯;可变车道控制、潮汐车道控制和路口信号灯控制,符合现代交通管理的需求,确保道路交通安全畅通。
所述的控制方法采取令牌通信机制协调车流量信息采集与控制信号传输,所述的令牌通信机制系主控模块在数据处理与系统调度中产生一个令牌PL_Toking,并发送信息和该令牌PL_Toking,只有接收到并拥有令牌PL_Toking的模块才能采集发送信息。令牌通信机制使数据采集与控制信号传输更有序、更有效。
本发明交通信号控制方法,所述的晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号采用TTL电平车流量信号,车流量串行信号采用RS232/485车流量信号,所述的主控模块采用ARM11嵌入式处理芯片,通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采用TTL电平车流量采集模块,串行车流量采集模块采用RS232/485车流量采集模块,串口信号/输入输出模块采用RS232/485输入/输出模块,IO输出模块设置TTL电平输入HC245接口和TTL电平输出HC373接口,所述的主控模块通过TTL电平车流量采集模块和RS232/485车流量采集模块,TTL电平输入HC245接口和RS232/485输入/输出模块采集各个车道的车流量、平均车速、车道空间占用率和车道时间占用率参数,通过TTL电平输出HC373接口和RS232/485输入/输出模块输出可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块的路口可变车道控制信号、路段潮汐车道控制信号和路口信号灯控制信号。
本发明交通信号控制方法,所述的交通信号控制器设置辅助模块,所述的控制方法还含有故障降级处理,当主控模块出现故障,辅助模块在3.5s内未收到主控模块发送的控制信号,辅助模块自动转入预先设定的控制模式,驱动控制交通信号灯,若辅助模块上单片机出现故障无法运行,则辅助模块上的黄闪器/车道指示默认控制装置立即进入工作状态,路口信号灯控制为黄闪器进入黄闪状态或熄灯状态,可变车道控制进入默认模式,潮汐车道控制的潮汐车道的车道标识指示灯自动进入红闪状态。故障降级处理提高了交通控制的可靠性和安全性。
本发明交通信号控制方法,所述的控制方法还通过上位通讯模块与上位指挥中心进行控制信号和数据信号传输,接受上位指挥中心的集中控制;所述的控制方法还含有防干扰处理,在主控模块中设置信号隔离模块,阻止外部电网对本交通信号控制器的干扰,同时,亦防止本交通信号控制器的载波信号干扰外电网其它设备的正常运行。
本发明交通信号控制方法,所述的可变车道控制的可变车道电子指示牌的行驶方向指示包括直行、直行带右转、直行带左转、左转和右转指示灯,潮汐车道调度控制的车道标识指示灯包括车道左转、直行、直行带左转、直行带右转、调头、禁行指示,路口信号灯包括信号灯和倒计时器;所述的辅助模块输出1~15个交通信号灯控制信号,驱动1~5组交通信号灯组;所述的控制方法采用NIC网络输出接口,通过以太网络直接与上位指挥中心信号联系。
本发明交通信号控制器与现有技术相比具有以下有益效果:1、该交通信号控制器结构合理,采用ARM11嵌入式芯片和STC90C52单片机构成控制主机,使电路设计简洁,大量节省电缆使用数量,减少线缆敷设时间,降低制造和使用成本。2、采用高性能的ARM11嵌入式处理器芯片,采用TTL电平车流量采集模块和RS232/485车流量采集模块两种信号采集模块;电力载波抗干扰能力强,实现远距离低速数据信息简捷、可靠传输。3、设置辅助模块和带隔离变压器装置的电源模块,使该交通信号控制器具备应急和信号隔离功能,保证实用可靠、控制有效。4、设置上位通讯模块,以及触摸屏、键盘、音视频采集模块和显示输出控制模块等外围模块,便于该交通信号控制器接受上位控制装置的集中控制,且使操作直观、简捷、方便。5、采用高亮度的OLED液晶显示屏,使交通信号控制器在野外强光下还能正常使用。
本发明交通信号控制方法与现有技术相比具有以下有益效果:1、该交通信号控制方法采取独有的控制方法,采集TTL电平车流量信号和车流量串行信号两种车流量信号,实现可变车道电子指示牌的行驶方向指示标志自动调度切换,支持特有的潮汐车道控制和路口信号灯控制,克服了现有技术存在的缺陷,采用该控制方法能提高道路利用率,切实缓解道路拥堵,确保交通安全。2、该控制方法为协调车流量信息采集与控制信号传输,引进令牌通信机制,便于充分发挥载波模式传输信号的优越性。3、该控制方法采取故障降级处理、防干扰处理等措施,有力地保障道路交通控制的稳定、可靠、实用。4、该控制方法通过上位通讯模块接受上位指挥中心的集中控制,进行相位配置和配时操作,方便接入各大集成商的交通综合管理平台。
附图说明
图1为本发明交通信号控制器实施例结构方框图。
图2为本发明交通信号控制方法实施例工作原理示意框图。
图3为本发明实施例应用实例交通信号控制系统拓扑结构示意图。
图4为图3中应用实例潮汐车道的车道标识指示灯组安装分布示意图。
具体实施方式
下面通过实施例,结合附图对本发明作进一步的阐述。
本发明交通信号控制器实施例:
参见图1,该交通信号控制器包括控制主机1、车流量采集模块2、信号输入/输出模块3、IO输出模块4、外围模块5、辅助模块6、上位通讯模块7和电源模块8。
控制主机1包含主控模块11和PDA微处理机12;实施例主控模块11采用高性能的ARM11嵌入式处理芯片,PDA微处理机12采用STC90C52单片机,ARM11嵌入式处理芯片完成数据处理与系统调度。车流量采集模块2采用通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块两种采集模块;实施例通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采用TTL电平车流量采集模块21,串行车流量采集模块采用RS232/485车流量采集模块22。该交通信号控制器接口丰富,可接入多种类型输入信号,同时提供多种输出接口,可输出载波信号供支持载波的信号灯组、倒计时、检测器、诱导牌等交通控制设备;其信号输入/输出模块3包含电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块;实施例电力载波输入/输出模块采用TTL电平电力载波输入/输出模块,选用ST7538Q电力载波芯片31,在智能协调交通控制中,由ST7538Q提供稳定的载波通信信号,处理后调制到电力线上送出,并从电力线上解调出上传的载波信号;串口信号/输入输出模块采用RS232/485输入/输出模块32,该模块可接入车流量采集串行信号,输出倒计时、诱导串行控制信号。IO输出模块4设置TTL电平输入接口41和TTL电平输出接口42;实施例TTL电平输入接口41采用TTL电平输入HC245接口,TTL电平输出接口42采用TTL电平输出HC373接口,HC254输入TTL电平类型检测信号,HC373输出TTL交通信号控制电平。外围模块5包括触摸屏51、键盘52、音视频采集模块53和显示输出控制模块54;音视频采集模块53中的视频模块主要用于辅助视频检测模块,而音频模块直接采集路口声音并可传输警告信息;显示输出控制模块54控制显示屏55;实施例键盘51采用KB-25键盘,显示屏55采用OLED液晶显示屏,显示输出控制模块54采用OLED液晶输出控制模块,先进的OLED液晶输出控制模块在强光下也可无障碍操作。辅助模块6采用ST90C51RC芯片,当主控模块11发生故障,辅助模块6自动转入单点两相位控制,即路口分东西方向通行和南北方向通行两步放行控制,或特定的其它简单控制。该控制器与上位指挥中心通信支持以太网、光纤网络、无线数据通信和直接串口通信,本实施例上位通讯模块7采用NIC网络输出接口,交通信号控制器直接通过以太网络传输控制信号和数据信号与上位指挥中心联系。电源模块8设置隔离变压器装置81,实施例隔离变压器装置81采用初级∶次级为1∶1隔离变压器,同时阻止外部电网对控制器干扰,以及控制器的载波信号干扰外电网其它设备的正常运行。
主控模块11与PDA微处理机12、串口信号输入/输出模块、电力载波输入/输出模块双向连接,主控模块11输出端连接IO输出模块4,通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块的输出分别连接电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块,电力载波输入/输出模块接于电力线上,电源模块8和主控模块11、电力线连接,外围模块5和主控模块11。实施例各模块连接如图1所示,ARM11嵌入式处理芯片与RS232/485输入/输出模块32双向连接,RS232/485车流量采集模块22的输出端连接RS232/485信号输入/输出模块32;ARM11嵌入式处理芯片的输出端连接TTL电平输入HC245接口41和TTL电平输出HC373接口42;外围模块5的触摸屏51、键盘52、音视频采集模块53的输出连接ARM11嵌入式处理芯片,ARM11嵌入式处理芯片的输出端连接显示输出控制模块54;辅助模块6和ARM11嵌入式处理芯片、电源模块8均双向连接,上位通讯模块7和ARM11嵌入式处理芯片双向连接,电源模块8设置的隔离变压器装置81安装在电力线上。
实施例交通信号控制器采用独立的机箱结构,使整个控制器稳定可靠。控制主机1、车流量采集模块2、信号输入/输出模块3、IO输出模块4和电源模块8均装在机箱内,触摸屏51、键盘52和显示屏55装在机箱面板上。
该交通信号控制器,ARM11嵌入式处理芯片处理信号调度事务、输入/输出信号,ST7538Q电力载波芯片31将控制信号调制到低压电力传输线路AC 220V上,从而控制受控于载波模块的信号灯、倒计时和诱导牌等,与此同时接收来自通过ST7538Q电力载波芯片31回传的车流量检测信号、行人申请信号、BRT请求信号等检测信号。
本发明交通信号控制方法实施例:
该交通信号控制方法应用上述实施例交通信号控制器。该控制方法通过由主控模块11和PDA微处理机12组成的控制主机1控制车流量采集模块2采集各车道TTL电平车流量信号和RS232/485车流量信号两种车流量信号,将5~10分钟内采集的车流量信息汇总,且输入主控模块11运算后输出交通控制信号,控制交通信号设备组。通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采集晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号,通过和主控模块11输出端连接的IO输出模块4输出输入晶体管-晶体管逻辑电平类型检测信号和晶体管-晶体管逻辑交通信号控制电平。采用电力载波方式的通信接口进行晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号的数据采集和控制信号传输,接于电力线上的信号输入/输出模块3中的电力载波输入/输出模块将控制信号调制到低压电力传输线路AC 220V上,输出载波信号控制支持载波的交通信号设备组。通过控制主机1控制串行车流量采集模块采集串行车流量信号,通过和主控模块11双向连接的串口信号输入/输出模块输出串行控制信号控制交通信号设备组。
该控制方法包含可变车道控制、潮汐车道控制和路口信号灯控制,采取令牌通信机制协调车流量信息采集与控制信号传输。令牌通信机制系主控模块11在数据处理与系统调度中产生一个令牌PL_Toking,并发送信息和该令牌PL_Toking,只有接收到并拥有令牌PL_Toking的模块才能采集发送信息。参见图2,在主控模块11中设置可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块,交通信号设备组包含可变车道电子指示牌、潮汐车道的车道标识指示灯和路口信号灯。可变车道调度模块根据主控模块11输出信息自动输出可变车道控制信息自动调度可变车道电子指示牌;潮汐车道调度模块根据路段车流的时段特性,自动调度整个路段的车道指示灯,将路段车流通行量最大化,该模块算法的独特之处在于潮汐车道可与路口协同控制,根据路口车流状态,实时调度潮汐车道标识,而且切换过程中平滑过渡,不存在交通隐患。主控模块11控制各车道车流量信息采集、汇总、统计,并将统计参数输入可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块,经可变车道调度模块运算后输出路口可变车道控制信号,自动调度切换可变车道电子指示牌的行驶方向指示,可变车道电子指示牌的行驶方向指示包括直行、直行带右转、直行带左转、左转和右转指示灯。可变车道控制事先在可变车道处用数字标识该车道为几号车道,可变车道电子指示牌根据各车道车流量采集模块采集的车流量数据统计情况切换,如果右转车辆排队过长,车流明显大于左转、直行车流,则将直行车道指示牌切换为右转,将靠近原直行车道的左转车道指示牌切换为直行带右转,其它情况以此类推。经潮汐车道调度模块根据路段车流的时段特性运算后输出路段潮汐车道控制信号,实时调度、平滑切换潮汐车道的左转、直行、直行带左转、直行带右转、调头、禁行车道标识指示灯和车道行驶方向:以东西方向五车道,其中三个车道正向东向西,二个车道逆向西向东为例,在车道上方设置龙门架安装潮汐车道标识指示灯,依据路段长度设置龙门架数目,每个路段每一车道入口处安装车流量采集模块的车辆检测线圈来采集、统计车流量,若正向车流仍然过大,考虑再增加一个正向车道、同时减少一个反向车道,反之,则减少一个正向车道、增加一个反向车道;如果发生事故或需要封闭施工则可远程调度将车道转换为正反方向均禁行的封道状态,使用禁行指示。经路口信号灯调度模块运算后输出路口信号灯控制信号,控制包括信号灯和倒计时器的路口信号灯。实施例晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号采用TTL电平车流量信号,通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采用TTL电平车流量采集模块21,IO输出模块4设置TTL电平输入HC245接口41和TTL电平输出HC373接口42;车流量串行信号采用RS232/485车流量信号,串行车流量采集模块采用RS232/485车流量采集模块22,串口信号/输入输出模块采用RS232/485输入/输出模块32;主控模块11采用ARM11嵌入式处理芯片,主控模块11通过TTL电平车流量采集模块21和RS232/485车流量采集模块22,以及TTL电平输入HC245接口41和RS232/485输入/输出模块32采集各个车道的车流量、平均车速、车道空间占用率、车道时间占用率参数,通过TTL电平输出HC373接口42和RS232/485输入/输出模块32输出可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块的路口可变车道控制信号、路段潮汐车道控制信号和路口信号灯控制信号。该控制方法通过上位通讯模块7与上位指挥中心进行控制信号和数据信号传输,接受上位指挥中心的集中控制,本实施例采用NIC网络输出接口,通过以太网络直接与上位指挥中心信号联系。
实施例控制方法含有故障降级处理和防干扰处理。故障降级处理采取硬件和软件结合的方式实现,当主控模块11出现故障,辅助模块6在3.5s内未收到主控模块11发送的控制信号,辅助模块6自动转入预先设定的单点两相位控制模式,即路口分两步东西方向通行和南北方向通行放行,或特定的简单控制模式,驱动控制交通信号灯;若辅助模块6上单片机出现故障无法运行,则辅助模块6上的黄闪器/车道指示默认控制装置立即进入工作状态,路口信号灯控制为黄闪器进入黄闪状态或熄灯状态,可变车道控制进入默认模式,潮汐车道控制的潮汐车道的车道标识指示灯自动进入红闪状态;实施例辅助模块6可输出1~15个交通信号灯控制信号,驱动1~5组交通信号灯组。在交通信号控制器中设置隔离变压器81,阻止外部电网对本交通信号控制器的干扰,同时,亦防止本交通信号控制器的载波信号干扰外电网其它设备的正常运行。
应用实例:
本应用实例智能交通信号控制系统控制的路段交通流复杂,车流呈明显的潮汐现象,实施潮汐车道控制。图3为该应用实例控制系统拓扑结构图,该控制系统涉及整个路段五车道潮汐车道信号控制,还包括五个交叉路口信号控制,系统安装11个龙门架潮汐车道信号控制设备,设置11个控制主机进行交通信号控制。如图3所示,受上位控制中心控制的控制主机I、II、……和XI分别对应连接各自的PDA微处理器I、II、……和XI,控制各自对应的潮汐车道I、II、……和XI,载波设备组I、II、……和XI,以及光电转换器I、II、……和XI,光电转换器选用RJ-45接口,用于转为光纤接口设备。
图4为本应用实例潮汐车道的车道标识指示灯组安装分布示意图,此潮汐车道路段划分为五个车道,在各路段上监测点均设置控制主机,并安装车流量采集模块,车流量采集模块包含在载波设备组I、II、……和XI中。潮汐车道调度控制的潮汐车道车道一~车道五的车道标识指示灯组分别安装在11个龙门架I、II、……和XI上,每个龙门架上安装5组指示灯,总计安装55组指示灯。图4所示箭头表示该车道处于何种通行方向,例如“→”箭头表示自西向东方向,“←”箭头表示自东向西方向,“↑”箭头表示自西向东方向左转车道,“↓”箭头表示自东向西方向左转车道,红色“×”信号表示禁止通行,如果东西方向都为红色“×”则表示该车道封道,即双向都禁止通行。潮汐车道指示和路口信号调度都依据车流量采集模块采集的流量信息实时协调控制。
本发明采用高性能的运算能力强大的嵌入式芯片ARM11作为CPU主控电路,在交通信号控制器中设置TTL电平车流量采集模块,即电力载波车流量采集模块,同时保留其它检测设备输入接口,从而确保交通信号控制器使用的灵活便捷。通过HC245和RS-485接口的方式采集每个车道的车流量、平均车速、车道空间占用率、车道时间占用率等车流量相关信息,统计、汇总、输入可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块,经过调度模块运算后经HC373和RS-485接口输出路口可变车道控制信号、路段潮汐车道控制信号和路口信号灯指示信号。凭借ARM11的处理能力在数据采集与控制信号传输的协调上引入了令牌通信机制,在软件上设置基于路口的自适应协调模块,自动调度可变车道信号输出模块输出车道路口指示信息,支持潮汐交通的潮汐车道指示控制和诱导信息输出,合理规划交通流。支持先进的OLED显示技术液晶模块,在强光下也可无障碍操作;在电源模块输入端采用隔离变压器过滤电网杂波,然后利用电力载波技术增加载波调制/解调电路和载波输出接口,从而达到采集各类有效信号数据,实现有效载波传输控制和数据信号控制设备的目的。本实用新型交通信号控制器经过客户使用,反映良好,控制稳定、效果显著,深受用户欢迎。
虽然本发明已以实施例公开如上,但其并非用以限定本发明交通信号控制器及控制方法的保护范围,任何熟悉该项技术的技术人员,在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰,均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种交通信号控制器,其特征在于:包括控制主机、车流量采集模块、信号输入/输出模块和IO输出模块;所述的控制主机包含主控模块和PDA微处理机,车流量采集模块采用通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块,信号输入/输出模块包含电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块;所述的主控模块与PDA微处理机、串口信号输入/输出模块、电力载波输入/输出模块双向连接,主控模块输出端连接IO输出模块,通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块的输出分别连接电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块,电力载波输入/输出模块接于电力线上。
2.根据权利要求1所述的交通信号控制器,其特征在于:所述的主控模块采用ARM11嵌入式处理芯片,通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采用TTL电平车流量采集模块,串行车流量采集模块采用RS232/485车流量采集模块,串口信号/输入输出模块采用RS232/485输入/输出模块,电力载波输入/输出模块采用TTL电平电力载波输入/输出模块,IO输出模块设置TTL电平输入接口和TTL电平输出接口,所述的ARM11嵌入式处理芯片与RS232/485输入/输出模块双向连接,RS232/485车流量采集模块的输出端连接RS232/485信号输入/输出模块,ARM11嵌入式处理芯片的输出端连接TTL电平输入HC245接口和TTL电平输出HC373接口。
3.根据权利要求2所述的交通信号控制器,其特征在于:还包括电源模块和外围模块,电源模块和主控模块、电力线连接,外围模块和主控模块连接;所述的电源模块设置隔离变压器装置,该隔离变压器装置安装在电力线上;所述的外围模块包括触摸屏、键盘、音视频采集模块和显示输出控制模块,所述的触摸屏、键盘、音视频采集模块的输出连接ARM11嵌入式处理芯片,ARM11嵌入式处理芯片的输出端连接显示输出控制模块。
4.根据权利要求3所述的交通信号控制器,其特征在于:还包括上位通讯模块和辅助模块,采用独立机箱结构,所述的上位通讯模块和ARM11嵌入式处理芯片双向连接,辅助模块和ARM11嵌入式处理芯片、电源模块均双向连接,控制主机、车流量采集模块、信号输入/输出模块、IO输出模块和电源模块均装在机箱内,触摸屏、键盘和显示屏装在机箱面板上。
5.根据权利要求6所述的交通信号控制器,其特征在于:所述的PDA微处理机采用STC90C52单片机,辅助模块采用STC90C51RC芯片,上位通讯模块采用NIC网络输出接口,TTL电平电力载波输入/输出模块采用ST7538Q电力载波芯片,TTL电平输入接口采用TTL电平输入HC245接口,TTL电平输出接口采用TTL电平输出HC373接口,隔离变压器装置采用初级∶次级为1∶1隔离变压器,键盘采用KB-25键盘,显示屏采用OLED液晶显示屏,显示输出控制模块采用OLED液晶输出控制模块。
6.一种应用权利要求1所述的交通信号控制器的控制方法,其特征在于:该控制方法通过由主控模块和PDA微处理机组成的交通信号控制器的控制主机控制车流量采集模块中的通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采集晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号,通过和主控模块输出端连接的IO输出模块输出输入晶体管-晶体管逻辑电平类型检测信号和晶体管-晶体管逻辑交通信号控制电平;所述的晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号的数据采集和控制信号传输,采用电力载波方式的通信接口,接于电力线上的信号输入/输出模块中的电力载波输入/输出模块将控制信号调制到低压电力传输线路AC 220V上,输出载波信号控制支持载波的交通信号设备组;所述的控制方法通过控制主机控制串行车流量采集模块采集串行车流量信号,通过和主控模块双向连接的串口信号输入/输出模块输出串行控制信号控制交通信号设备组;
所述的控制方法在主控模块中设置可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块,交通信号设备组包含可变车道电子指示牌、潮汐车道的车道标识指示灯和路口信号灯,实施可变车道控制、潮汐车道控制和路口信号灯控制,主控模块控制各车道车流量信息采集,并汇总统计出5~10分钟内每个车道的车流量信息参数,将统计参数输入可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块,经可变车道调度模块运算后输出路口可变车道控制信号,自动调度切换可变车道电子指示牌的行驶方向指示;经潮汐车道调度模块根据路段车流的时段特性运算后输出路段潮汐车道控制信号,实时调度、平滑切换潮汐车道的车道标识指示灯和车道行驶方向;经路口信号灯调度模块运算后输出路口信号灯控制信号,控制路口信号灯;
所述的控制方法采取令牌通信机制协调车流量信息采集与控制信号传输,所述的令牌通信机制系主控模块在数据处理与系统调度中产生一个令牌PL_Toking,并发送信息和该令牌PL_Toking,只有接收到并拥有令牌PL_Toking的模块才能采集发送信息。
7.根据权利要求6所述的交通信号控制方法,其特征在于:所述的晶体管-晶体管逻辑电平类型车流量信号采用TTL电平车流量信号,车流量串行信号采用RS232/485车流量信号,所述的主控模块采用ARM11嵌入式处理芯片,通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块采用TTL电平车流量采集模块,串行车流量采集模块采用RS232/485车流量采集模块,串口信号/输入输出模块采用RS232/485输入/输出模块,IO输出模块设置TTL电平输入HC245接口和TTL电平输出HC373接口,主控模块通过TTL电平车流量采集模块和RS232/485车流量采集模块,以及TTL电平输入HC245接口和RS232/485输入/输出模块采集各个车道的车流量、平均车速、车道空间占用率、车道时间占用率参数,通过TTL电平输出HC373接口和RS232/485输入/输出模块输出可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块的路口可变车道控制信号、路段潮汐车道控制信号和路口信号灯控制信号。
8.根据权利要求7所述的交通信号控制方法,其特征在于:所述的控制方法还含有故障降级处理,当主控模块出现故障,交通信号控制器设置的辅助模块在3.5s内未收到主控模块发送的控制信号,辅助模块自动转入预先设定的控制模式,驱动控制交通信号灯,若辅助模块上单片机出现故障无法运行,则辅助模块上的黄闪器/车道指示默认控制装置立即进入工作状态,路口信号灯控制为黄闪器进入黄闪状态或熄灯状态,可变车道控制进入默认模式,潮汐车道控制的潮汐车道的车道标识指示灯自动进入红闪状态。
9.根据权利要求8所述的交通信号控制方法,其特征在于:所述的控制方法还通过上位通讯模块与上位指挥中心进行控制信号和数据信号传输,接受上位指挥中心的集中控制;所述的控制方法还含有防干扰处理,在主控模块中设置信号隔离模块,阻止外部电网对本交通信号控制器的干扰,同时,亦防止本交通信号控制器的载波信号干扰外电网其它设备的正常运行。
10.根据权利要求9所述的交通信号控制方法,其特征在于:所述的可变车道控制的可变车道电子指示牌的行驶方向指示包括直行、直行带右转、直行带左转、左转和右转指示灯,潮汐车道调度控制的车道标识指示灯包括车道左转、直行、直行带左转、直行带右转、调头、禁行指示,路口信号灯包括信号灯和倒计时器;所述的辅助模块输出1~15个交通信号灯控制信号,驱动1~5组交通信号灯组;所述的控制方法采用NIC网络输出接口,通过以太网络直接与上位指挥中心信号联系。
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