CN101950485B - 交通信号灯数字组网设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交通信号灯数字组网设备，其特征在于：与道路交通信号控制机之间的通信接口是串行数据通信链路。本发明的交通信号灯数字组网设备，解决了现有220VAC开关驱动接口的信号灯接入基于数据通信链路的全数字交通信号控制机的问题，即解决了老式交通信号灯与新的数字交通信号控制机之间的组网问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种交通信号灯数字组网设备，属于交通信号控制装置技术领域。
背景技术
现有的交通信号灯与交通信号控制机之间的连接是通过220VAC两线(火线和零线)实现的，信号灯的亮或灭靠配置在交通信号控制机内的220VAC开关驱动电路的开和关来实现。对于全数字交通信号控制机来说，交通信号控制机本身不再带这种220VAC开关驱动电路，而是数字通信链路。在这种情况下如何将原来已经存在的技术和设备资源利用好是必须考虑的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何实现全数字交通信号控制机和现有交通信号灯的组网连接。
为解决上述技术问题，本发明提供一种交通信号灯数字组网设备，其特征在于：与道路交通信号控制机之间的通信接口是串行数据通信链路，一个交通信号灯数字组网设备可以驱动和控制多个交通信号灯，包括
通信接口：用于与全数字交通信号控制机无缝连接；
通信控制模块：用于实现与交通信号灯的数据数据通信；
中心处理单元：用于识别指令要求、实现对信号灯的控制；
信号灯驱动模块：用于隔离数字交通信号控制机的数据链路与控制交通信号灯的220VAC开关驱动接口、用于实现过流保护、用于完成可编程ASIC与交通信号灯之间的电气和物理连接，所述信号灯驱动模块输入端为道路交通信号控制机的数据链路，道路交通信号控制机的数据链路与光电隔离装置相连，光电隔离装置与触发电路相连，触发电路与双向晶闸管开关及保护电路相连，双向晶闸管开关及保护电路通过吸收电路连接信号灯。
前述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述通信接口为串行数据通信总线。
前述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述通信接口为CAN总线。
前述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述通信接口为RS-485串行数据通信总线。
前述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述通信接口为RS-422串行数据通信总线。
前述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述信号灯驱动模块至少包括一个，并与相应的信号相连。
前述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述中心处理单元是可编程ASIC器件。
本发明所达到的有益效果：本发明的交通信号灯数字组网设备，解决了现有220VAC开关驱动接口的信号灯接入基于数据通信链路的全数字交通信号控制机的问题，即解决了老式交通信号灯与新的数字交通信号控制机之间的组网问题。
附图说明
图1为本发明的信号灯数字组网设备总体框图；
图2信号灯数字组网设备组成框图；
图3为本发明的单路交通信号灯驱动模块电路原理框图；
图4为本发明的信号灯智能数字组网设备工作流程图；
图5为本发明的信号灯智能数字组网设备与道路交通信号控制机的连接图。
具体实施方式
本发明的信号灯数字组网设备以下几个部分组成：
(1)与全数字交通信号控制机无缝连接的串行数字通信接口；
(2)通信控制器；
(3)与现有交通信号灯无缝连接的220VAC开关信号灯驱动模块；
(4)由可编程ASIC为主构成的中心处理单元；
(5)电源单元。
通信接口
信号灯智能数字组网设备的主要应用背景是解决现有220VAC开关驱动接口的信号灯，接入基于数据通信链路的全数字交通信号控制机，即解决老式交通信号灯与新的数字交通信号控制机之间的组网问题。因此，智能数字信号灯组网设备的通信接口，可以根据所要求组网的交通信号控制机的数据通信链路特点进行对应的配置，可以是无线通信、有线通信，通信方式可以是点对点的，也可以是总线形式的；信号灯智能数字组网设备与交通信号控制机之间的物理传输媒体可以是无线电波、光波、光纤、电缆等；从通信网络资源的所属关系看，可以是公用通信网，也可以是专用通信网。下面就信号灯智能数字组网设备与数字交通信号控制机之间为串行数据通信总线为例说明。
串行数据通信总线
本发明的交通信号灯智能数字组网设备与交通信号控制机之间的互连接口，与传统的交通信号灯与交通信号控制机之间的互连接口是不同的，其主要区别在于两个方面：①交通信号灯智能数字组网设备可以驱动和控制一个交通信号灯、两个交通信号灯、三个交通信号灯或者三个以上的多个交通信号灯，②交通信号灯智能数字组网设备与信号机之间的信息连接采用串行数据通信链路，而不是传统的220VAC开关接口。这里所述的串行数据通信链路可以有很多中实现技术，可以根据传输介质、组网结构、数据传输速率、传输控制规程、传输编码体制等进行不同分类。主要包括有线通信和无线通信两大类，其中有线通信根据传输介质的不同可以分成电缆(主要包括同轴电缆和双绞线)通信、光纤通信，根据有线通信的组网方式不同可以分为星型、总线型、环型和分布式结构，优选的，以现场总线方式连接为例说明交通控制信号灯的组网技术和实施方案。也就是说，一个或者多个交通控制信号灯，和一个或者多个交通信号灯智能数字组网设备一起可以通过一条总线串接起来，再串行接入交通信号控制机，连接方式如图5所示。
总线接口
总线接口是交通控制信号灯组网设备内通信控制模块与物理总线之间的接口，完成ISO OSI参考模型的物理层功能。它主要包括以下三部分：
1)物理信铃(PLS：Physical Signaling)实现与位表示、定时和同步相关的功能，媒体访问单元(MAU：Medium Access Unit)表示用于偶合节点至发送媒体的物理层的功能部分。MAU由物理媒体附属装置(Physical MediumAttachment)和媒体相关接口(Medium Dependent Interface)构成。
2)PMA子层实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线故障检测方法。
3)MDI实现物理媒体和MAU之间的机械和电气接口。
通信控制模块
智能交通控制信号灯组网设备内的通信控制模块主要实现ISO OSI互连参考模型的第二层链路层功能。这一部分主要由逻辑链路控制(LLC：Logic LinkControl)和媒体访问控制(Medium Access Control)两个部分组成。
逻辑连路控制(LLC)子层：逻辑链路控制LLC子层的功能包括：帧接收滤波、超载通告和恢复管理。
1)帧接收滤波：在LLC子层上开始的帧跃变是独立的，其自身操作与先前的帧跃变无关。帧内容由标识符命名。标识符并不能指明帧的内容，但描述数据的含义，每个接收器通过帧接收滤波确定此帧是否有关。
2)超载通告：如果接收器内部条件要求延迟下一个LLC数据帧或LLC远程帧，通过LLC子层开始发送超载帧。最多可产生两个超载帧，以延迟下一个数据或严惩帧。
3)恢复管理：发送期间，对于丢失仲裁或被错误干扰的帧，LLC子层具有自动重发功能。在发送成功完成前，帧发送服务不被用户认可。
LLC帧结构
LLC帧是等同实体(LPDU：LLC Protocol Data Unit，逻辑链路控制子层协议数据单元)之间进行交换的数据单元，下面是LLC数据帧和远程帧的结构。
①LLC数据帧由三个位场，即标识符场、数据长度码(DLC：Data LengthCode)场和LLC数据场组成，表1为LLC数据帧格式。
表1
| 标识符场：ID＝11位 | 数据长度DLC场 | LLC数据场 |
标识符场：ID＝11位
数据长度DLC场：4位
LLC数据场：0-8个字节
②LLC远程帧
表2为LLC远程帧格式。
表2
| 标识符场：ID＝11位 | 数据长度DLC场 |
标识符场：ID＝11位
对应数据帧的数据长度码DLC场：4位
媒体访问控制(MAC)子层：
MAC子层结构功能模型：MAC子层功能由IEEE 802.3中规定的功能模型描述，如图4所示，在此模型中将MAC子层划分成完全独立工作的两个部分，即发送部分和接收部分，两部分的功能如下.：
发送部分功能包括：
①发送数据封装
a接收LLC帧并接口控制信息；
b CRC循环计算；
c通过向LLC帧附加SOF、RTR位、保留位、CRC、ACK和EOF构造MAC帧
②发送媒体访问管理
a确认总线空闲后，开始发送过程(通过帧间空闲应答)；
b MAC帧串行化；
c插入填充位(位填充)；
d在丢失仲裁情况下，退出仲裁并转入接收方式；
e错误检测(监控，格式校验)；
f应答校验；
g确认超载条件；
h构造超载帧并开始发送；
i构造出错帧并开始发送；
j输出串行位流至物理层准备发送。
接收部分功能包括：
①接收媒体访问管理
a由物理层接收串行位流；
b解除串行结构并重新构筑帧结构；
c检测填充位(解除位填充)；
d错误检测(CRC、格式校验、填充规则校验)
e发送应答；
f构造错误帧并开始发送；
g确认超载条件；
h重激活超载帧结构并开始发送。
②接收数据拆装
a由接收帧中去除MAC特定信息；
b输出LLC帧和接口控制信息至LLC子层。
MAC帧结构
数据在节点间发送和接收以四种不同类型的帧出现和控制，其中数据帧将数据由发送器传至接收器；远程帧由节点发送，以请求发送具有相同标识的数据帧；出错帧可以由任何节点发送，以检测总线错误，而超载帧用于提供先前和后续数据帧或远程帧之间的附加延时。另外，数据帧和远程帧以帧间空间隔同先前帧隔开。表3MAC数据帧格式，表4为MAC远程帧格式。
表3
| 帧起始 | 场仲裁 | 场控制 | 数据场 | CRC场 | ACK场 | 帧结束 |
表4
| 帧起始 | 场仲裁 | 场控制 | CRC场 | ACK场 | 帧结束 |
可编程ASIC
可编程ASIC是信号灯智能数字组网设备的中心处理器，它负责识别指令要求、实现对信号灯的控制。主要由处理器和存储器两部分组成，通过系统配置或动态加载程序实现本地设置和来自交通控制信号机的各种控制命令的解释和处理，根据这些处理结果做出相应的交通信号控制。一个信号灯智能数字组网设备根据所连接控制的信号灯的多少可以有几种规格：
(1)一个信号灯智能数字组网设备连接(控制)一个信号灯；
(2)一个信号灯智能数字组网设备连接(控制)两个信号灯；
(3)一个信号灯智能数字组网设备连接(控制)三个信号灯；
(4)一个信号灯智能数字组网设备连接(控制)三个以上信号灯。
工作流程如图4所示。在信息处理模块系统加电或复位后，所有与本组网设备连接的信号灯显示为关闭状态，检查交通控制信号灯与控制机的联机状态，如果与控制机相连，则接收控制机的命令，如果没有与控制机相连，则读取本机设置命令，然后对所获取的控制机或本机的命令进行解释，并将处理后的数据传至显示模块进行显示。
信号灯驱动模块
信号灯智能数字组网设备中的信号灯驱动模块主要完成以下几个方面的工作：信号灯驱动模块的原理框图如图3所示。
1)隔离任务，由于组网设备的一侧是连接数字交通信号控制机的数据链路，另外一侧是控制交通信号灯的220VAC开关驱动接口，需要设置隔离器，本方案采用光电隔离方法来实现。
2)过流保护，这里采用快速熔断器来实现；
3)噪声抑制，为了保证设备和系统的稳定可靠，配置过零控制电路，以最大程度避免功率负荷开关切换噪声；
4)接口匹配，完成可编程ASIC与交通信号灯之间的电气和物理连接。
实现信号灯的开关控制。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种交通信号灯数字组网设备，其特征在于：与道路交通信号控制机之间的通信接口是串行数据通信链路，包括
通信接口：用于与全数字交通信号控制机无缝连接；
通信控制模块：用于实现与交通信号灯的数据数据通信；
中心处理单元：用于识别指令要求、实现对信号灯的控制，
信号灯驱动模块：用于隔离数字交通信号控制机的数据链路与控制交通信号灯的220VAC开关驱动接口、用于实现过流保护、用于完成可编程ASIC与交通信号灯之间的电气和物理连接，所述信号灯驱动模块输入端为道路交通信号控制机的数据链路，道路交通信号控制机的数据链路与光电隔离装置相连，光电隔离装置与触发电路相连，触发电路与双向晶闸管开关及保护电路相连，双向晶闸管开关及保护电路通过吸收电路连接信号灯。
2.根据权利要求1所述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述通信接口为串行数据通信总线。
3.根据权利要求1所述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述通信接口为CAN总线。
4.根据权利要求1所述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述通信接口为RS-485串行数据通信总线。
5.根据权利要求1所述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述通信接口为RS-422串行数据通信总线。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述至少包括一个信号灯驱动模块。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：所述中心处理单元是可编程ASIC器件。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的交通信号灯数字组网设备，其特征在于：信号灯智能数字组网设备与道路交通信号控制机之间的传输媒体是光纤。
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