CN102005123A

CN102005123A - 快速路智能交通控制器

Info

Publication number: CN102005123A
Application number: CN2010105324583A
Authority: CN
Inventors: 李阳; 李群; 高圣伟; 刘雪莉; 肖朝霞
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明公开一种快速路智能交通控制器，包括有485通讯模块、单片机、电源及调压模块、状态存储模块、灯板驱动模块、灯板检测模块六个部分。该系统属于智能交通控制领域，解决了快速路交通灯状态检测和集中控制的问题。单片机通过485通讯模块接收上位机的指令，按照指令控制交通灯的显示状态，并将交通灯的状态或故障信息通过通讯模块发送至上位机；电源及调压模块供单片机系统和交通灯所需的电能，并能通过单片机控制其电压大小；状态存储模块能将交通灯的状态存储起来，使交通灯控制器具有记忆功能；灯板驱动模块实现单片机对交通灯的开关控制；灯板检测模块能将交通灯的显示状态或故障情况检测出来。该技术可广泛应用在快速路的交通信号导引中。

Description

快速路智能交通控制器

技术领域

本发明涉及一种快速路智能交通控制器。特别是涉及一种具有与上位机通讯功能、控制灵活、可靠性高、多功能的智能交通控制器。

背景技术

随着社会的发展，交通事故、交通堵塞、环境污染和能源消耗等问题日趋严重。美国全国每年因交通堵车所浪费的汽油和时间对美国造成的经济方面的损失，估计高达680亿美元。我国道路交通死亡人数每年达10万人左右，直接经济损失近20亿。北京目前也陷入了“拥有最宽阔的马路，也拥有最宽阔的‘停车场’的困境，严重影响了城市的运转效率，客观上阻碍了社会、经济的快速、健康发展。

解决交通而引发的各种问题已经是迫在眉睫，一种切实可行的办法就是提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理，智能交通系统在这种背景下应运而生。智能交通系统就是利用先进的计算机、通信、自动控制、视频图像处理和交通管理策略等技术，按照系统工程原理进行高度的系统集成和信息融合，实现对交通的实时控制、指挥管理和信息服务，以提高交通系统的效率、安全性和可持续性。它是充分发挥现有交通基础设施的潜力，提高运输效率，保障交通安全，缓解交通拥挤的有力措施。

快速路智能交通控制系统旨在保证快速路主路的安全、畅通、有序、快速，提高快速路路网的服务水平。快速路交通信号控制系统的设计是一个系统工程，本专利所涉及快速路智能交通控制器是智能交通控制整个系统的执行终端，它的设计、运行特性以及抗干扰的能力决定着整个系统的可靠运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出了一种设计简单、控制方便、可靠性高、成本低、智能化的智能交通控制器。

本发明所采用的技术方案是：一种快速路智能交通控制器，包括有单片机，还设置有：485通讯模块，用于在单片机与上位机的双向通讯；电源及调压模块，用于单片机系统和灯板的供电并具有电压调节作用；状态存储模块，用于存储一些重要的数据使其掉电不会丢失，保证了交通灯控制器的记忆功能；灯板驱动模块，用于驱动交通灯；灯板检测模块，用于检测灯板的目前状态是否有故障。

所述的485通讯模块包括发射和接收两个功能；单片机所发出的指令经过光耦隔离和MAX485发到上位机；上位机发过来的指令先后通过MAX485和光耦到达单片机；为了提高通讯的可靠性，本发明中采用了光耦隔离和双电源技术。

所述的单片机用于命令的解释、执行、状态检测和控制等，单片机首先接收到上位机的命令，然后将命令解释、执行，如果指令是改变交通灯显示状态则通过灯板驱动模块实现；如果指令是监测交通灯的状态则通过灯板检测模块实现；如果指令是调节交通灯的亮暗程度则通过电源及调压模块实现。

所述的电与及调压模块采用军用级航空电源提高了其自身的可靠性，使其能有效供给控制器本身所需电源，还能供给交通灯所需电源；它还设有调压电路可是适时调节电压输出，通过改变电压调节交通灯的亮度，既保证了交通灯的功能又能进一步节能降耗；该电源通过改变串接电阻值即可实现改变电压，在控制器中通过继电器控制导通电阻实现改变阻值实现调压。

所述的状态存储模块选用采用EEPROM技术的芯片，用于存储重要信息和参数，并且掉电不丢失；本发明中具体利用它存储当前交通灯的显示状态，这样在突然断电的情况下，控制器具有记忆功能，每次掉电后恢复电源时显示状态能与掉电前的状态一致。

所述的灯板驱动模块为了对实现大电压和大电流交通灯LED的控制采用了场效应管控制其亮、灭；由于单片机I/O驱动能力有限，所以利用上拉电阻首先将单片机信号放大，然后通过达林顿管进行再次放大。

所述的灯板检测模块用于检测交通灯的显示状态和是否存在故障；因为不同的图形电流不一样，每个图形的状态发生故障时电流也发生变化，故检测手段是靠每个交通灯显示图形的接地端串接一个小电阻，检测其电流大小来实现的；为了避免电能浪费电阻阻值一般很小，所以检测出来的是一个小信号，为了提高检测精度和提高可靠性，电阻上的电压信号经过一级放大和跟随到达ADC模块转化成数字信号。

本发明的快速路智能交通控制器，是一种设计简单、控制方便、可靠性高、成本低、智能化的交通控制器。在简化设计的前提下采取多种技术提高其可靠性，使其能在高温高压和强电磁干扰情况下正常工作。该技术的实际应用必将为缓解交通拥挤做出很大的贡献。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是485通讯模块原理图；

图3是灯板驱动模块原理图；

图4是灯板检测模块原理图。

其中：

1：485通讯模块 4：状态存储模块

2：单片机 5：灯板驱动模块

3：电源及调压模块 6：灯板检测模块

具体实施方式

本发明提供一种结构简单、控制方便、可靠性高、成本低、智能化的交通控制器。该系统为进一步提高快速路通行能力提供了设备基础。下面结合实施例和附图对本发明的快速路智能交通控制器做出详细说明。

如图1所示，本发明的快速路智能交通控制器，包括有单片机2，还设置有：485通讯模块1，用于在单片机与上位机的双向通讯；电源及调压模块3，用于单片机系统或灯板的供电并具有电压调节作用；状态存储模块4，用于存储一些重要的数据使其掉电不会丢失，保证了交通灯的记忆功能；灯板驱动模块5，用于驱动交通灯；灯板检测模块6，用于检测灯板的目前状态和是否有故障。

如图1所示，所述的状态存储模块4选用采用EEPROM技术的芯片U5，用于存储重要信息和参数，并且掉电不丢失；本发明中具体利用它存储当前交通灯的显示状态，这样在突然断电的情况下，控制器具有记忆功能，每次掉电后恢复电源时显示状态能与掉电前的状态保持一致

如图2所示，所述的485通讯模块1包括发射和接收两个功能；单片机2所发出的指令经过光耦U22由芯片U5发到上位机；上位机发过来的指令先后通过芯片U5和光耦23到达单片机2；为了提高通讯的可靠性，本发明中采用了光耦隔离和双电源技术。

如图3所示，所述的灯板驱动模块5为了对实现对大电压和大电流交通灯LED的控制采用了场效应管控制其亮、灭；由于单片机I/O驱动能力有限，所以利用上拉电阻RP1首先将单片机2信号放大，然后通过达林顿管U9进行二次放大；

如图4所示，所述的灯板检测模块6用于检测交通灯的显示状态和是否存在故障；因为不同的显示图形其电流不一样，每个图形的状态发生故障时电流也会发生变化，故检测手段是靠每个交通灯显示图形的接地端串接一个小电阻R_SB，检测其电流大小来实现的；为了避免电能浪费，电阻阻值一般很小，所以检测出来的是一个小信号，为了提高检测精度和可靠性，电阻上的电压信号经过放大器U12一级放大和电压跟随到达ADC模块U8转化成数字信号。

控制器工作过程中，单片机2实时监测交通灯的图形显示的状态，当交通灯有故障时其电流发生变化，这些信息通过灯板检测模块6到达单片机2。同时单片机2一直监测是否有上位机指令，并采用了中断技术提高监测的准确度和灵敏性。当上位机有指令时(包括改变现实状态、查询灯状态、改变显示亮度)会做出相应的指令到灯板驱动模块5控制交通灯；当指令改变交通灯状态时，状态存储模块4会将新的状态信息存储起来。

综上所述，本发明所述快速路智能交通控制器的优点是：

(1)采用了485通讯，结构简单、控制方便，成本低；

(2)在软件硬件上采取了很多措施提高了控制器的抗干扰能力，在高温高压环境和强电磁干扰环境下能可靠工作；

(3)控制器具有很好的智能化。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种快速路智能交通控制器，包括有单片机(2)，其特征在于，还设置有：485通讯模块(1)，用于实现单片机与上位机的双向通讯；电源及调压模块(3)用于单片机系统或灯板的供电并具有电压调节作用；状态存储模块(4)用于存储一些重要的数据使其掉电不会丢失，保证了交通灯的记忆功能；灯板驱动模块(5)用于驱动交通灯；灯板检测模块(6)用于检测灯板的目前状态和是否有故障。

2.根据权利要求1所述的快速路智能交通控制器，其特征在于，所述的485通讯模块(1)包括发射和接收两个功能；单片机(2)所发出的指令经过第一光耦(U22)由芯片(U5)发到上位机；上位机发过来的指令先后通过芯片(U5)和第二光耦(23)到达单片机(2)。

3.根据权利要求1所述的快速路智能交通控制器，其特征在于，所述的单片机(2)用于命令的解释、执行、状态检测和控制，单片机(2)首先接收到上位机的命令，然后将命令解释、执行，如果指令是改变交通灯显示状态则通过灯板驱动模块(5)实现；如果指令是监测交通灯的状态则通过灯板检测模块(6)实现；如果指令是调节交通灯的亮暗程度则通过电源及调压模块(3)实现。

4.根据权利要求1所述的快速路智能交通控制器，其特征在于，所述的灯板驱动模块(5)利用上拉电阻(RP1)首先将单片机(2)输出信号放大，然后再通过达林顿管(U9)进行二次放大来驱动场效应管，最后由场效应管控制交通灯的亮、灭；

5.根据权利要求(1)所述的快速路智能交通控制器，其特征在于，所述的灯板检测模块(6)用于检测交通灯的显示状态和是否存在故障；每个交通灯显示图形的接地端串接一个小电阻(R_SB)，通过检测小电阻(R_SB)电流大小来检测交通灯的状态；小电阻(R_SB)上的电压信号经过放大器(U12)一级放大和电压跟随到达ADC模块(U8)转化成数字信号。