CN102044158A

CN102044158A - 基于通用通讯标准的交通信号控制系统

Info

Publication number: CN102044158A
Application number: CN2009102073877A
Authority: CN
Inventors: 陶现定
Original assignee: SHANGHAI MAXGREEN TRANSPORTATION SYSTEMS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI MAXGREEN TRANSPORTATION SYSTEMS CO Ltd
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-10-21
Also published as: CN102044158B

Abstract

一种基于通用通讯标准的交通信号控制系统，由车辆行人感应器、信号控制机、路口信号灯以及中央控制服务器组成。信号控制机由引擎板、主机板、底板、路口输入输出模块、异步通讯模块、显示与操作模块和电源模块构成，引擎板由微处理器、快闪存储器、静态读写存储器、动态读写存储器、两个通讯电流接口、时钟以及微处理器的内务管理电路构成，快闪存储器中设置有操作系统和控制程序，信号控制机的相位控制参数遵循国际标准NTCI P，信号控制机与外界之间的数据交换遵循简单网络管理协议和简单交通管理协议，控制机实现了软件和硬件的分离，既能执行相位控制又能执行区间控制，在流量不稳路况下能够实现最优配时。

Description

基于通用通讯标准的交通信号控制系统

技术领域：

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及通信领域，特别是一种基于通用通讯标准的交通信号控制系统。

背景技术：

现有技术中，交通信号控制系统由车辆和行人感应器、信号控制机、路口信号灯以及中央控制管理软件四部分组成。其中信号控制机是最关键的组成部分。车辆和行人感应器安装在路面或路边，用于感应到达车辆或行人，并将感应信息传递到安装在路边的信号控制机。信号控制机则根据其内部的信号时段分配逻辑，加上感应到的实时的车辆和行人信息，优化信号时段分配，并将信号送到路口的信号灯来控制路上的车辆和行人。中央控制管理软件一般安装在城市交通控制中心，该软件和路边的控制机经由通讯网络实现数据交换。中心控制和管理软件用于观测信号控制机的运行状况，设置控制机的操作参数，协调各路口的相位差，并可直接对路口信号的进行中央控制。

交通信号的控制方法基本上可分为区间控制(Interval Control)和相位控制(Phase Control) 两种。如按路口间的协调性分类，各自都有点控，线控和面控等类型。相位控制还有固定时段的相位控制，激发性控制以及与流量相关的自适应控制。这些不同类型的控制方法分别适用于不同的交通形态。但是目前控制机和控制软件之间没有一个通用的通讯协议标准。这使得各个交通系统的整合工作难度很高，造成了很高的经济成本和社会成本。此外，控制机只能实现单环控制，达不到多环多相位控制。而且控制机里的各相位最大绿灯时间是固定的，难以在交通流波动很大的环境下实现最优控制。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种新型的交通信号控制系统，所述的这种交通信号控制系统要解决现有技术中控制机和控制软件之间没有通用通讯协议标准、控制机因没有自身操作系统造成的软件对硬件的依赖性、控制机达不到多环多相位控制、以及在相位控制中不能达到根据流量密度来优化配时等的技术问题。

本发明的这种交通信号控制系统，由车辆行人感应器、信号控制机、路口信号灯以及中央控制服务器组成。其特征在于：车辆行人感应器通过信号线与信号控制机连接，信号控制机通过控制线与路口信号灯连接，中央控制器通过通讯网络与信号控制机连接；信号控制机由引擎板、主机板、底板、路口输入输出模块、异步通讯模块、显示与操作模块和电源模块构成；引擎板与主机板连接，主机板、路口输入输出模块和异步通讯模块与底板连接，显示与操作模块与底板连接，电源模块与底板连接；引擎板由微处理器、快闪存储器、静态读写存储器、动态读写存储器、两个通讯电流接口、时钟以及微处理器的内务管理电路构成；快闪存储器中设置有操作系统和控制程序；快闪存储器中设置有车辆感应器参数表、相位表、相序表、相位分割表、相位控制模式表、相位组控制表、时间调度表、当日配时计划表、区间控制计划表、区间分割表和区间控制模式表；控制机通过执行一个特定的相位控制模式(Pattern)或区间控制模式(IntervalPattern)实现信号控制，控制机既能执行相位控制也能执行区间控制；所述的中央控制服务器中设置有中央控制管理程序，中央控制管理软件通过改变控信号制机的“系统控制模式”参数实现中央控制；中央控制管理软件通过向信号控制机发送系统周期的时间基点信息实现协调控制，接受协调控制的信号控制机根据相位差和系统周期的时间基点对其信号周期进行协调化，控制机的周期协调化是通过调整其中的协调相位的绿灯时间来实现；各相位的初始绿灯时间和最大绿灯时间可随流量和密度调整；信号控制机与外界之间的数据交换遵循“简单网络管理协议”和“简单交通管理协议”。

进一步的，所述的主机板中设置有通用串行总线接口、数据锁接口、以太网接口和RS485串行通信接口。

具体的，所述的控制程序由C++语言汇编，安装在快闪存储器中，在Linux操作系统上运行，是信号控制机的固件。

按照美国联邦交通部和全美电子产品制造业协会NTCIP 1201和NTCIP 1202标准的规定，在信号控制机的快闪存储器建立车辆感应器表(Vehicle Detector)，相位表(Phase)，相序表(Sequence)，相位分割表(Split)，控制模式表(Pattern)，相位组控制表(Phase GroupControl)，时间调度表(Time-Based Schedule)，当日配时计划表(DayPlan)等表格。各表格以文件形式储存在记忆体中。各表格中的各个参数都分配有一个物件标识号(OID)，用以作为与中心管理软件之间进行通讯之用。

为了支持区间控制，信号控制机里另外储存了区间控制计划表(Interval Plan)，区间分割表(Interval Split)，和区间控制模式表(Interval Pattern)。区间控制模式是区间控制的基本概念。一个区间控制模式对应于一个区间控制计划和一个区间分割的组合。每个区间控制模式都包含一个区间时间差(Interval Offset)参数，用于上下游路口的协调控制。由于这些表格所定义参数不包括在NTCIP里，本技术产品参照NTCIP1202里有关相位控制协议的格式，自行定义了区间控制的一系列协议(MIB)。

信号控制机应用了SNMP/STMP通讯技术。信号控制机定义了协议数据单位(PDU)类程，并且定义了协议数据单位的解析与构建操作。

信号控制机应用了UDP网络通讯技术。通讯端口号(Port Number)储存于一个文件中，必要时可以进行修改。信号控制机建立了UDP的服务器，当信号控制机开始运行时，UDP的服务器自动启动。

信号控制机可以实现固定时段的相位控制。如果相位表里的某相位的最小绿灯时间等于最大绿灯时间，则该相位控制执行固定时段的相位控制。在固定时段相位控制下，信号控制机忽略车辆感应信息的影响。

信号控制机可以连接多达32个感应器。感应器表格里含有感应器的类别参数，即它为通过型感应器(Passage Detector)，还是存在型感应器(Presence Detector)。当有车辆经过通过型感应器时，如果感应器所在的相位刚好是绿灯时间，则可按激发型控制的逻辑调整绿灯时间，如果其他相位是绿灯时间，则对绿灯相位发出服务回叫命令。如果车辆到达存在型感应器，那么该感应器的状态参数值由0变为1，如果这时其他相位是绿灯时间，则对绿灯相位发出服务回叫命令，直到该感应器的状态参数值由1变为0。当车辆离开存在型感应器，该感应器的状态参数值变为0。

信号控制机收集每个相位在红灯或黄灯时间段里到达车辆的数量，这些车辆停在路口等待绿灯。相位初始绿灯时间的设定和该相位等待车辆数相关联，等待车辆数越多，初始绿灯时间越长，但不能超过预先设置的阀值。在非协调性控制中，最长绿灯时间也可随着流量而上下浮动，如果在连续的两个周期里，一个相位的的绿灯时间因为车辆时隔过大而终止，那么最长绿灯时间要减少一个事先设定的时间(如2秒，在相位表里有设定)。同样，如果在连续两个周期里，一个相位的的绿灯时间都因达到了最大绿灯时间而终止，那么最长绿灯时间要增加一个事先设定的时间。最长绿灯时间的调整不能超过事先设定的阀值。

信号控制机可以执行协调控制功能，每个路口的周期长度由相位分割表决定。不同路口的相位差由控制模式表中的相位差参数值决定。信号控制机里的协调执行模式参数(Coordination Force Mode)决定着两种不同的协调方法：一种是固定模式，另一种是浮动模式。在固定模式中，一个相位没有用完的绿灯时间，可以添加给下一个相位的最大绿灯时间，每个相位在周期里的位置保持不变。在浮动模式中，每个相位的最大绿灯时间保持不变，如果某个相位的绿灯时间没有用完，则没有用完的绿灯时间都转移给协调相位。每个控制环中都有一个相位被指定为协调相位。只有协调相位才被允许用来调整相位差。

信号控制机的协调功能由相位差的调整来实现。控制模式表里包含了相位差参数。一个控制模式(Pattern)的相位差是以系统周期的开始时间为基点，该控制模式的第一个相位开始时间与系统周期相比的滞后时间。系统周期的时间基点由中心管理软件通讯(如UDP/SNMP)输入。信号控制机设立一个参数叫协调同步状态变量，该变量储存由中心管理软件输入的系统周期时间基点。信号控制机收到系统周期时间基点后，通过延长协调相位的绿灯时间来调整其相位差。

信号控制机的中央控制是通过改变控制机里的“系统控制模式”参数来实现。中心管理软件经由通讯(如UDP/SNMP)改变信号控制机里的“系统控制模式”参数。如果“系统控制模式”参数值为0，则信号控制机执行的控制模式由时间调用表和当日配时计划表决定；如果“系统控制模式”参数值大于0并小于254，那么信号控制机执行由中央管理软件指定的控制模式，即实行中央控制；如果“系统控制模式”的参数值等于254，控制机执行自由模式，这时控制机执行单点的非协调性控制；如果“系统控制模式”的参数值等于255，这时控制机执行全黄闪控制。“系统控制模式”的参数值不大于255。

信号控制机每秒都要通过通讯接口输出当前相位，周期状态和灯号状态。灯号状态由一个有16个二进制数码组成的字符串表示。在区间控制方法里，16个数码代表十六个信号输出；在相位控制里，16个数码代表16个相位的信号输出。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明使信号控制机和控制软件运行在通用通讯协议标准上，极大提高了系统的兼容性；控制机拥有自身的操作系统，实现了软件与硬件的分离。控制机既能执行相位控制又能执行区间控制，并能实现多环多相位控制和协调全感应控制，具有极大的灵活性；而且由于控制机在相位控制中各相位的初始绿灯时间和最大绿灯时间可随流量和密度自动调整，从而能够在车流量不稳定的情况下实现最优配时。

附图说明：

图1是本发明的交通信号控制系统中的交通控制机的主要模块构成图。

图2是本发明的基于通用通讯标准的交通信号控制系统中的引擎板接口设计示意图。

图3是本发明的基于通用通讯标准的交通信号控制系统中的主板模块原理设计图。

图4是本发明的基于通用通讯标准的交通信号控制系统中的底板设计图。

图5是本发明的基于通用通讯标准的交通信号控制系统中的异步通讯模块设计图。

图6是本发明的基于通用通讯标准的交通信号控制系统中的显示与操作模块的示意图。

图7是本发明的基于通用通讯标准的交通信号控制系统中的路口输入输出接口的示意图。

图8是本发明的基于通用通讯标准的交通信号控制系统中的路口输入输出接口的针脚分配图。

图9是本发明的基于通用通讯标准的交通信号控制系统中的路口输入输出模块的信号流程图。

具体实施方式：

实施例1：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，本发明的交通信号控制系统，由车辆行人感应器、信号控制机、路口信号灯以及中央控制服务器，所述的中央控制器中设置有中央控制管理程序，其中，车辆行人感应器通过信号线与信号控制机连接，信号控制机通过控制线与路口信号灯连接，中央控制服务器通过通讯网络与信号控制机连接，信号控制机由引擎板、主机板、底板、路口输入输出模块、异步通讯模块、显示与操作模块和电源模块构成，引擎板与主机板连接，主机板、路口输入输出模块和异步通讯模块与底板连接，显示与操作模块与底板连接，电源模块与底板连接，引擎板由微处理器、快闪存储器、静态读写存储器、动态读写存储器、两个通讯电流接口、时钟以及微处理器的内务管理电路构成，快闪存储器中设置有操作系统和控制程序，快闪存储器中设置有车辆感应器表、相位表、相序表、相位分割表、控制模式表、相位组控制表、时间调度表和当日配时计划表，快闪存储器中设置有区间控制计划表、区间分割表和区间控制模式表。

按照美国联邦交通部和全美电子产品制造业协会NTCIP 1201和NTCIP 1202的规定，在信号控制机的快闪存储器建立车辆感应器表(Vehicle Detector)，相位表(Phase)，相序表(Sequence)，相位分割表(Split)，控制模式表(Pattern)，相位组控制表(Phase GroupControl)，时间调度表(Time-Based Schedule)，当日配时计划表(DayPlan)等表格。各表格以文件形式储存在记忆体中。各表格中的各个参数都分配有一个物件标识号(OID)，用以作为与中心管理软件之间进行通讯之用。

信号控制机收集每个相位在红灯或黄灯时间段里到达车辆的数量，这些车辆停在路口等待绿灯。相位初始绿灯时间的设定和该相位等待车辆数相关联，等待车辆数越多，初始绿灯时间越长，但不能超过预先设置的阀值。最长绿灯时间也可随着流量而上下浮动，如果在连续的两个周期里，一个相位的的绿灯时间因为车辆时隔过大而终止，那么最长绿灯时间要减少一个事先设定的时间(如2秒，在相位表里有设定)。同样，如果在连续两个周期里，一个相位的的绿灯时间都因达到了最大绿灯时间而终止，那么最长绿灯时间要增加一个事先设定的时间。最长绿灯时间的调整不能超过事先设定的阀值。

信号控制机可以执行协调控制功能，每个路口的周期长度由相位分割表决定。不同路口的相位差由控制模式表的参数值决定。信号控制机里的协调执行模式参数(Coordination Force Mode)决定着两种不同的协调方法：一种是固定模式，另一种是浮动模式。在固定模式中，一个相位没有用完的绿灯时间，可以添加给下一个相位的最大绿灯时间，每个相位在周期里的位置保持不变。在浮动模式中，每个相位的最大绿灯时间保持不变，如果某个相位的绿灯时间没有用完，则没有用完的绿灯时间都转移给协调相位。每个控制环中都有一个相位被指定为协调相位。只有协调相位才被允许用来调整相位差。

信号控制机的中央控制是通过改变控制机里的“系统控制模式”参数来实现。中心管理软件经由通讯(如UDP/SNMP)改变信号控制机里的“系统控制模式”参数。如果“系统控制模式”参数值为0，则信号控制机执行的控制模式由时间调用表和当日配时计划表决定；如果“系统控制模式”参数值大于0并小于254，那么信号控制机执行由中央管理软件指定的控制模式，即实行中央控制；如果“系统控制模式”的参数值等于254，控制机执行自由模式，这时控制机执行单点的非协调性控制；如果“系统控制模式”的参数值等于255，这时控制机执行全黄闪控制。系统控制模式的参数值不大于255。

在本发明的一个优选实施例中，交通控制机的硬件设计参考美国的公开标准《Advanced Transportation Controller(ATC)Standard v5.2b》的规定，采用模块化、标准化设计，实现软件和硬件设计之间的分离，并且为将来系统功能扩充和升级预留了空间。高级交通控制机由引擎板，主机板，底板，路口输入输出模块，异步通讯模块，显示与操作模块，以及电源等七大模块组成。这些模块之间的关系见图1。

其中，引擎板模块由CPU、快闪存储器(FLASH Memory)、静态读写存储器(SRAM)、动态读写存储器(DRAM)、两个各有50个针脚组成的通讯/电流接口、时钟(RTC)以及微处理器的内务管理电路组成。其中CPU的运算能力在常态下不低于120MIPS，FLASH的容量不低于6MB，用于安装控制机的操作系统和固件，SRAM的容量不低于1MB，用以保存非易失性的全局变量，DRAM的容量不低于16MB，为中央处理器的工作存储器。时钟(RTC)的时间可由软件设置，设计要求其30天运行误差不超过0.1分钟。引擎板物理设计大小为12.7cm长10cm宽。图2为引擎板模块的示意图。

引擎板模块定义了七个串行通讯端口，分别命名为SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6和SP8。其中SP1、SP2和SP8是三个通用端口，SP4和SP6用于显示与操作模块，SP3和SP5是用于与路口硬件设备通讯的输入输出端口。SP1、SP2、SP3的针脚定义为：

针号	功能定义	缩写
			1	发送数据	TXD
2	接收数据	RXD
			3	请求发送	RTS
4	清除发送	CTS
			5	数据载波检测	CD

6	内部时钟发送	TXC_INT
			7	外部时钟发送	TXC_EXT
8	接收时钟	RXC_EXT

SP4和SP6的针脚定义为：

针号	功能定义	缩写
			1	发送数据	TXD
2	接收数据	RXD

SP5的针脚定义为：

针号	功能定义	缩写
			1	发送数据	TXD
2	接收数据	RXD
			3	内部时钟发送	TXC_INT
4	接收时钟	RXC_EXT

SP8的针脚定义为：

6	内部时钟发送	TXC_INT
			7	接收时钟	RXC_EXT

引擎板模块还定义了两个以太网通讯端口(ENET1，ENET2)，一个USB接口，以及一个串行外围接口(PSI)。串行外围接口用于支持数据锁的操作。

引擎板有两个通讯/电流接口，命名为P1和P2，分别位于印刷电路板的两侧。每个接口分别有排成两列的25个针脚。这些接口的引出脚的信号定义是：

引擎板模块通过P2中的第29、30和31针脚分别接收电源线同步信号(LINESYNC)、脱电信号(POWERDOWN)和加电信号(POWERUP)。电源线同步信号是电源模块产生的频率为50Hz的矩形波，控制机CPU里的操作系统以此作为时间基准。脱电信号(POWERDOWN)和加电信号(POWERUP)是电源模块产生的两个逻辑级输入信号，分别都以“高(HIGH)”与“低(LOW)”两种状态值表示。在控制机冷启动后以及处于正常供电状况时，脱电信号和加电信号都处于“高”值状态。脱电信号由“高”到“低”的转变为引擎板提供断电警讯。如果加电信号的状态值由“高”转“低”，而且脱电信号也处于低值，说明控制机供电已经中断，控制机的软件操作也随之中止。

外界可以通过主板上的Ethernet端口对CPU进行访问。CPU与物理接口收发器(PHY)连接，该收发器把串行信号转变为Ethernet信号，同时也把Ethernet信号转变回串行通讯信号。主机板的前板安装4个LED指示灯，这些LED指示灯由PHY控制以显示Ethernet数据交换状态。

引擎板模块的快闪存储器安装控制机的操作系统Linux和交通信号控制机的控制程序MaxGreen1.0。控制机冷启动以后，将自动启动操作系统和MaxGreen1.0。

主板为控制机底板的通讯接口和引擎板的接口之间提供路径桥梁。主板模块的原理见图3。

主板的前板除了安有USB、数据锁、Ethernet接口外，还有一个RS485串行通信接口，用于和外界进行数据交换。根据ATC标准，此接口命名为C13S。C13S接口与引擎板的SP8端口交换信息。C13S接口的输入线连接一个电阻电路来形成输入阻抗，保护RS485电路。在C12S和SP8之间安装RS485-TTL转换器，实现TTL逻辑信号与RS485信号之间的转换。同样，在底板的通讯接口与引擎板的其他串行端口之间也安装RS485-TTL转换器和输入阻抗电路。

数据锁里存储以下信息：(1)数据锁类别；(2)纬度；(3)经度；(4)控制机ID；(5)控制机IP；(6)子网掩码(subnet mask)；(7)默认网关(default gateway)。

电源模块产生的LINESYNC、POWERDOWN和POWERUP信号经由主板向CPU提供系统电源和时钟信息。CPU向底板和控制机其他模块发送CPU_ACTIVE和CPU_RESET信号。

底板连接引擎板和控制机其他所有模块，为控制机各模块提供电源和串行通讯通道。底板有6个接口，分别命名为A1、A2、A3、A4、A5和FP。各接口由总线相连。A1到A5每个接口都有96个接点，分3列排列。图4为底板设计示意图。按国际标准，每个接口中接点的信号定义如下表：

针号	A列	B列	C列
				1	SP1TXD+	SP6TXD+	SP5TXD+
2	SP1TXD-	SP6TXD-	SP5TXD-
				3	SP1RXD+	SP6RXD+	SP5TXC+
4	SP1RXD-	SP6RXD-	SP5TXC-

5	SP1RTS+	SP1TXCO+	SP5RXD+
				6	SP1RTS-	SP1TXCO-	SP5RXD-
7	SP1CTS+	SP1TXCI+	SP5RXC+
				8	SP1CTS-	SP1TXCI-	SP5RXC-
9	SP1DCD+	SP1RXC+	SP3TXD+
				10	SP1DCD-	SP1RXC-	SP3TXD-
11	SP2TXD+	SP4TXD+	SP3RXD+
				12	SP2TXD-	SP4TXD-	SP3RXD-
13	SP2RXD+	SP4RXD+	SP3RTS+
				14	SP2RXD-	SP4RXD-	SP3RTS-
15	SP2RTS+	SP2TXCO+	SP3CTS+
				16	SP2RTS-	SP2TXCO-	SP3CTS-
17	SP2CTS+	SP2TXCI+	SP3DCD+
				18	SP2CTS-	SP2TXCI-	SP3DCD-
19	SP2DCD+	SP2RXC+	SP3TXCO+
				20	SP2DCD-	SP2RXC-	SP3TXCO-
21	DCG#1	NA	SP3TXCI+
				22	NETWK1	NA	SP3TXCI-
23	NETWK2	NA	SP3RXC+
				24	NA	LINESYNC	SP3RXC-
25	NETWK3	POWERUP	CPURESET

26	NETWK4	POWERDN	FPLED
				27	DCG#1	DCG#1	DCG#1
28	+12SER	-12SER	+5STDBY
				29	+5VDC	+5VDC	+5VDC
30	DCG#1	DCG#1	DCG#1
				31	+12VDC	+12VDC	+12VDC
32	DCG#2	DCG#2	DCG#2

底板的A5接口连接控制机主板，A4接口连接路口输入输出模块，A3接口连接通讯模块，A1和A2接口为保留接口，供未来功能扩充所用。FP接口连接控制机的显示与操作模块。

控制机电源模块的设计满足两个方面的功能要求：一是产生供应各模块的各种直流电源，二是产生电流检测的各种逻辑信号。

电源模块接入电压220伏频率50Hz的交流电源，经过交流-直流转换器和一个大容量电容器，产生+12V、-12V、+5V和+12V隔离性电源等四种直流电源。电源模块并对+5V输出电源进行检测，如果检测到输出电压过低，则适当提高输出电流的电压，使得输出电源电压稳定在合适的范围。另外，电源模块通过一个大容量电容器产生一个+5V的备用电源(+5Vstandby)，它能在断电的情况下对引擎板的时钟RTC和SRAM继续供电。

电源模块设有微处理器(Microprocessor)对交流电源的电压进行监测和处理，并产生5种逻辑输出，即线路同步信号(LINESYNC)、脱电信号(POWERDOWN)、加电信号(POWERUP)、交流电断电信号(ACFAIL)和系统重设信号(SYSRESET)。如果交流电源的电压低于160V，且持续时间超过50毫秒，POWERDOWN的状态值由“高”转“低”。如果POWERDOWN处于“低”值的时间超过0.5秒，那么POWERUP的值由“高”转“低”，这时CPU将中止所有软件运行。POWERDOWN和POWERUP为控制机提供了双重的供电预警系统。ACFAIL和SYSRESET分别相当于POWERDOWN和POWERUP的备份，这两个逻辑信号是预留为将来系统功能扩充后的VME模块所使用。

异步通讯模块为控制机提供两个串行通讯通道，分别命名为C21S和C22S。这两个通讯通道都具有完全“握手(handshaking)”功能。图5为异步通讯模块的设计示意图。

异步通讯模块经由底板的SP1和SP2端口与CPU进行数据交换。SP1和SP2连接RS485/TTL转换器，将串行信号变为TTL逻辑信号，再经过光电隔离器将信号送过隔离层，然后再由另一个RS485/TTL转换器将TTL逻辑信号转变为串行信号。

显示与操作模块包括一个液晶显示板，两个键盘输入板，一个微处理器，一个串行通讯接口以及一个显示CPU运行状态的LED指示灯。显示和操作模块通过带状电缆与底板相连。底板的SP6端口为本模块的液晶显示板提供数据源，同时也是键盘数据和命令输入的通道。显示与操作模块的硬件布置见图6。

显示与操作模块中其中一个键盘含有16键，用以录入十六进制数字(字母)。另一个键盘拥有12键，用于光标控制和命令符号键入。当微处理器探测到压键时，相关的键控代码传输到SP6端口的RXD信号接点。键盘输入两个键盘的键控代码设定为：

显示模块由LCD、后照灯以及一个控制对比度的电位器组成。LCD的大小可以显示4行字符串，每行至少可显示20个汉字。

前板的LED指示灯与引擎板的CPU_ACTIVE信号接点相连，以显示控制机CPU的工作状态。

前板的串行通讯接口(命名为C50S)为CPU与外部的电脑提供通讯通道。C50S接口的数据来源是SP4端口。带状电缆中的SP4端口接入一个RS485-TTL转换器，将串行信号转变为TTL逻辑信号。然后对信号进行光电隔离，在信号通过隔离层后，再由一个RS232-TTL转换器将逻辑信号转变回串行信号。由于SP4端口只有两个针脚(即发送数据和接受数据)，C50S接口不具有“握手”功能。

控制机的路口输入输出模块中设有两个并行通讯接口(称为C11S接口和C1S接口)和一个串行通讯接口(称为C12S接口)。C11S，C1S和C12S为控制机提供了访问控制柜的输入输出信号的通道。C1S接口兼容332和336型控制柜的输入输出硬件设施，C1S接口兼容美国NEMA系列控制柜硬设。C12S用于连接冲突信号检测设备(即CMU)。参照国际2070型高级交通控制机标准，C1S接口设有107个输入输出接点，C11S接口设有37个接点，C12S设有25个接点。图7显示它们在模块前板上的位置。图8描述三个接点各自的针脚定义。

图9显示路口输入输出模块的信息流程。底板的SP3和SP5串行端口是C12S接口的数据来源。SP3和SP5分别连接一个RS485/TTL转换器把串行信息转变为TTL逻辑信号，经过光电隔离后再由另一个RS485/TTL将TTL逻辑信号转回到RS485信号输出到C12S接口。除了传送SP3和SP5端口的数据外，C12S还输出以下三个逻辑信号：系统重启(NRESET)信号、电源线同步信号(LINESYNC)和脱电信号(POWERDOWN)。

并行通讯接口C11S和C1S经由互连线路连接输入信号调节器(InputConditioner)该调节器将24V的输入逻辑信号转换为5V的逻辑信号后，传送至输入信号缓冲寄存器。输入输出模块设有一个数字信号处理器(DSP)对输入信息寄存器和输出信息寄存器进行控制管理。数字信号处理器负责对输入信号的扫描，过滤，并将过滤后的信号存入一个双端口存储器。数字信号处理器同时负责将输出信号送入到输出信号寄存器。

并行通讯接口C11S和C1S的输出信号的来源是引擎板的串口通讯端口SP5。此模块设有一个微处理器(Microcontroller)，微处理器通过SP5端口与引擎板的CPU交换数据。微处理器从CPU取得路口灯号状态数据，存入该模块的存储器，同时将存储器中的路口车辆和行人的监测输入数据送到CPU。

双端口存储器有两条总线，分别与该模块中的微处理器和数字信号处理器相接。微处理器和数字信号处理器可以直接交换数据。微处理器向数字信号处理器传送电源线同步信号LINESYNC和其他控制信号。

本发明中采用的中央控制管理系统是一套有窗视界面的软件。为了与信号控制机交换数据，中央控制管理软件的程序中建有UDP客户。

中央控制管理软件依据NTCIP标准建立以下参数表：车辆感应器表(Vehicle Detector)，相位表(Phase)，相序表(Sequence)，相位分割表(Split)，控制模式表(Pattern)，相位组控制表(Phase GroupControl)，时间调度表(Time-Based Schedule)，当日配时计划表(DayPlan)等表格。另外，建立与区间控制有关的参数表：信号控制机里另外储存了区间控制计划表(Interval Plan)，区间分割表(IntervalSplit)，和区间控制模式表(Interval Pattern)。

在中央控制管理系统可以管理一个信号控制机之前，必须要对该信号控制机进行注册。注册时必须输入交通路口的名称，控制机的IP和通讯端口。中心管理系统可以对控制机进行分类。对那些需要进行协调控制的控制机归为同一类。

中央控制管理系统每隔一定时间自动检查与各个信号控制机之间的通讯状态，并把检查结果以图示直观表现在界面上。如果通讯能顺利建立，用绿色圆圈表示，如果通讯能不能建立起来，则用黑色圆圈表示。

中央控制管理系统的用户界面上显示当前注册的所有信号控制机的目录。操作人员通过点击目录中的路口名称，调用相应的信号控制机的各参数值。如果信号控制机设定为区间控制，则显示有关区间控制的参数表格，如果信号控制机设定为相位控制，则显示有关相位控制的参数表格。

中央控制管理系统允许操作人员修改相位表，如增加相位，删减相位，修改相位参数值，并下载到交通信号控制机。在下载前系统自行对参数值进行查误。

中央控制管理系统允许操作人员修改相序表，如增加相序，删减相序，修改相序参数值，并下载到交通信号控制机。在下载前系统自行对参数值进行查误。相序中的相位序数必须与相位表里的相位序数一致。

中央控制管理系统允许操作人员修改相位分割表，如增加相位分割，删减相位分割，修改相位分割参数值，并下载到交通信号控制机。在下载前系统自行对参数值进行查误。

中央控制管理系统允许操作人员修改控制模式表，如增加控制模式，删减控制模式，修改控制模式参数值，并下载到交通信号控制机。在下载前系统自行对参数值进行查误。

中央控制管理系统允许操作人员修改车辆感应器表格，如增加车辆感应器，删减车辆感应器，修改车辆感应器参数值，并下载到交通信号控制机。在下载前系统自行对参数值进行查误。

中央控制管理系统允许操作人员修改时间调用表格和当日配时计划表，并可下载到交通信号控制机。时间调用表格供操作人员在不同日期(比如平常工作日，周末休息日，节假日)根据不同的交通形态，选择不同的配时计划。当日配时计划表则是在同一的日子里，根据不同的时间段选择不同的控制模式。

中央控制管理系统允许操作人员通过指定协调控制参数和中央控制参数，通过与信号控制机之间的通讯对其进行操作。

中央控制管理系统通过UDP/IP实时提取信号控制机的各相位的灯号状态和周期状态。并以图示直观显示在界面上。提取的时间间隔为一秒。

中心管理系统可以同时向多个信号控制机发送系统周期时间基点信息，以协调它们的相位差。

Claims

1.一种基于通用通讯标准的交通信号控制系统，由车辆行人感应器、信号控制机、路口信号灯以及中央控制服务器组成，其特征在于：车辆行人感应器通过信号线与信号控制机连接，信号控制机通过控制线与路口信号灯连接，中央控制器通过通讯网络与信号控制机连接，信号控制机由引擎板、主机板、底板、路口输入输出模块、异步通讯模块、显示与操作模块和电源模块构成，引擎板与主机板连接，主机板、路口输入输出模块和异步通讯模块与底板连接，显示与操作模块与底板连接，电源模块与底板连接，引擎板由微处理器、快闪存储器、静态读写存储器、动态读写存储器、两个通讯电流接口、时钟以及微处理器的内务管理电路构成，快闪存储器中设置有操作系统和控制程序，快闪存储器中设置有车辆感应器参数表、相位表、相序表、相位分割表、相位控制模式表、相位组控制表、时间调度表、当日配时计划表、区间控制计划表、区间分割表和区间控制模式表，信号控制机通过执行一个相位控制模式或区间控制模式实现信号控制，中央控制服务器中设置有中央控制管理程序，中央控制管理软件通过改变信号控制机的系统控制模式的参数实现中央控制，中央控制管理软件通过向信号控制机发送系统周期的时间基点信息实现协调控制，接受协调控制的信号控制机根据相位差和系统周期的时间基点对其信号周期进行协调化，信号控制机的周期协调化通过调整其中的协调相位的绿灯时间来实现，各相位的初始绿灯时间和最大绿灯时间随流量和密度调整，信号控制机与外界之间的数据交换遵循简单网络管理协议和简单交通管理协议。

2.如权利要求1所述的基于通用通讯标准的交通信号控制系统，其特征在于：所述的主机板中设置有通用串行总线接口、数据锁接口、以太网接口和RS485串行通信接口。