CN102938212B - 通信式道路交通信号倒计时显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通信式道路交通信号倒计时显示器，其包括：微控制器、通信模块、恒流驱动模块、故障检测模块和信号倒计时显示面板，所述微控制器连接通信模块，并分别通过所述故障检测模块、恒流驱动模块连接到信号倒计时显示面板，所述通信模块通过一根通信线与信号机连接。本发明的优点是：实施时，只需连接一组通信线通过通信方式就可完全解决信号灯和倒计时器不能实时同步的问题，为大中城市现代交通“变周期”和“自适应”信号机提供了显示方面的技术支撑。

Description

通信式道路交通信号倒计时显示器

技术领域

本发明涉及一种通信式道路交通信号倒计时显示器，属于交通信号控制技术领域。

背景技术

近年来，随着中国经济的发展，城市车辆的数目急剧增加，城市交通拥挤问题成为一个急需解决的问题，城市发展对道路交通的要求越来越高，智能交通系统的研究与开发正是解决这一难题的主要途径之一，目前大中城市现代交通“变周期”和“自适应”信号机大大提高了道路交通的效率。

由于现在的倒计时器只能用于“定周期”交通信号控制，一旦信号灯的配时方案实时变化时，倒计时器依然显示上周期的配时方案，出现信号灯的时间和倒计时显示的时间不能同步。目前倒计时器只有单一的显示功能，没有对显示面板做相应恒流控制，无法应对温度或电源的变化，严重影响倒计时显示器的使用寿命，同时没有对设备进行状态监测，当出现故障时需要人工现场才能发现故障，不能对设备进行及时维修。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种通信式道路交通信号倒计时显示器。本发明利用与信号机的通信，能够根据交通信号灯的周期变化而实时改变倒计时器的显示时间，实现信号灯信号和倒计时器的实时同步显示。

按照本发明提供的技术方案，所述通信式道路交通信号倒计时显示器包括：微控制器、通信模块、恒流驱动模块、故障检测模块和信号倒计时显示面板，所述微控制器连接通信模块，并分别通过所述故障检测模块、恒流驱动模块连接到信号倒计时显示面板，所述通信模块通过一根通信线与信号机连接。

所述通信模块和信号机之间可以采用CAN、RS422、RS485通讯线缆或网线连接。

具体的，所述恒流驱动模块中每路驱动电路连接信号倒计时显示面板的一组LED灯组，所述驱动电路包括：第一三极管基极通过第二电阻连接微控制器的颜色信号输出端，并通过第二电阻和第一电阻连接高电平，第一三极管发射极接地，第一三极管集电极通过第三电阻连接PMOS管栅极，PMOS管栅极还通过第四电阻接+12V电源，PMOS管源极接+12V电源，PMOS管漏极连接LED灯组的颜色控制端；第二三极管基极通过第六电阻连接微控制器的一组LED灯组驱动信号输出端，第二三极管集电极通过第五电阻接高电平，第二三极管发射极串联二极管接地，并连接第三三极管基极，第三三极管集电极连接第八电阻的一端，第八电阻另一端接+12V电源以及LED灯组的驱动信号输入端，第三三极管发射极经过第七电阻接地。

所述故障检测模块采用芯片CD4051，芯片CD4051具有8通道的输入/输出端和一个公共输出/输入端，其中8个通道的输入/输出端分别对应连接信号倒计时显示面板的各个LED灯组，一个通道的连接关系为：第三三极管发射极通过第九电阻连接芯片CD4051的一个输入/输出端采集所述发射极电压值，芯片CD4051的9、10、11三个位选信号脚分别连接微控制器的位选端口，芯片CD4051的公共输出/输入端3脚连接微控制器的模数转换输入脚；芯片CD4051通过所述位选信号选择信号倒计时显示面板的一组LED灯组的电压信号送给微控制器的模数转换输入脚进行故障判断。

所述微控制器将来自故障检测模块的电压信号经过模数转换后与正常工作的特征值比较，判断信号倒计时显示面板的好坏，一旦发现损坏达到设定值停止显示面板异常显示，同时把运行状态和显示面板故障状态实时发送给信号机，实现实时监控。

作为优选，所述第二三极管发射极串联两个二极管接地。所述微控制器采用单片机。所述微控制器连接有一组拨码开关来进行多屏并接。

本发明的优点是：本发明实施时，只需连接一组通信线通过通信方式就可完全解决信号灯和倒计时器不能实时同步的问题，为大中城市现代交通“变周期”和“自适应”信号机提供了显示方面的技术支撑。由于使用恒流驱动显示面板，设备环境适应能力强，延长了设备使用寿命，同时实时进行运行状态和故障状态监控并上传信息给信号机，信号机中心能快速知道设备状态，方便及时发现故障和进行维修。

附图说明

图1是本发明系统结构图。

图2是本发明电路结构框图。

图3是恒流驱动模块中一组LED驱动电路的原理图。

图4是故障检测模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明使用通信线（如RS485串行接口）把信号机和每个倒计时显示器分别连接；如图2所示，本发明的通信式道路交通信号倒计时显示器包括：通信模块、微控制器、拨码开关、恒流驱动模块、故障检测模块、信号倒计时显示面板和电源模块。通信模块与信号机通信并将数据给微控制器，微控制器分别通过所述恒流驱动模块、故障检测模块连接到信号倒计时显示面板。所述信号倒计时显示面板为7段数码显示面板，每个数字为一组LED灯组。

本发明和信号机的通信方式可以使用CAN、RS422、RS485或网络等方式。显示驱动使用了恒流驱动模块，当外界因素导致温度变化或者电源波动时，也能提供恒流驱动，从而延长了倒计时显示器使用寿命。在运行过程中实时检测信号倒计时显示面板（以下简称显示面板）的电流大小，判断显示面板的好坏。

所述拨码开关与微控制器相连，将开关状态送给微控制器作为倒计时显示器的地址和信号显示控制，使用它可以多个倒计时显示器并接和选择不同信号显示。所述微控制器将通信模块中接收到的信息解包，筛选出有效数据，将数据转换为显示信息给恒流驱动模块。所述微控制器接收故障检测模块的电压信号，通过AD转换，快速判断各个LED灯组故障情况，控制整个倒计时显示器的显示效果。所述恒流驱动模块将微控制器送来的显示信息采用三极管放大状态时的恒流特性驱动信号倒计时显示面板的LED灯组。所述故障检测模块采用电压检测思想，将每组LED灯组电流信息通过电压方式分时采集送给微控制器。信号倒计时显示面板显示红、黄、绿三色信号灯时间信息。电源模块给交通信号倒计时显示器供电，保证倒计时显示器持续稳定工作。

本发明的的实时通信利用RS485串行通信主从应答通信模式实现“变周期”和“自适应”方案的实时显示，信号机为主机，采用单片机系统为通信系统实现，交通信号倒计时显示器为从机，也采用单片机为控制核心。在空闲时刻主机发送心跳包、从机应答心跳包，保证通信正常进行，从机中对应通信连接指示灯亮；当出现信号灯变化时，主机发送信号灯颜色和时间信号给从机，从机接收信号根据规定协议做相应处理，处理后将信号灯工作时间显示，给过往车辆和行人提供正确的路口信息，实现了实时的信息显示，当需要多个倒计时显示器同时运行并且显示不同信号灯信息时，可以根据拨码开关的设置给每个倒计时显示器设置不同地址和选择不同信号灯信息。恒流驱动方案主要利用模拟电路实现，显示面板为多个LED灯组，绿、黄、红三色指示灯合为一体的显示模式，其中每种颜色利用MOS管开关特性驱动，每个笔画条利用三极管放大特性驱动LED显示，当电源或者负载突变时，三极管利用其特性控制集电极输出电流不变，达到恒流效果。

所述恒流驱动模块中每路驱动电路连接信号倒计时显示面板的一组LED灯组，如图3所示为一组LED灯组的恒流驱动电路，包括：第一三极管Q15基极通过第二电阻R2连接微控制器的颜色选择信号输出端，并通过第二电阻R2和第一电阻R1连接高电平VCC，第一三极管Q15发射极接地，第一三极管Q15集电极通过第三电阻R3连接PMOS管Q33栅极，PMOS管Q33栅极还通过第四电阻R4接+12V电源，PMOS管Q33源极接+12V电源，PMOS管Q33漏极连接显示面板所有LED灯组的颜色控制端；第二三极管Q8基极通过第六电阻R6连接微控制器的一组LED灯组驱动信号输出端，第二三极管Q8集电极通过第五电阻R5接高电平VCC，第二三极管Q8发射极串联二极管接地GND，并连接第三三极管Q26基极，第三三极管Q26集电极连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8另一端接+12V电源以及LED灯组的驱动信号输入端LED_A，第三三极管Q26发射极经过第七电阻R7接地GND。

为了能够正常驱动信号倒计时显示面板，本发明所述驱动电路的两个输入端与微控制器相连，微控制器发送驱动控制信号；驱动电路的输出端LED_A、GREEN与信号倒计时显示面板相连，其中LED_A连接信号倒计时显示面板的LED灯组A，微控制器输出口GREENDER通过第一三极管Q15（9013）驱动PMOS管Q33（KD3401），使得PMOS管Q33工作于开关状态下，PMOS管Q33的源极控制信号倒计时显面板绿色灯色，微控制器只需要很小的驱动能力就可以控制显示器灯色。微控制器的DRIVER_A输入电平给第二三极管Q8（9013）驱动第三三极管Q26（BD135），使得第三三极管Q26工作在放大状态，驱动LED灯组A，其中第三三极管Q26的基极串联两个二极管接地，保证基极电压为固定值，第三三极管Q26发射极串联第七电阻R7接地，由于三极管Vbe固定，则射极电压Ve值也为固定值，这样只要电阻R7固定，则射极电流Ie固定，根据三极管集电极电流Ic与发射极电流Ie相等保证输出电流固定，当温度和电源变化时，Ic恒定不变，为恒流模式驱动信号倒计时显示面板。当DRIVER_A和GREENDER输入电平均为高，则信号倒计时显示面板中LED灯组A绿色灯亮。其他LED灯组及颜色同理。

如图4所示，所述故障检测模块采用芯片CD4051 U5，芯片CD4051具有8通道的输入/输出端和一个公共输出/输入端，其中8个通道的输入/输出端分别对应连接信号倒计时显示面板的各个LED灯组。以一个通道的连接为例：第三三极管Q26发射极通过第九电阻R9连接芯片CD4051的一个输入/输出端采集所述发射极电压值，芯片CD4051的9、10、11三个位选信号脚分别连接微控制器的位选端口，芯片CD4051的公共输出/输入端3脚连接微控制器的模数转换输入脚。

第三三极管Q26发射极通过第九电阻R9连接芯片CD4051 U5的13脚采集Q26发射极电压值， 9、10、11三个位选信号脚分别连接微控制器的位选端口，3脚输出脚连接微控制器的模数转换输入脚，当信号倒计时显示面板中被检测的LED灯组损坏、12V电源电压变化超过国标允许值、或者温度超出倒计时显示器允许工作范围，此时恒流驱动失效，驱动电流降低或升高，导致第七电阻R7上面压降变化，这样芯片CD4051通过位选信号选择信号倒计时显示面板的此组LED灯组的电压信号送给微控制器的模数转换输入引脚，微控制器经过AD转换后与正常工作的特征值比较，判断显示面板的好坏，一旦发现显示面板损坏达到设定值停止显示面板异常显示，同时把运行状态和显示面板故障状态实时发送给信号机，实现实时监控。

Claims (3)

1. 通信式道路交通信号倒计时显示器，包括微控制器、通信模块和信号倒计时显示面板；所述通信模块通过一根通信线与信号机连接；

其特征是：还包括恒流驱动模块及故障检测模块；所述微控制器连接通信模块，并分别通过所述故障检测模块、恒流驱动模块连接到信号倒计时显示面板；

所述恒流驱动模块中每路驱动电路连接信号倒计时显示面板的一组LED灯组，所述驱动电路包括：第一三极管（Q15）基极通过第二电阻（R2）连接微控制器的颜色信号输出端，并通过第二电阻（R2）和第一电阻（R1）连接高电平（VCC），第一三极管（Q15）发射极接地，第一三极管（Q15）集电极通过第三电阻（R3）连接PMOS管（Q33）栅极，PMOS管（Q33）栅极还通过第四电阻（R4）接+12V电源，PMOS管（Q33）源极接+12V电源，PMOS管（Q33）漏极连接LED灯组的颜色控制端；第二三极管（Q8）基极通过第六电阻（R6）连接微控制器的一组LED灯组驱动信号输出端，第二三极管（Q8）集电极通过第五电阻（R5）接高电平（VCC），第二三极管（Q8）发射极串联二极管接地（GND），并连接第三三极管（Q26）基极，第三三极管（Q26）集电极连接第八电阻（R8）的一端，第八电阻（R8）另一端接+12V电源以及LED灯组的驱动信号输入端，第三三极管（Q26）发射极经过第七电阻（R7）接地（GND）；

所述故障检测模块采用芯片CD4051(U5)，芯片CD4051(U5)具有8通道的输入/输出端和一个公共输出/输入端，其中8个通道的输入/输出端分别对应连接信号倒计时显示面板的各个LED灯组，一个通道的连接关系为：第三三极管（Q26）发射极通过第九电阻（R9）连接芯片CD4051(U5)的一个输入/输出端采集所述发射极电压值，芯片CD4051(U5)的9、10、11三个位选信号脚分别连接微控制器的位选端口，芯片CD4051(U5)的公共输出/输入端3脚连接微控制器的模数转换输入脚；芯片CD4051(U5)通过所述位选信号选择信号倒计时显示面板的一组LED灯组的电压信号送给微控制器的模数转换输入脚进行故障判断；

所述微控制器将来自故障检测模块的电压信号经过模数转换后与正常工作的特征值比较，判断信号倒计时显示面板的好坏，一旦发现损坏达到设定值停止显示面板异常显示，同时把运行状态和显示面板故障状态实时发送给信号机，实现实时监控。

2.如权利要求1所述通信式道路交通信号倒计时显示器，其特征是，所述第二三极管（Q8）发射极串联两个二极管接地（GND）。

3.如权利要求1所述通信式道路交通信号倒计时显示器，其特征是，所述微控制器采用单片机。