CN103440775B - 一种自由组合式信号灯装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自由组合式信号灯装置及其控制方法。现有引导交通用信号灯装置均为预制件，不能根据实际情况变换图案。本发明包括若干柱状灯体和无线遥控器，灯体一端有LED阵列，另一端有连接部，LED阵列和连接部间装有控制LED阵列的控制系统，控制系统包括主控制模块、无线模块、身份识别模块、同步控制模块、驱动模块，其中无线模块、身份识别模块、同步控制模块、驱动模块均受主控制模块控制，LED阵列和控制系统均由电源模块供电，主控制模块通过驱动模块控制LED阵列。灯体利用连接部固定在待安装位置，并根据需要将多个灯体排列成需要显示的交通指示图案，对过往司机起警示作用，携带、使用简便。

Description

一种自由组合式信号灯装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种交通信号设备，具体涉及一种信号灯装置及其控制方法。

背景技术

现场引导用交通指示灯具常应用于道路交通工程，通过在交通指示灯具上显示的交通引导信息来指挥交通，并对过往车辆提供预警。这类交通指示灯具通常为预制件，其上通过多个灯珠显示预设的交通信息图案。这种交通指示灯具存在一下缺陷：1、通常人们会根据要警示的内容来确定不同的交通信息图案，而现有的交通指示灯为预制件，其上图案固定，这就需要预先准备并携带多个可能用到的交通信息图案，既造成携带不便，还提高制作成本；2、现有交通指示灯的图案由固定在显示板上的灯珠发光形成，灯珠固接在显示板上，当灯珠因故障而不发光时，造成预设图案显示不完整，提供给司机的警示信息不清晰，容易引发交通事故，且故障灯珠不易更换，灯具淘汰率高，提高了使用成本。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种显示图案任意排布的自由组合式信号灯装置及其控制方式，本发明的进一步目的是提供一种携带方便自由组合式信号灯装置。

本发明通过以下方式实现：一种自由组合式信号灯装置，包括若干灯体，所述信号灯装置还包括控制灯体的无线遥控器，所述灯体为柱状，其一端设有LED阵列，另一端设有连接部，所述LED阵列和连接部间装有一控制LED阵列的控制系统，所述控制系统包括主控制模块、用于无线组网的无线模块、身份识别模块、用于同步信号获取和时间校准的同步控制模块、驱动模块，所述无线模块、身份识别模块、同步控制模块、驱动模块均受所述主控制模块控制，所述LED阵列和控制系统均由一电源模块供电，所述主控制模块通过所述驱动模块控制LED阵列。灯体利用其上的连接部固定在待安装位置，并根据需要将多个灯体排列成需要显示的交通指示图案，对过往司机起警示作用，携带方便且使用简便，无需配置多种预制交通指示灯具；遥控器通过无线模块控制主控制模块，主控制模块通过驱动模块来控制LED阵列，实现灯体发光；身份识别系统用于标示灯体间相对位置，同步模块用于同步各灯体时间，使得各灯体动作统一。

作为优选，所述电源模块包括一充电电池、一充放电保护电路以及一防逆流充电接口，所述充电接口安装在所述连接部上开设的预留孔中。电源模块具有对LED阵列和控制系统供电的功能，充电电池用于存储电能，确保信号灯装置可以重复使用。

作为优选，所述灯体靠近LED阵列一端的壳体上装有一光感应器，通过与所述主控制模块连接的光感应器感应周边环境光线来控制LED阵列发光强度。主控制模块通过光感应器感知周边环境光线强弱，并以此为依据控制LED阵列的发光强度，在确保司机能见度的情况下，有效节省自带电能，提高单次使用时长。

作为优选，每个所述灯体内部的身份识别模块内存储有唯一识别码。通过无线模块发送带有唯一识别码的数据来标示每个灯体所处位置，并以此为依据控制灯体开关顺序，实现同步、顺序开关。

作为优选，所述连接部为磁钢。灯体通过磁钢吸附固定在铁板上，既方便使用，还能根据不同需求摆出不同图案。

作为优选，所述连接部为吸盘。灯体通过吸盘吸附固定在任意材质的平面上，既方便使用，还能根据不同需求摆出不同图案。

作为优选，所述灯体为圆柱状，所述LED阵列与灯体连接处设有防水密封胶。圆柱状的灯体一侧的LED阵列呈圆形，方便摆放，无需考虑灯体的摆放方向；在LED阵列与灯体连接处设防水密封胶，有效提高灯体在室外的防水能力，以满足在外场严酷环境下使用的要求，并且也便于在回收以后对其进行清洗。

一种自由组合式信号灯装置的控制方法：首先将若干灯体在预设区域内排列成各式图案；其后，预设区域内各灯体的无线模块与遥控器组网连接，遥控器通过与无线模块连接的主控制模块控制各灯体开关状态；再后，各灯体通过与主控制模块连接的同步控制模块实现网内灯体时间的校对，并利用与主控制模块连接的身份识别模块标示各自方位；最后，受主控制模块控制的驱动模块将电源模块与LED阵列连通，实现各灯体的LED阵列规律开关。各灯体受遥控器开关，在开启时，同步完成各灯体间时间校对和方位标示工作，并使得各LED灯体按一定规律开关，以起到警示和提醒过路司机的作用。

作为优选，各所述身份识别模块内存储有唯一识别码，各灯体间根据所述识别码确定一个用于发出时间标识的同步控制模块，其余各灯体的同步控制模块通过无线模块接收所述时间标识并以此为标准进行时间校对。身份识别模块内存储的唯一识别码有利于区分各灯体，各灯体间通过相互辨认识别码数值大小来确定一个用于发出时间标示的主灯体，其余的从属灯体通过接收来自主灯体的时间标示信号来调整时间，以达到各灯体间时间同步的目的；在操作中，主灯体可以由识别码数值具有最大值或最小值的灯体担任。

本发明的有益效果：灯体利用其上的连接部固定在待安装位置，并根据需要将多个灯体排列成需要显示的交通指示图案，对过往司机起警示作用，携带方便且使用简便，无需配置多种预制交通指示灯具，使用灵活多变；在使用时，被遥控器控制的各灯体能自动完成时间校对、方位标示等工作，并实现各灯体规律开关，操作简便，警示效果明显；灯体的控制方法中，通过无线模块实现组网，并自动进行时间标识校对完成同步控制的准备动作，使得整组灯体规律开关，为司机提供醒目的警示标示。

附图说明

图1 为灯体结构示意图；

图2 为灯体显示左转标志状态示意图；

图3 为灯体显示另一左转标志状态示意图；

图4 为灯体显示禁停标志状态示意图；

图中：1、灯体，2、LED阵列，3、连接部，4、主控制模块，5、无线模块，6、身份识别模块，7、同步控制模块，8、驱动模块，9、电源模块，10、充电接口，11、光感应器，12、显示板。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明的实质性特点作进一步的说明。

如图1所示的一种自由组合式信号灯装置，包括若干灯体1和控制灯体1的无线遥控器，所述灯体1为柱状，其一端设有LED阵列2，另一端设有连接部3，所述LED阵列2和连接部3间装有一控制LED阵列2的控制系统，所述控制系统包括主控制模块4、用于无线组网的无线模块5、身份识别模块6、用于同步信号获取和时间校准的同步控制模块7、驱动模块8，所述无线模块5、身份识别模块6、同步控制模块7、驱动模块8均受所述主控制模块4控制，所述LED阵列2和控制系统均由一电源模块9供电，所述主控制模块4通过所述驱动模块8控制LED阵列2；所述电源模块9包括一充电电池、一充放电保护电路以及一防逆流充电接口10，所述充电接口10安装在所述连接部3上开设的预留孔中；所述灯体1靠近LED阵列2一端的壳体上装有一光感应器11，通过与所述主控制模块4连接的光感应器11感应周边环境光线来控制LED阵列2发光强度；每个所述灯体1内部的身份识别模块6内存储有唯一识别码；所述连接部3为磁钢；所述连接部3为吸盘；所述灯体1为圆柱状，所述LED阵列2与灯体1连接处设有防水密封胶。

在实际操作中，本发明通过以下步骤实现开启：首先将若干灯体1在预设区域内排列成各式图案；其后，预设区域内各灯体1的无线模块5与遥控器组网连接，遥控器通过与无线模块5连接的主控制模块4控制各灯体1开关状态；再后，各灯体1通过与主控制模块4连接的同步控制模块7实现网内灯体1时间的校对，并利用与主控制模块4连接的身份识别模块6标示各自方位；最后，受主控制模块4控制的驱动模块8将电源模块9与LED阵列2连通，实现各灯体1的LED阵列规律开关。其中，各所述身份识别模块6内存储有唯一识别码，各灯体1间根据所述识别码确定一个用于发出时间标识的同步控制模块7，其余各灯体的同步控制模块7通过无线模块5接收所述时间标识并以此为标准进行时间校对。

在实际使用中，若干灯体1组成灯体1群组并固定在显示板12上，各灯体1间使用无线组网技实现相互组网运行，每个灯体1的身份识别模块6内存有唯一的识别码，识别码包括地址码或逻辑编号，该地址码或逻辑编号为预先写入或定义的信息。方式一，预先设定一个灯体1为主灯体，其它的灯体1为从属灯体，当装置受遥控器控制并开启时，主灯体自动执行时间标识功能。在进行时间标识功能时，主灯体的无线模块5发出时间标识信号，在其信号覆盖的范围内的从属灯体接收无线信号，使得从属灯体与主灯体时间标识一致，实现从属灯体与主灯体间时间同步，方便各灯体1同步动作。方式二，当没有设置主灯体时，默认采用灯体1群组内部最小逻辑编码作为主灯体，最小值编码其级别最高，具体过程为：各灯体1处于待命状态，当收到遥控器的启动指令以后，首先按照遥控器的控制指令执行功能性初始化，然后执行级别确认，如果确认本机序列号最小（权限最高）则发出时间标识信号，进行时间标识功能；如果确认序列号不是最小（权限非最高）则进入等待时间标识阶段，当超过预定等待时间仍然没有收到时间标识信号时，则表明最小编码的设备不能发送时间标识，该时间标识由仅次于最小编码的第二位开始发送，并以此类推，完成时间标识功能。当遥控器发出关闭信号时，电路回到待命状态。

在实际使用时，各模块优选以下方式实现：

1、电源模块9：其内包含了充电管理和放电管理电路，充电管理主要任务是防止过充导致内置镍氢电池损坏，内置充电电池采用2节AAA镍氢电池，充电管理电路负责监控充电电压不高于镍氢电池最高上限，放电管理主要负责过不要产生过放电现象；

2、无线模块5：本模块采用TI的CC1101作为核心模块，使用2.4G或433兆无线载频，使用数字无线组网方式，采用自定义的无线通讯协议来实现离散配置的灯体1间组网通讯，主要通讯内容有：主控制设备的确立、时间标识的创建及管理、群组管理、参数设置、功能执行、上位通讯及执行指令的发布；

驱动模块8模块：驱动模块8主要是负责对LED进行驱动，由于是电池供电，首先需要实现的是省电功能，通过驱动模块8对多个LED实现分时点亮，同时在点亮周期内通过脉冲宽度调整实现亮度控制；

3、LED阵列2：优选由多个LED组成一个阵列，实际应用中可以根据实际情况而调整，由于不同LED的工作电压不相同，所以在组成各种不同颜色的阵列时，驱动模块8的组合方式也不一样，例如使用白色时，由于LED的工作电压接近3V，此时阵列中的某一个点是由一个LED组成，当使用黄色时，其工作电压约2V，则可以选择单管降压驱动或双管串联的升压驱动方式；

4、同步控制模块7：同步控制是由逻辑单元组成，其主要功能全部基于高精度的内置时钟，所以同步控制方法是创建内部高精度时钟，其控制模式有主从之分，当灯体1作为主灯体时，主控制模块4基于内部时钟定期发出时间标识；从属灯体接收到该时间标识以后则根据二次时间标识与本地时钟之间的差值可以换算出本地时钟与时钟的误差值并据此进行误差修正，该修正在设备运行期间一直持续进行，修正间隔视误差大小可以设定，一般情况下每一小时修正一次，这可使本地时钟与主灯体之间的时钟误差逐步减少并使之符合整体系统时钟精度要求，同步精度要求视应用功能而定，基本误差需控制在±17毫秒以内；

5、主控制模块4：主控制电路由ARM单片机组成，采用高精度晶振；

在具体操作中，每个灯体1上安装光感应器11，且安装在靠近LED阵列2一侧，便于收集外部环境光线信息，该光感应器11受主控制模块4管理，在灯体1点亮前及点亮过程中实测环境亮度，并使得LED阵列2光强与外部环境光强保持定差，且增减亮度过程通过延时来实现平缓变化。

在具体操作中，多个灯体可以摆放成任意图案，均应视为本发明的具体实施例。例如：由12个灯体摆放成左转指示标志（如图2所示），由14个灯体摆放成左转指示标志（如图3所示），由9个灯体摆放成禁停指示标志（如图4所示）。

在具体操作中，无线模块5的覆盖半径将控制在20米之内，一个灯体1群组的灯体1在此范围内可根据需要吸附在铁质底板上组成任意图形。

在具体操作中，所述LED阵列2与灯体1连接处设有防水密封胶，灯体1采用密封防护方式，灯体1防护等级符合IP67要求，以满足在外场严酷环境下使用的要求，并且也便于在回收以后对其进行清洗。

在具体操作中，当较长时间应用于户外固定标识时，可以在灯体1的充电接口10上插接带太阳能电池板的插头，实现太阳能供电。

在具体操作中，灯体1的底部磁铁中心开有预留孔，预留孔用于安装充电接口10，该充电插座配有密封用橡胶盖；优选方案，充电器安装在专门对应的包装箱内，当灯体1需要充电时，将灯体1放入包装箱中，此时充电接口10与内置在包装箱中的充电器对接，实现充电，充电器也可以是独立设置，上述方案均应视为本发明的具体实施例。

为了实现各灯体规律开关，有选以下实施例。

实施例一

同步点亮：假设以6～12个随机组态的灯体1作为一个群组，使用遥控器发出一组包括固定数量及时间间隔的短间隔等工作模式信息的开启信号，理论上每一个灯体1均会收到这组开启信号中的一个或数个信号，各灯体1在等待超过固定间隔时间后以收到的最后一个动作信号作为当前执行信号，此时各灯体1将检测自身编码，确定主灯体并发出时间标识，群组内全部灯体1均按照这个时间标识信号作为同步校准，校准方式是从属灯体将时间标识与内部时钟进行比对，时间标识与内部时钟的差值就是同步误差，通过程序予以补偿，此时每一个灯体1相互之间的内部时钟是同步的，当需要按照每分钟60次闪烁频率且占空比为1：1工作时，只需要在每一个秒脉冲上升沿点亮，下降沿熄灭即可获得同步闪烁的效果，如果必要可在主灯体发出时间标识信号时加入奇数和偶数标识，此标识加入以后便可够获得大于1秒的同步定位。

实施例二

流水点亮：指群组内灯体1按循环顺序点亮，其工作方式是在获得基准时间以后，为便于计算，根据同步起点设置一个统一的整数延时，其延时时间应恰好能够满足循环周期需要，例如10个灯体1进行循环时，每个增加延时1秒，以10秒作为一个循环即可实现流水闪烁。

Claims (2)

1.一种自由组合式信号灯装置的控制方法，包括若干灯体（1），所述信号灯装置还包括控制灯体（1）的无线遥控器，所述灯体（1）为柱状，其一端设有LED阵列（2），另一端设有连接部（3），所述LED阵列（2）和连接部（3）间装有一控制LED阵列（2）的控制系统，所述控制系统包括主控制模块（4）、用于无线组网的无线模块（5）、身份识别模块（6）、用于同步信号获取和时间校准的同步控制模块（7）、驱动模块（8），所述无线模块（5）、身份识别模块（6）、同步控制模块（7）、驱动模块（8）均受所述主控制模块（4）控制，所述LED阵列（2）和控制系统均由一电源模块（9）供电，所述主控制模块（4）通过所述驱动模块控制LED阵列（2），每个所述灯体（1）内部的身份识别模块（6）内存储有唯一识别码，其特征在于：首先将若干灯体（1）在预设区域内排列成各式图案；其后，预设区域内各灯体（1）的无线模块（5）与遥控器组网连接，遥控器通过与无线模块（5）连接的主控制模块（4）控制各灯体（1）开关状态；再后，各灯体（1）通过与主控制模块（4）连接的同步控制模块（7）实现网内灯体（1）时间的校对，并利用与主控制模块（4）连接的身份识别模块（6）标示各自方位；最后，受主控制模块（4）控制的驱动模块（8）将电源模块（9）与LED阵列（2）连通，实现各灯体（1）的LED阵列规律开关。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于各所述身份识别模块（6）内存储有唯一识别码，各灯体（1）间根据所述识别码确定一个用于发出时间标识的同步控制模块（7），其余各灯体的同步控制模块（7）通过无线模块（5）接收所述时间标识并以此为标准进行时间校对。