CN106991825A - 基于can总线控制的信号灯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线控制的信号灯系统，包括信号灯管理主机、环境传感器、信号灯控制单元、电源系统和信号灯组显示模块，信号灯管理主机通过CAN总线将信号灯控制方案下发到各信号灯控制单元，对信号灯组显示模块进行控制，信号灯控制单元实时采集信号灯组显示模块的状态并通过CAN总线上发到信号灯管理主机，环境传感器采集光照环境参数并通过CAN总线传送到信号灯控制单元，信号灯控制单元对信号灯组显示模块的亮度进行PWM控制。本发明信号灯在满足当前交通信号灯需求的同时还能提供更完善的扩展需求，满足各种新增的指示需求，能简化信号灯安装和调试的难度，降低施工成本和维护成本，提高整个交通信号灯的可靠性。

Description

基于CAN总线控制的信号灯系统

技术领域

本发明涉及智能交通技术和控制领域，特别涉及一种基于CAN总线控制的信号灯系统。

背景技术

在人们的出行中，交通信号灯具有简单明了、指示状态通俗易懂的特点，所以其作为一个重要的道路信号指示设备，在保证道路正常秩序和通行安全中发挥着巨大的作用。随着电子技术的飞速发展，很多高可靠通讯技术、自动化检测和控制技术手段都可以用于提高交通信号灯的可靠性和智能化水平。现有交通信号控制机基本上都是集中控制，信号控制机和信号灯之间都是采用220V电压进行控制，每个灯组和信号控制机之间都需要大量的线缆，所以无论是安装、施工布线都非常复杂，需要大量的线缆，工程量较大，施工难度高、施工对周边设施影响较大，工程费用高，而且维护难度很大，系统可靠性较低。

另外，在路口控制方案确定施工完成之后，管道布线就已经完成，基本上无法再进行简单的添加线缆，所以在实际后续运行中就无法进行扩展，比如需要添加一个箭头方向指示功能或者添加倒计时模块等将会非常麻烦，需要重新拉线，大大增加了施工难度和施工成本；当线路出现问题时，由于线路复杂，也很难很快进行定位和解决。

由于大部分信号灯都是采用220V电压进行直接控制，所以经常容易出现因为线路问题烧保险丝的情况需要频繁维护，而且由于信号灯的亮度是固定的，不能根据环境对亮度进行调整，无法做到节省电能的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种信号灯在满足当前交通信号灯需求的同时还能提供更完善的扩展需求，满足各种新增的指示需求，能简化信号灯安装和调试的难度，降低施工成本和维护成本，提高整个交通信号灯的可靠性的基于CAN总线控制的信号灯系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于CAN总线控制的信号灯系统，包括信号灯管理主机、环境传感器、至少一个信号灯控制单元、电源系统和信号灯组显示模块，所述信号灯管理主机通过CAN总线将信号灯控制方案下发到各个信号灯控制单元，所述信号灯控制单元收到所述信号灯控制方案后对其进行解析，并按照所述信号灯控制方案的要求对所述信号灯组显示模块进行控制，所述信号灯控制单元实时采集所述信号灯组显示模块的状态，并将所述信号灯组显示模块的状态通过所述CAN总线上发到所述信号灯管理主机，完成对所述信号灯组显示模块的状态的监控，所述环境传感器采集光照环境参数并将其通过所述CAN总线传送到所述信号灯控制单元，所述信号灯控制单元根据所述光照环境参数对所述信号灯组显示模块的亮度进行PWM控制，所述电源系统分别与所述信号灯控制单元和信号灯组显示模块连接、用于供电。

在本发明所述的基于CAN总线控制的信号灯系统中，所述电源系统包括交流供电电源、蓄电池、电源转换模块和电源防护电路，所述交流供电电源通过所述电源防护电路与所述电源转换模块连接，所述蓄电池与所述电源转换模块连接；所述信号灯控制单元包括主控MCU、监控MCU、看门狗、RTC实时时钟、CAN总线通讯接口、RS485接口、第一接口防护电路和第二接口防护电路，所述监控MCU通过SPI总线与所述主控MCU连接、用于通过心跳监控所述主控MCU的状态并备份所述主控MCU的运行关键参数，所述看门狗与所述监控MCU连接、用于实现对所述监控MCU的异常检测和复位，所述RTC实时时钟与所述主控MCU连接、用于为系统提供精确时间信息，所述CAN总线通讯接口的一端与所述主控MCU连接，所述CAN总线通讯接口的另一端与所述第一接口防护电路的一端连接，所述第一接口防护电路的另一端通过CAN总线分别连接所述信号灯管理主机和环境传感器，所述RS485接口的一端与所述主控MCU连接，所述RS485接口的另一端与所述第二接口防护电路连接，所述信号灯组显示模块根据所述信号灯控制方案显示不同图案和箭头形状，所述电源转换模块还分别与所述主控MCU和信号灯组显示模块连接。

在本发明所述的基于CAN总线控制的信号灯系统中，所述信号灯控制单元还包括亮度调节电路、信号灯控制电路和信号灯状态采集电路，所述亮度调节电路分别与所述主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于实现对所述信号灯组显示模块显示亮度的控制，所述信号灯控制电路分别与所述主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于根据所述主控MCU的信号灯控制方案实现对所述信号灯组显示模块的图案和颜色的显示控制，所述信号灯状态采集电路分别与所述主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于采集所述信号灯组显示模块的显示状态。

在本发明所述的基于CAN总线控制的信号灯系统中，所述主控MCU的控制流程包括：

A)主控MCU启动后进行系统的初始化操作，开始通过所述SPI总线与所述监控MCU通讯；

B)所述主控MCU通过所述SPI总线向所述监控MCU发送启动状态请求，并判断所述主控MCU收到的信息是否是异常恢复，如是，所述主控MCU向所述监控MCU请求运行关键参数，并根据所述运行关键参数还原成信号灯控制方案，执行步骤E)；否则，执行步骤C)；

C)进入红灯状态，所述主控MCU向所述信号灯管理主机请求所述信号灯控制方案，执行步骤D)；

D)判断所述主控MCU是否收到所述信号灯控制方案，如是，执行步骤E)；否则，所述主控MCU向所述监控MCU定时发送心跳数据，返回步骤C)；

E)所述主控MCU根据所述信号灯控制方案对所述信号灯显示模块进行控制，执行步骤F)；

F)所述主控MCU向所述监控MCU定时发送心跳数据及备份关键参数；

G)所述主控MCU通过所述CAN总线实现与所述信号灯管理主机进行交互。

在本发明所述的基于CAN总线控制的信号灯系统中，所述步骤G)进一步包括：

G1)主控MCU定时通过CAN总线向所述信号灯管理主机发送信号灯电源状态和信号灯组显示模块的状态，并判断所述CAN总线是否收到从所述信号灯管理主机发送过来的数据，如是，对所述CAN总线收到的数据进行解析，执行步骤G2)；否则，执行步骤G6)；

G2)判断所述CAN总线收到的数据是否是新的控制方案下载命令，如是，将所述信号灯控制方案更新为新的控制方案，执行步骤G6)；否则，执行步骤G3)；

G3)判断所述CAN总线收到的数据是否是请求信号灯状态命令，如是，将相应信号灯状态发送到所述信号灯管理主机，执行步骤G6)；否则，执行步骤G4)；

G4)判断所述CAN总线收到的数据是否是程序固件升级命令，如是，接收新的程序固件文件并存储，执行升级操作，执行步骤G6)；否则，执行步骤G5)；

G5)判断所述CAN总线收到的数据是否是其他扩展命令，如是，执行对应的功能实现，执行步骤G6)；否则，执行步骤G6)；

G6)返回。

在本发明所述的基于CAN总线控制的信号灯系统中，所述监控MCU的监控流程包括：

A＇)监控MCU启动后执行系统初始化操作；

B＇)所述监控MCU定时监控所述主控MCU的心跳数据，并接收运行关键参数存入缓存；

C＇)定时喂所述看门狗；

D＇)判断所述监控MCU与所述主控MCU的通讯是否超时，如是，对所述主控MCU进行硬件复位，执行步骤E＇)；否则，返回步骤B＇)；

E＇)等待所述主控MCU启动；

F＇)所述主控MCU启动后，根据所述监控MCU的请求指令，发送对应的监控状态和关键参数，返回步骤B＇)。

实施本发明的基于CAN总线控制的信号灯系统，具有以下有益效果：由于设有信号灯管理主机、环境传感器、信号灯控制单元、电源系统和信号灯组显示模块，信号灯管理主机通过CAN总线将信号灯控制方案下发到各个信号灯控制单元，信号灯控制单元收到信号灯控制方案后对其进行分析，并按照信号灯控制方案的要求对信号灯组显示模块进行控制，信号灯控制单元实时采集信号灯组显示模块的状态，并且将信号灯组显示模块的状态通过CAN总线上发到信号灯管理主机，完成对信号灯组显示模块的状态的监控，环境传感器采集光照环境参数并将其通过CAN总线传送到所述信号灯控制单元，信号灯控制单元根据所述光照环境参数对信号灯组显示模块的亮度进行PWM控制，因此信号灯在满足当前交通信号灯需求的同时还能提供更完善的扩展需求，满足各种新增的指示需求，能简化信号灯安装和调试的难度，降低施工的成本和维护成本，提高整个交通信号灯的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于CAN总线控制的信号灯系统一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中主控MCU的控制流程图；

图3为所述实施例中主控MCU通过所述CAN总线实现与所述信号灯管理主机进行交互的具体流程图；

图4为所述实施例中监控MCU的监控流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明基于CAN总线控制的信号灯系统实施例中，该基于CAN总线控制的信号灯系统的结构示意图如图1所示。图1中，该基于CAN总线控制的信号灯系统包括信号灯管理主机1、环境传感器2、至少一个信号灯控制单元3、电源系统4和信号灯组显示模块5，本实施例中，路口每个信号灯都作为一个CAN节点，信号灯管理主机1与各个信号灯控制单元3之间采用CAN总线进行通讯，CAN总线具有实时性强、传输距离远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点，这样可以使得通讯线路简单可靠。信号灯管理主机1通过CAN总线将信号灯控制方案下发到各个信号灯控制单元3，信号灯控制单元3收到信号灯控制方案后对其进行解析，并按照信号灯控制方案的要求对信号灯组显示模块进行控制。信号灯管理主机1和信号灯之间只需要2根通讯线，信号灯再需要一条电源线就可以满足，大大简化施工难度和降低施工成本，提高可靠性以及简化后续维护难度。

本实施中，信号灯控制单元3实时采集信号灯组显示模块5的状态，并将信号灯组显示模块5的状态通过CAN总线上发到信号灯管理主机1，完成对信号灯组显示模块5的状态的监控。信号灯控制单元3和信号灯管理主机1之间通过CAN总线定时发送心跳命令，以便信号灯管理主机1能够实时监控每个CAN节点信号灯的状态信息，对不正常的CAN节点进行处理，并上发到平台中心进行报警。

本实施例中，环境传感器2采集环境光线情况，并进行综合分析后，得到一个当前光照情况参数，换句话说，环境传感器2采集光照环境参数(即光照环境数据)并将其通过CAN总线传送到信号灯控制单元3，信号灯控制单元3按照设定的要求，根据光照环境参数对信号灯组显示模块5的亮度进行PWM控制，实现对信号灯亮度的控制，做到最大程度节省电能；电源系统4分别与信号灯控制单元3和信号灯组显示模块5连接、用于供电。

由于本发明中的信号灯控制单元3结合CAN总线通讯的功能，使得信号灯在满足当前交通信号灯需求的同时，还能够提供更加完善的扩展需求，可以满足各种新增的指示需求，同时也能简化信号灯安装和调试的难度，降低施工成本和维护成本，进而提高整个交通信号灯的可靠性。

本实施例中，电源系统4包括交流供电电源41、蓄电池42、电源转换模块43和电源防护电路44，其中，交流供电电源41通过电源防护电路44与电源转换模块43连接，蓄电池42与电源转换模块43连接。交流供电电源41为220V交流电源，交流供电电源41接入后首先经过电源防护电路44，抑制外部浪涌信号，然后经电源转换模块43产生12V和5V，为信号灯控制单元3和信号灯组显示模块5进行供电，同时也能够对蓄电池42进行充电。

蓄电池42为12V蓄电池，电源系统4具有掉电检测和备份电源切换功能，电源系统4能够实时监控外部220V交流电源供电，当220V交流电源掉电时，能够直接切换到蓄电池42供电，这样能够保证在掉电时，信号灯还能正常工作一段时间，确保在维护人员进行线路修复前信号灯能正常工作。另外，蓄电池42的输出电压也能够被信号灯控制单元3采集。针对电源系统4监控方面，该基于CAN总线控制的信号灯系统能够通过对应的检测电路检测AC-OK信号，实现220V交流电源掉电时进行报警和日志记录，另外还能够采集蓄电池42的电压信号，监控和综合判断蓄电池42的寿命情况，并实现状态上发到信号灯管理主机1。本电源系统4还具有220V AC-OK信号检测，实时检测交流供电是否正常，并且输出状态到信号灯控制单元3。

本实施例中，信号灯控制单元3包括主控MCU31、监控MCU32、看门狗33、RTC实时时钟34、CAN总线通讯接口35、RS485接口36、第一接口防护电路37和第二接口防护电路38，其中，主控MCU31实现与外部通讯，完成主要通讯和控制逻辑实现，实现对信号灯组显示模块5的控制以及采集信号灯组显示模块5的状态，实现与监控MCU32之间交互。主控MCU31能够实现对电源系统4的相关状态进行采集，包括AC-OK信号、蓄电池42的电压情况等。

监控MCU32通过SPI总线与主控MCU31连接、用于通过心跳监控主控MCU31的状态，并备份主控MCU31的运行关键参数，当主控MCU31出现异常时能够及时对主控MCU31进行硬件复位，主控MCU31启动之后将运行关键参数还原。采用主控MCU31和监控MCU32的双MCU的设计方式，可以提高系统的可靠性。

具体的，主控MCU31和监控MCU32保持高速心跳发送，其中主控MCU31负责接收信号灯管理主机1发出来的信号灯控制方案，并且根据信号灯控制方案对信号灯组显示模块5进行控制，同时实时监控信号灯组显示模块5的状态，确保信号灯组显示模块5的状态正确；监控MCU32负责监控主控MCU31的状态，并且作为关键参数热备份的模块，实时接收主控MCU31运行中关键参数并且进行保存，当主控MCU31出现异常时，监控MCU32能够快速检测到主控MCU31的异常，并且对主控MCU31进行硬件复位操作，当主控MCU31恢复之后，将关键参数还原到主控MCU31，这样主控MCU31就能够继续上一次未完成的控制，实现异常之后热启动功能。

由于监控MCU32没有直接控制信号灯组显示模块5，不需要具有高实时性，所以监控MCU32中使用了一个外部的看门狗33，在监控MCU32异常时，看门狗33会根据喂狗超时能够进行复位，使得监控MCU32正常。看门狗33与监控MCU32连接、用于实现对监控MCU的异常检测和复位。

为了后续升级和维护方便，主控MCU31和监控MCU32均可以通过CAN总线实现程序固件升级的功能，这样可以在需要更改信号灯控制方案的情况下，实现快速固件升级的操作。

RTC实时时钟34与主控MCU31连接、用于为系统提供精确时间信息，能够进行时间的读取和设计，为信号灯组显示模块5的控制提供可靠的时间信息。信号灯管理主机1会定时发送时间基准对实时时钟34进行定时校时，在通讯线路异常的情况下，信号灯组显示模块5也可以根据信号灯控制方案正常运行，直到维护人员将线路恢复正常。

CAN总线通讯接口35的一端与主控MCU31连接，CAN总线通讯接口35的另一端与第一接口防护电路37的一端连接，第一接口防护电路37的另一端通过CAN总线分别连接信号灯管理主机1和环境传感器2，CAN总线通讯接口35通过CAN物理层交互，实现信号灯控制单元3与外部的CAN总线设备进行通讯。

RS485接口36的一端与主控MCU31连接，RS485接口36的另一端与第二接口防护电路38连接，RS485接口36实现与外部RS485外部设备进行控制，实现与外部设备的交互，通过设置RS485接口36，这样可以极大丰富后续功能扩展，简化布线，节省安装施工成本，同时也方便后续维护等。上述第一接口防护电路37和第二接口防护电路38对由外部雷击等引起的浪涌具有抑制能力和防护效果，有效降低雷击等恶劣环境带来的影响，提高设备使用寿命和可靠性。

信号灯组显示模块5由LED灯组成，能够根据信号灯控制方案显示不同图案和箭头形状，包含红、黄、绿三种颜色等，电源转换模块43还分别与主控MCU31和信号灯组显示模块5连接。

本实施例中，信号灯控制单3元还包括亮度调节电路39、信号灯控制电路40和信号灯状态采集电路41，其中，亮度调节电路分别39与主控MCU31和信号灯组显示模块5连接、用于实现对信号灯组显示模块5的显示亮度的控制。信号灯控制电路40分别与主控MCU31和信号灯组显示模块5连接、用于根据主控MCU31的信号灯控制方案实现对信号灯组显示模块5的图案和颜色的显示控制。信号灯状态采集电路41分别与主控MCU31和信号灯组显示模块5连接、用于采集信号灯组显示模块5的显示状态。

图2为本实施例中主控MCU的控制流程图，图2中，主控MCU的控制流程包括：

步骤S01主控MCU启动后进行系统的初始化操作，开始通过SPI总线与监控MCU通讯：本步骤中，主控MCU启动后，首先进行系统的初始化操作，操作完成之后，开始通过SPI总线与监控MCU进行通讯。

步骤S02主控MCU通过SPI总线向监控MCU发送启动状态请求，并判断主控MCU收到的信息是否是异常恢复：本步骤中，主控MCU通过SPI总线向监控MCU发送启动状态请求，并判断主控MCU收到的信息是否是异常恢复，如果判断的结果为是，则执行步骤S03；否则，执行步骤S04。

步骤S03主控MCU向监控MCU请求运行关键参数，并根据运行关键参数还原成信号灯控制方案：如果上述步骤S02的判断结果为是，即主控MCU为异常恢复，则执行本步骤。本步骤中，主控MCU向监控MCU请求运行关键参数，并根据运行关键参数还原成信号灯控制方案，根据异常前执行到哪一个步伐继续运行。执行完本步骤，执行步骤S07。

步骤S04进入红灯状态，主控MCU向信号灯管理主机请求信号灯控制方案：如果上述步骤S02的判断结果为否，即收到的信息是正常启动，则执行本步骤。本步骤中，进入红灯状态，主控MCU向信号灯管理主机请求信号灯控制方案，然后定时发送心跳数据到监控MCU，并且等待接收信号灯管理主机发送的信号灯控制方案。执行完本步骤，执行步骤S05。

步骤S05判断主控MCU是否收到信号灯控制方案：本步骤中，判断主控MCU是否收到信号灯控制方案，如果判断的结果为是，则执行步骤S07；否则，执行步骤S06。

步骤S06主控MCU向监控MCU定时发送心跳数据：如果上述步骤S05的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，主控MCU向监控MCU定时发送心跳数据，执行完本步骤，返回步骤S04。

步骤S07主控MCU根据信号灯控制方案对信号灯显示模块进行控制：本步骤中，本步骤中，主控MCU根据信号灯控制方案对信号灯显示模块进行控制。执行完本步骤，执行步骤S08。

步骤S08主控MCU向监控MCU定时发送心跳数据及备份关键参数：本步骤中，主控MCU收到信号灯控制方案后，对其进行解析，生成运行关键参数，并向监控MCU定时发送心跳数据及备份关键参数。执行完本步骤，执行步骤S09。

步骤S09主控MCU通过CAN总线实现与信号灯管理主机进行交互：本步骤中，主控MCU通过CAN总线实现与信号灯管理主机进行交互，以及通过后续扩展实现RS485接口通讯。

对于本实施例而言，上述步骤S09还可进一步细化，其细化后的流程图如图3所示。图3中，上述步骤S09进一步包括：

步骤S901主控MCU定时通过CAN总线向信号灯管理主机发送信号灯电源状态和信号灯组显示模块的状态，并判断CAN总线是否收到从信号灯管理主机发送过来的数据：本步骤中，主控MCU定时通过CAN总线向信号灯管理主机发送信号灯电源状态和信号灯组显示模块的状态，并判断CAN总线是否收到从信号灯管理主机发送过来的数据，如果判断的结果为是，则执行步骤S902；否则，执行步骤S911。

步骤S902对CAN总线收到的数据进行解析：如果上述步骤S901的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，对CAN总线收到的数据进行解析。执行完本步骤，执行步骤S903。

步骤S903判断CAN总线收到的数据是否是新的控制方案下载命令：本步骤中，判断CAN总线收到的数据是否是新的控制方案，如果判断的结果为是，即是新的控制方案，则执行步骤S904；否则，执行步骤S905。

步骤S904将信号灯控制方案更新为新的控制方案：如果上述步骤S903的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，将信号灯控制方案更新为新的控制方案，生成新的关键运行参数，并且发送到监控MCU进行备份。执行完本步骤，执行步骤S911。

步骤S905判断CAN总线收到的数据是否是请求信号灯状态命令：如果上述步骤S903的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，判断CAN总线收到的数据是否是请求信号灯状态命令，如果判断的结果为是，则执行步骤S906；否则，执行步骤S907。

步骤S906将相应信号灯状态发送到信号灯管理主机：如果上述步骤S905的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，将相应信号灯状态发送到信号灯管理主机。执行完本步骤，执行步骤S911。

步骤S907判断CAN总线收到的数据是否是程序固件升级命令：如果上述步骤S905的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，判断CAN总线收到的数据是否是程序固件升级命令，如果判断的结果为是，则执行步骤S908；否则，执行步骤S909。

步骤S908接收新的程序固件文件并存储，执行升级操作：如果上述步骤S907的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，接收新的程序固件文件并存储，执行升级操作。执行完本步骤，执行步骤S911。

步骤S909判断CAN总线收到的数据是否是其他扩展命令：如果上述步骤S907的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，判断CAN总线收到的数据是否是其他扩展命令，如果判断的结果为是，则执行步骤S910；否则，执行步骤S911。

步骤S910执行对应的功能实现：如果上述步骤S909的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，执行对应的功能实现。执行完本步骤，执行步骤S911。

步骤S911返回：本步骤中，执行返回操作。

图4为本实施例中监控MCU的监控流程图，图4中，监控MCU的监控流程包括：

步骤S01＇监控MCU启动后执行系统初始化操作：本步骤中，监控MCU启动之后，首先执行系统初始化操作。

步骤S02＇监控MCU定时监控主控MCU的心跳数据，并接收运行关键参数存入缓存：本步骤中，初始化之后，监控MCU定时监控主控MCU的心跳数据，并接收运行关键参数存入缓存，也就是接收运行关键参数进行备份操作。

步骤S03＇定时喂看门狗：本步骤中，定时喂看门狗。

步骤S04＇判断监控MCU与主控MCU的通讯是否超时：本步骤中，判断监控MCU与主控MCU的通讯是否超时，如果判断的结果为是，则执行步骤S05＇；否则，返回步骤S02＇。

步骤S05＇对主控MCU进行硬件复位：如果上述步骤S04＇判断的结果为是时，即监控MCU与主控MCU的通讯超时，则执行本步骤。本步骤中，对主控MCU进行硬件复位。执行完本步骤，执行步骤S06＇。

步骤S06＇等待主控MCU启动：本步骤中，等待主控MCU启动。

步骤S07＇主控MCU启动后，根据监控MCU的请求指令，发送对应的监控状态和关键参数：本步骤中，主控MCU启动后，根据监控MCU的请求指令，发送对应的监控状态和关键参数。值得一提的是，监控MCU会定时执行看门狗喂狗操作，如果监控MCU异常，看门狗会对监控MCU执行复位操作。

总之，本发明通过CAN总线方式，可以有效提高通讯可靠性、降低施工难度、节省施工成本，减少故障发生概率，降低维护难度和成本；通过内部主控MCU31和监控MCU32对信号灯组显示模块5进行控制，提高信号灯控制的智能化水平；在硬件和软件两方面的多重可靠性设计，极大提高该基于CAN总线控制的信号灯系统的可靠性；通过CAN总线接收环境传感器2的环境光线情况，实现对信号灯组显示模块5的亮度进行控制，最大程度节省电能；同时，为了保证后续扩展性和可维护性，本发明能够通过CAN总线进行内部程序固件升级，能够适应后续更多功能升级，降低维护难度和维护成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于CAN总线控制的信号灯系统，其特征在于，包括信号灯管理主机、环境传感器、至少一个信号灯控制单元、电源系统和信号灯组显示模块，所述信号灯管理主机通过CAN总线将信号灯控制方案下发到各个信号灯控制单元，所述信号灯控制单元收到所述信号灯控制方案后对其进行解析，并按照所述信号灯控制方案的要求对所述信号灯组显示模块进行控制，所述信号灯控制单元实时采集所述信号灯组显示模块的状态，并将所述信号灯组显示模块的状态通过所述CAN总线上发到所述信号灯管理主机，完成对所述信号灯组显示模块的状态的监控，所述环境传感器采集光照环境参数并将其通过所述CAN总线传送到所述信号灯控制单元，所述信号灯控制单元根据所述光照环境参数对所述信号灯组显示模块的亮度进行PWM控制，所述电源系统分别与所述信号灯控制单元和信号灯组显示模块连接、用于供电。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的信号灯系统，其特征在于，所述电源系统包括交流供电电源、蓄电池、电源转换模块和电源防护电路，所述交流供电电源通过所述电源防护电路与所述电源转换模块连接，所述蓄电池与所述电源转换模块连接；所述信号灯控制单元包括主控MCU、监控MCU、看门狗、RTC实时时钟、CAN总线通讯接口、RS485接口、第一接口防护电路和第二接口防护电路，所述监控MCU通过SPI总线与所述主控MCU连接、用于通过心跳监控所述主控MCU的状态并备份所述主控MCU的运行关键参数，所述看门狗与所述监控MCU连接、用于实现对所述监控MCU的异常检测和复位，所述RTC实时时钟与所述主控MCU连接、用于为系统提供精确时间信息，所述CAN总线通讯接口的一端与所述主控MCU连接，所述CAN总线通讯接口的另一端与所述第一接口防护电路的一端连接，所述第一接口防护电路的另一端通过CAN总线分别连接所述信号灯管理主机和环境传感器，所述RS485接口的一端与所述主控MCU连接，所述RS485接口的另一端与所述第二接口防护电路连接，所述信号灯组显示模块根据所述信号灯控制方案显示不同图案和箭头形状，所述电源转换模块还分别与所述主控MCU和信号灯组显示模块连接。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线控制的信号灯系统，其特征在于，所述信号灯控制单元还包括亮度调节电路、信号灯控制电路和信号灯状态采集电路，所述亮度调节电路分别与所述主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于实现对所述信号灯组显示模块显示亮度的控制，所述信号灯控制电路分别与所述主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于根据所述主控MCU的信号灯控制方案实现对所述信号灯组显示模块的图案和颜色的显示控制，所述信号灯状态采集电路分别与所述主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于采集所述信号灯组显示模块的显示状态。

4.根据权利要求3所述的基于CAN总线控制的信号灯系统，其特征在于，所述主控MCU的控制流程包括：

A)主控MCU启动后进行系统的初始化操作，开始通过所述SPI总线与所述监控MCU通讯；

B)所述主控MCU通过所述SPI总线向所述监控MCU发送启动状态请求，并判断所述主控MCU收到的信息是否是异常恢复，如是，所述主控MCU向所述监控MCU请求运行关键参数，并根据所述运行关键参数还原成信号灯控制方案，执行步骤E)；否则，执行步骤C)；

C)进入红灯状态，所述主控MCU向所述信号灯管理主机请求所述信号灯控制方案，执行步骤D)；

D)判断所述主控MCU是否收到所述信号灯控制方案，如是，执行步骤E)；否则，所述主控MCU向所述监控MCU定时发送心跳数据，返回步骤C)；

E)所述主控MCU根据所述信号灯控制方案对所述信号灯显示模块进行控制，执行步骤F)；

F)所述主控MCU向所述监控MCU定时发送心跳数据及备份关键参数；

G)所述主控MCU通过所述CAN总线实现与所述信号灯管理主机进行交互。

5.根据权利要求4所述的基于CAN总线控制的信号灯系统，其特征在于，所述步骤G)进一步包括：

G1)主控MCU定时通过CAN总线向所述信号灯管理主机发送信号灯电源状态和信号灯组显示模块的状态，并判断所述CAN总线是否收到从所述信号灯管理主机发送过来的数据，如是，对所述CAN总线收到的数据进行解析，执行步骤G2)；否则，执行步骤G6)；

G2)判断所述CAN总线收到的数据是否是新的控制方案下载命令，如是，将所述信号灯控制方案更新为新的控制方案，执行步骤G6)；否则，执行步骤G3)；

G3)判断所述CAN总线收到的数据是否是请求信号灯状态命令，如是，将相应信号灯状态发送到所述信号灯管理主机，执行步骤G6)；否则，执行步骤G4)；

G4)判断所述CAN总线收到的数据是否是程序固件升级命令，如是，接收新的程序固件文件并存储，执行升级操作，执行步骤G6)；否则，执行步骤G5)；

G5)判断所述CAN总线收到的数据是否是其他扩展命令，如是，执行对应的功能实现，执行步骤G6)；否则，执行步骤G6)；

G6)返回。

6.根据权利要求5所述的基于CAN总线控制的信号灯系统，其特征在于，所述监控MCU的监控流程包括：

A＇)监控MCU启动后执行系统初始化操作；

B＇)所述监控MCU定时监控所述主控MCU的心跳数据，并接收运行关键参数存入缓存；

C＇)定时喂所述看门狗；

D＇)判断所述监控MCU与所述主控MCU的通讯是否超时，如是，对所述主控MCU进行硬件复位，执行步骤E＇)；否则，返回步骤B＇)；

E＇)等待所述主控MCU启动；

F＇)所述主控MCU启动后，根据所述监控MCU的请求指令，发送对应的监控状态和关键参数，返回步骤B＇)。