CN111047886A - 一种智能集成信号灯及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能集成信号灯及控制方法，包括控制模块、网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、显示模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块、供电模块，所述控制模块与所述网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块、供电模块连接，所述供电模块连接于所述检测模块和所述显示模块，所述显示模块连接于所述检测模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块，所述黄闪灯驱模块连接于所述灯驱模块。本发明具有功能增多、安装简便、维护简单、施工方便、成本降低等有益效果，同时，其控制方法的多样性能够更好的融入市场，能够更灵活的适应不同的需求和场景，在应对更多突发故障情况也有更完善的机制。

Description

一种智能集成信号灯及控制方法

技术领域

本发明属于交通控制技术领域，尤其涉及一种智能集成信号灯及控制方法。

背景技术

传统的交通信号控制系统一般由信号机、信号灯两部分组成。传统的信号控制系统中，信号机是基于强电信号的控制系统对信号灯进行控制，信号机只能控制一个路口的信号灯输出，个别种类信号机即使能够实现“一带多”(单台信号机控制多路口)，由于输出接口的限制也只能控制非常少的路口，对于路口与信号机距离有较大的限制。而且传统的信号控制系统中，信号机有庞大的机柜结构以及大量的强电控制器件、功率器件，硬件成本高；传统信号控制系统的硬件结构复杂，拥有种类繁多，功能繁杂的板卡与结构，维护相对困难；现场施工过程需要耗费大量的人力、物力，同时施工周期长，施工过程中严重占用道路资源，影响交通。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提出一种安全性好、信号控制系统功能升级简单、集成性高、多功能、灵活性高、且有完善的异常应对机制的智能集成信号灯及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能集成信号灯，包括控制模块、网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、显示模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块、供电模块，所述控制模块与所述网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块以及所述供电模块连接，所述供电模块连接于所述检测模块和所述显示模块，所述显示模块连接于所述检测模块、灯驱模块以及所述黄闪灯驱模块，所述黄闪灯驱模块连接于所述灯驱模块。

进一步的，每个所述智能集成信号灯具有单独的设备号和地址码，所述设备号与所述地址码相互绑定。

进一步的，所述控制模块包括主控芯片、存储器、定时器，所述主控芯片、所述存储器以及所述定时器之间通过线路连接。

进一步的，所述显示模块包括信号灯灯盘和外部电子计数牌接口，所述信号灯灯盘包括至少三个信号灯灯头，所述信号灯灯盘与所述外部电子计数牌接口之间通过线路连接。

进一步的，所述检测模块包括电流传感器、电压传感器以及RGB颜色传感器，所述RGB颜色传感器设置于所述信号灯灯盘上，所述电流传感器、所述电压传感器以及所述RGB颜色传感器与所述主控芯片之间通过线路连接。

进一步的，所述灯驱模块包括驱动板、电子开关，所述电子开关与所述驱动板、信号灯灯头、外部电子计数牌接口通过线路连接。

进一步的，所述供电模块包括太阳能板、蓄电池、光伏控制器以及电源适配器，所述太阳能板、蓄电池、光伏控制器、电源适配器与所述主控芯片之间通过线路连接。

进一步的，所述黄闪灯驱模块包括看门狗芯片、脉冲发生器和灯驱开关，所述看门狗芯片与所述脉冲发生器和所述灯驱开关以及所述主控芯片之间通过线路连接。

一种采用以上所述的智能集成信号灯的自我控制方法，所述方法包括以下步骤：

S1：控制模块控制黄闪灯驱模块使显示模块进入黄闪状态，同时定位模块接收到定位和时间信息，将位置信息存入控制模块，并对控制模块的时钟进行时间同步；

S2：：检测模块检测信号灯的工作和输出状态并将检测值返回控制模块，黄闪灯驱模块定时接收控制模块的脉冲，若检测值异常或黄闪灯驱模块接收的脉冲异常，则控制模块控制黄闪灯驱使显示模块进入黄闪状态；

S3：控制模块根据接收到的或已储存的相位表控制显示模块进行信号显示，同时通过同个路口的其他信号灯的控制模块间接控制它们的显示模块进行信号显示。

本发明提供了一种智能集成信号灯及控制方法，包括控制模块、网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、显示模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块、供电模块，所述控制模块与所述网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块以及所述供电模块连接，所述供电模块连接于所述检测模块和所述显示模块，所述显示模块连接于所述检测模块、灯驱模块以及所述黄闪灯驱模块，所述黄闪灯驱模块连接于所述灯驱模块。本发明由九个模块构成一个信号灯，具有功能增多、安装简便、维护简单、施工方便、成本降低等有益效果。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的智能集成信号灯中各个模块连接的示意图；

图2为本发明的智能集成信号灯的控制步骤的流程示意图；

图3为本发明的路口的多个信号灯的连接方法；

图4为本发明的路口的多个信号灯的第一种控制信号传输示意图；

图5为本发明的路口的多个信号灯的第二种控制信号传输示意图；

图6为本发明的路口的多个信号灯的第三种控制信号传输示意图；

图7为本发明的路口的多个信号灯的第四种控制信号传输示意图；

图8为本发明的路口的多个信号灯的第五种控制信号传输示意图；

图9为本发明的路口的多个信号灯的第六种控制信号传输示意图。

实施例1

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1以及图2，本发明提供了一种智能集成信号灯，包括控制模块、网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、显示模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块、供电模块，控制模块与网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块以及供电模块连接，供电模块连接于检测模块和显示模块，显示模块连接于检测模块、灯驱模块以及黄闪灯驱模块，黄闪灯驱模块连接于灯驱模块，这九个模块集成在一组红绿灯壳体内，作为一个基本单元应用于交通控制系统，本发明具备单点信号机功能和联网信号机功能，又能够作为传统信号灯被信号机控制，或者联网后被网络端控制设备控制，且即使没有联网也没有控制设备，也能够通过短距离通信自成主从模式进行本地控制。

控制模块包括主控芯片、存储器、定时器，主控芯片、存储器以及定时器之间通过线路连接，用于信号灯的整体控制，处理指令、数据和执行操作，可通过网络通信模块的网络接口与广域网或局域网连接，与控制设备通信；通过数据传输通信模块的有线或无线通信接口，与同路口的信号灯和控制设备连接通信；通过通信模块获取信号灯的状态输出指令或相位表，存入存储器；向控制设备或主信号灯发送当前灯色状态和存储的控制策略；向从信号灯发送控制指令；能够驱动灯驱模块控制灯头亮灭；获取灯头的实时电流、电压值；获取蓄电池的电量；输出计数牌的时间显示指令；根据供电情况或应急情况协调调用两种供电方式；获取定位/时钟信息并存储信息；向黄闪驱动模块发送PWM脉冲；能够根据异常情况或者控制命令切换到其他控制方法。

显示模块包括信号灯灯盘和外部电子计数牌接口，信号灯灯盘至少有三个信号灯灯头，信号灯灯盘与外部电子计数牌接口之间通过线路连接，用于进行信号灯和外部电子计数牌倒计时的显示。灯头可以为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，也可以称为信号灯灯盘；本发明中，信号灯中至少包括三个信号灯灯头，信号灯中的灯头发光时的颜色分别为红色，绿色和黄色。以下将发光时的颜色为红色的灯头称为红灯灯头或红灯灯盘，将发光时的颜色为绿色的灯头称为绿灯灯头或绿灯灯盘，将发光时的颜色为黄色的灯头称为黄灯灯头或黄灯灯盘。

检测模块包括电流传感器、电压传感器以及RGB颜色传感器，RGB颜色传感器设置于信号灯灯盘上，用于检测信号灯盘的RGB特征值，电流传感器、电压传感器以及RGB颜色传感器与主控芯片之间通过线路连接，电流电压传感器用于检测信号灯各电路的工作状态和判断蓄电池的电量。

灯驱模块包括驱动板、电子开关，电子开关与驱动板、信号灯灯头、外部电子计数牌接口通过线路连接，可以在主控芯片的控制下，点亮或熄灭灯头，也可以通过外部输出接口驱动外部的电子计数牌。

供电模块包括太阳能板、蓄电池、光伏控制器以及电源适配器，太阳能板、蓄电池、光伏控制器、电源适配器与主控芯片之间通过线路连接，用于集成信号灯的市电供电和太阳能供电，供电模块支持两种供电方式，即外部接入市电进行供电和本机太阳能蓄电池进行供，且两种供电方式可针对断电应急、环保节能等目的进行协调切换。

黄闪灯驱模块包括看门狗芯片、脉冲发生器和灯驱开关，看门狗芯片与脉冲发生器和灯驱开关以及主控芯片之间通过线路连接，用于控制信号灯进行黄闪状态的输出。

网络通信模块，用于联网通信，可以是GPRS/CDMA、以太网接口(TCP/IP协议)、NBlot等，也可以插入5G卡连上5G微基站实现联网。

数据传输通信模块，用于同个路口设备的数据传输，可以是WiFi、Zig-Bee等无线通信模块，也可以是RS232/485接口、CAN接口等有线通信模块。

网络通信模块和数据传输通信模块，可以同时实现联网通信和同路口设备的数据传输。

每一个智能集成信号灯具有单独的设备号和地址码，设备号与所述地址码进行绑定设置。同个路口的信号灯在安装使用时应将其唯一的设备号与所指示的交通流方向进行绑定设置，在通信后既在交通系统数据库存入设备号列表，并与同个路口的其他设备号在软件层面上划分成一个路口区域设备列表，然后根据控制策略生成路口的相位周期表，再分别发送控制指令给对应的信号灯。所述设备号是唯一且不可变的，且设备号绑定了信号灯相关的固定信息，如IP地址、标志信息等。每只信号灯都有专有的互联网协议(InternetProtocol，IP)地址，且IP地址固定，不允许被改变。N个信号灯的IP地址，必须有相同的IP段，从而可以便于查找每个信号灯的IP地址。每只信号灯还会有一个代表交通流方向的标志信息，也可以称为地址码。该标志信息可由如下两种方式生成：a.预设由人工设置；b.将位置坐标上传给控制设备，由控制设备根据位置坐标确定。每个信号灯获取到代表交通流方向的标志信息后，会将其存储于控制模块内的存储器中。控制设备会将每个信号灯的IP地址与标志信息绑定，同时每只信号灯也会获取到同一路口其他信号灯的IP地址以及标志信息，并将其存储于每只信号灯的存储模块中。控制策略是交通管控中心或智能网联系统根据联网的路测设备实时上传的车辆路况等消息对路口、干线和区域的交通信号灯进行相关策略的控制，如干线绿波控制等。控制指令可以是一个周期的相位表，相位表的计时由信号灯的本地时钟实现；控制指令也可以是控制设备对某个信号灯灯色的直接控制，计时由控制设备的时钟实现，这种控制指令可以应用但不限于在某种需要长时间保持某个灯色状态的情况。

在本实施例中，该智能信号灯的工作过程为：在信号灯刚进入工作状态时，控制模块通过控制黄闪灯驱模块使显示模块进入黄闪状态，同时，定位模块的GPS/BD接收到定位和时间信息，将位置信息存入控制模块的存储器，并对控制模块的时钟进行时间同步，即是在通信模块连接后控制模块将本机的设置参数和获取到的定位和时间信息、检测到的信号灯状态上传给控制设备，等待接收控制指令。当接收到控制指令后，控制模块将控制指令内包含的相位周期表和灯色输出状态存入存储器，并根据控制指令控制灯驱模块的电子开关组实现对显示模块的灯头的灯色输出，也可以通过灯驱模块的驱动板和显示模块的计数牌接口输出倒计时数据，外接匹配的电子计数牌即可显示时间倒计时；

检测模块对信号灯的工作状态和输出状态进行检测并将检测值返回给控制模块，即是在信号灯工作时，检测模块的电流传感器、电压传感器和RGB颜色传感实时检测，根据RGB特征值和信号灯的电流、电压值确定信号灯盘的显示状态，并将检测值返回给主控器，黄闪灯驱模块的看门狗芯片每间隔一定时间会收到主控器发来的脉冲信号，一旦脉冲信号消失，黄闪驱动模块的灯驱开关将关闭红灯灯头和绿灯灯头的输出，并通过脉冲发生器产生脉冲控制黄灯的电子开关不断开合使黄灯灯头处于闪烁状态。

实施例2

图3示例性地示出了在具体实施场景中本发明适用的一种系统架构示意图，包括控制设备、N个信号灯以及n个信号灯。第一层的N个信号灯通过通信网络与所述控制设备连接，N为大于或等于0的整数。第二层的n个信号灯为同个路口相距不远的信号灯，可以与所述控制设备连接，也可以作为从信号灯与上一层的一个主信号灯连接，n为0到50的整数(包括0)。第一层的通信网络可以为广域网，也可以为局域网等。第二层的短距离数据传输通信可以为有线通信，也可以为无线通信等。

控制设备可以为服务器、道路交通信号机、个人电脑、智能手机等设备，用于周期性的向N个信号灯或n个信号灯中的至少一个信号灯发送控制命令，所述控制命令指示出灯色输出状态。N个信号灯或n个信号灯，用于接收来自所述控制设备的控制命令，并根据所述控制命令指示的灯色输出状态输出相应的灯色。N个信号灯可以为位于同一个路口中的信号灯，n个信号灯为位于同一个路口中的信号灯。灯色输出状态为信号灯输出的灯色的种类、顺序以及输出的灯色的持续时间。例如，灯色输出状态为先红色持续30秒，后绿色持续20秒。

每个信号灯能够通过以太网口、通用分组无线服务技术(General Packet RadioService，简称GPRS)、窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)等方式连入到网络中，也能够插入5G卡连上5G微基站实现联网，连接网络后可以与控制设备进行通信或相互之间进行通信。每个信号灯也能够通过Wi-Fi(Wireless Fidelity)、Zig-Bee等无线通信传输技术或者RS232/485、CAN(Controller Area Network)等有线通信传输技术搭建同个路口的短距离数据传输通信，连接后可以与控制设备进行通信或相互之间进行通信。控制设备通过下发网络命令，直接控制信号灯的亮灭或发送相位周期表等操作。处于第一层或第二层的主信号灯通过互联网或短距离数据传输通信下发控制命令，直接控制同个路口的从信号灯的亮灭等操作。

图3所示的系统中，信号灯作为一种智能集成设备，具备单点信号机功能和联网信号机功能，又能够作为传统信号灯被信号机控制，或者联网后被网络端控制设备控制，且即使没有联网也没有控制设备，也能够通过短距离通信自成主从模式进行本地控制，这种智能集成信号灯的兼容性、集成性、灵活性，产生了更多灵活的应用方法和实现方法，针对不同场景可以应用最适合的实现方法，且在故障应急处理中更可靠更灵活。针对交通信号灯应用在路口的控制方法，本发明列举了六种实现方法，需要说明的是，本发明包括但不限于六种实现方法。下面将详细描述。

实施例3

图4所示的系统中，路口内的n个信号灯相互之间不进行有线或无线短距离通信，且所有都连接网络，通过网络由联网的控制设备控制。

实施例4

图5所示的系统中，路口内的n个红绿灯相互之间不进行有线或无线短距离通信，且所有都连接网络，再由其中的一个信号灯作为主信号灯，其他作为从信号灯，通过控制设备对主信号灯设置路口的相位表和控制策略后撤走控制设备，只由主信号灯通过互联网向同个路口的所有从信号灯发送控制指令。

实施例5

图6所示的系统中，路口内的n个红绿灯进行无线或者有线短距离通信，再由其中的一个信号灯作为主信号灯，其他作为从信号灯，主信号灯连接网络，从信号灯不连接网络。主信号灯通过网络接收远端服务器或其他联网控制设备的控制指令，再通过短距离通信向其他所有从信号灯发送控制指令。

实施例6

图7所示的系统中，路口内的n个红绿灯通过无线或者有线进行短距离通信，再由其中的一个信号灯作为主信号灯，其他作为从信号灯，且主从信号灯都不联网，只在主信号灯的主控器内设置这个路口的相位表和控制策略，再由主信号灯通过短距离通信向其他所有从信号灯发送控制指令。

实施例7

图8所示的系统中，路口内的n个红绿灯相互之间不进行短距离通信，且所有都不连接网络，都由同个路口内的不联网的道路交通信号机控制。

实施例8

图9所示的系统中，路口内的n个红绿灯都不联网，且相互之间不进行通信，都由同个路口内的联网的道路交通信号机控制。

综上所述，当出现异常情况时，可以有多种灵活的应变策略。如下所述。

第一种控制方法中，当出现控制设备故障，路口中的集成信号灯通过互联网确认主从信号灯，主信号灯按照存储在信号灯存储器的控制策略进行控制，即切换到第二种控制方法。

第三、第五、第六种控制方法中，当出现控制设备故障，路口中的集成信号灯通过短距离的有线或无线通信确认主从信号灯，主信号灯按照存储在信号灯存储器的控制策略进行控制，即切换到第四种控制方法。

第三、第四、第五、第六种控制方法中，当其中某个非联网的信号灯检测到短距离通信出现故障，在预设时间内没有重新连上，则由主控器切换到网络通信，连上互联网之后上报故障信息，同时，其他与其通信的信号灯将全部切换到网络通信，转变为第一或第二种控制方法。

第一、第二、第三种控制方法中，当路口中的某个联网信号灯出现联网故障，断网后在预设时间内不能重新连上，则由主控器激活短距离通信，与其他信号灯连接后，该路口的控制方法即切换到第三或第四种控制方法。

当以上六种方法中存在某个信号灯既不能联网又不能短距离通信时，该信号灯自我检测后进入黄闪状态，同路口的其他所有信号灯也进入黄闪状态。

综上所述，本发明提供的一种智能集成信号灯及控制方法，包括控制模块、网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、显示模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块、供电模块，所述控制模块连接所述网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块以及所述供电模块，所述供电模块连接所述检测模块和所述显示模块，所述显示模块连接所述检测模块、灯驱模块以及所述黄闪灯驱模块，所述黄闪灯驱模块连接所述灯驱模块。本发明具有功能增多、安装简便、维护简单、施工方便、成本降低等有益效果，同时，其控制方法的多样性能够更好的融入市场，能够更灵活的适应不同的需求和场景，在应对更多突发故障情况也有更完善的机制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能集成信号灯，其特征在于，包括控制模块、网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、显示模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块、供电模块，所述控制模块与所述网络通信模块、数据传输通信模块、定位模块、灯驱模块、黄闪灯驱模块、检测模块以及所述供电模块连接，所述供电模块连接于所述检测模块和所述显示模块，所述显示模块连接于所述检测模块、灯驱模块以及所述黄闪灯驱模块，所述黄闪灯驱模块连接于所述灯驱模块。

2.如权利要求1所述的智能集成信号灯，其特征在于，每个所述智能集成信号灯具有单独的设备号和地址码，所述设备号与所述地址码相互绑定。

3.如权利要求1所述的智能集成信号灯，其特征在于，所述控制模块包括主控芯片、存储器、定时器，所述主控芯片、所述存储器以及所述定时器之间通过线路连接。

4.如权利要求1所述的智能集成信号灯，其特征在于，所述显示模块包括信号灯灯盘和外部电子计数牌接口，所述信号灯灯盘包括至少三个信号灯灯头，所述信号灯灯盘与所述外部电子计数牌接口之间通过线路连接。

5.如权利要求4所述的智能集成信号灯，其特征在于，所述检测模块包括电流传感器、电压传感器以及RGB颜色传感器，所述RGB颜色传感器设置于所述信号灯灯盘上，所述电流传感器、所述电压传感器以及所述RGB颜色传感器与所述主控芯片之间通过线路连接。

6.如权利要求1所述的智能集成信号灯，其特征在于，所述灯驱模块包括驱动板、电子开关，所述电子开关与所述驱动板、信号灯灯头、外部电子计数牌接口通过线路连接。

7.如权利要求1所述的智能集成信号灯，其特征在于，所述供电模块包括太阳能板、蓄电池、光伏控制器以及电源适配器，所述太阳能板、蓄电池、光伏控制器、电源适配器与所述主控芯片之间通过线路连接。

8.如权利要求1所述的智能集成信号灯，其特征在于，所述黄闪灯驱模块包括看门狗芯片、脉冲发生器和灯驱开关，所述看门狗芯片与所述脉冲发生器和所述灯驱开关以及所述主控芯片之间通过线路连接。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的智能集成信号灯的自我控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：控制模块控制黄闪灯驱模块使显示模块进入黄闪状态，同时定位模块接收到定位和时间信息，将位置信息存入控制模块，并对控制模块的时钟进行时间同步；

S2：检测模块检测信号灯的工作和输出状态并将检测值返回控制模块，黄闪灯驱模块定时接收控制模块的脉冲，若检测值异常或黄闪灯驱模块接收的脉冲异常，则控制模块控制黄闪灯驱使显示模块进入黄闪状态；

S3：控制模块根据接收到的或已储存的相位表控制显示模块进行信号显示，同时通过同个路口的其他信号灯的控制模块间接控制它们的显示模块进行信号显示。

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