CN201622683U - 信号机遥控器及基于所述遥控器构建的信号机控制系统 - Google Patents

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周永顺
辛德亮
高利芬
刘洪梅
高力波
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Abstract

本实用新型公开了一种信号机遥控器及基于所述遥控器构建的信号机控制系统，包括信号机和遥控器两部分；其中，在所述信号机中设置有基于ZigBee模块的接收单元；在信号机遥控器中设置有可与所述ZigBee模块建立起基于ZigBee协议的无线网络链接、传输操作指令的ZigBee射频模块，所述ZigBee射频模块与遥控器中的控制器相连接，接收控制器输出的操作指令。本实用新型的信号机遥控器采用基于ZigBee协议的无线通信技术建立与远程信号机的通讯链接，进行操作指令的传输，抗无线电干扰能力强，通信可靠，可以消除电磁干扰对无线电遥控信号产生的影响，避免信号机发生误动作或者失控，进而确保道路交通的实时畅通。

Description

信号机遥控器及基于所述遥控器构建的信号机控制系统
技术领域
本实用新型属于无线电通讯技术领域，涉及智能交通控制领域；具体地说，是涉及一种可以对道路交通信号机进行远程控制的遥控器以及基于所述信号机遥控器构建的信号机无线控制系统。
背景技术
随着我国道路交通的快速发展、城市化水平不断提高以及城市规模的不断扩大，交通管理工作对道路交通控制技术的依赖以及对道路交通信号机(以下简称信号机)产品的需求呈日益扩大的趋势。特别是近年来，随着畅通工程的深入实施，各地政府及道路交通管理部门积极采用各种先进科技手段提高城市道路交通管理水平，加大对各种道路交通基础设施和重要的道路交通管理设备的投入，我国信号机制造业因此面临了良好的市场机遇，得到了迅速的发展。
信号机是控制交叉路口交通信号的重要设备，它是用来操控路口信号灯使之按照一定规律变化的一种控制装置，是对城市交叉路口车辆进行指挥和疏导的控制系统的重要组成部分，对城市道路的畅通、城市交通的安全以及城市交通的管理都起着至关重要的作用。目前在我国的大、中型城市交通管理中，随着社会的发展进步，我国的交通事业也迅猛发展，为了提高城市路口的放行效率，交警或交警协管人员经常会对信号机的运行进行人为干预，使道路的某一方向的信号灯长时间处于绿灯状态，以缓解交通压力。
当前，人为控制信号机的方法有两种：一种是对信号机的手动操作面板进行操作，以实现对信号机的控制，该方法的缺点是：必须打开信号机的手动操作面板的小门，在信号机旁边操作信号机的手动操作面板，这样操作非常不方便；另一种是用无线遥控器对信号机的运行状态进行遥控操作，这种操作可以远离信号机，不用打开信号机的手动操作面板的小门就可以对信号机的运行进行控制，并且操作起来非常方便，因此得到了越来越广泛的应用。
目前市面上使用的无线遥控器大部分是无线电遥控器(RF RemoteControl)，这种无线电遥控器常用的载波频率为315mHz或者433mHz，遥控器使用的是国家规定的开放频段。无线电遥控器采用无线电波来传送控制信号，其特点是无方向性，可以不“面对面”控制，信号传输距离远，可以达数十米甚至数公里，但是，缺点是容易受到外界干扰而出现误动作或者失控。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种抗无线电干扰能力强的信号机遥控器，以避免信号机因遭受电磁干扰而造成的误动作或者失控的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种信号机遥控器，包括键盘和与键盘电路相连接、根据键盘上各按键的触发状态生成相应操作指令的控制器；所述控制器与一ZigBee射频模块相连接，通过所述ZigBee射频模块与信号机建立起基于ZigBee协议的无线网络链接，以传输操作指令。
进一步的，在所述信号机遥控器中设置有供电电路，将产生的供电电源传输至所述的键盘电路、控制器和ZigBee射频模块。
又进一步的，在所述供电电路中包含有电池和稳压电路，所述稳压电路连接电池，将电池输出的直流电压转换成所述键盘电路、控制器和ZigBee射频模块所需幅值的工作电压，分别传输至所述键盘电路、控制器和ZigBee射频模块的供电端。
优选的，所述ZigBee射频模块通过串行信号线连接控制器的串口，与控制器进行数据通信。
优选的，所述控制器通过I/O口连接键盘电路，检测键盘上各按键的触发状态。
基于上述信号机遥控器，本实用新型又提供了一种基于所述信号机遥控器构建的信号机控制系统，包括信号机和遥控器两部分；其中，在所述信号机中设置有基于ZigBee模块的接收单元；在所述遥控器中设置有可与所述ZigBee模块建立起基于ZigBee协议的无线网络链接、传输操作指令的ZigBee射频模块，所述ZigBee射频模块与遥控器中的控制器相连接，接收控制器输出的操作指令。
进一步的，在所述遥控器中还设置有与所述控制器相连接的键盘电路，通过键盘电路接收用户键入的操作命令，编码成相应的操作指令传输至所述的ZigBee射频模块，进而通过ZigBee射频模块调制成无线射频信号，通过无线网络传输至信号机，以实现对信号机的远程操作。
又进一步的，在所述信号机的接收单元中还设置有与所述ZigBee模块相连接、接收并解析操作指令的处理器。
再进一步的，所述处理器与信号机内部的主控单元相连接，所述主控单元接收处理器解析输出的操控命令，进而生成相应的控制信号输出至信号灯电路，对信号灯的工作时序进行控制。
更进一步的，在所述遥控器和信号机的接收单元中均设置有供电电路，生成工作电压分别为遥控器和信号机接收单元中的各功能模块供电。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的信号机遥控器采用基于ZigBee协议的无线通信技术建立与远程信号机的通讯链接，进行操作指令的传输，具有高速率、低时延、低功耗、低成本、网络容量高等显著优势，操作简便、实用性好，抗无线电干扰能力强，通信可靠，可以消除电磁干扰对无线电遥控信号产生的影响，避免信号机发生误动作或者失控，进而确保道路交通的实时畅通。
结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本实用新型所提出的信号机控制系统的整体架构示意图；
图2是图1中信号机遥控器的一种实施例的内部电路原理框图；
图3是安装于信号机的接收单元的一种实施例的电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地描述。
本实用新型为了提高对道路交通信号机遥控操作的准确性和安全性，采用基于ZigBee协议的无线网络通讯机制来设计信号机遥控器，并对现有的信号机进行适应性改进，以构建基于所述信号机遥控器的信号机无线控制系统，由此来提高无线电遥控信号的抗干扰能力，确保操作指令传输的可靠性。信号机控制系统的整体架构参见图1所示。
下面通过一个具体的实施例来详细阐述信号机遥控器及信号机的具体组建结构及其工作原理。
实施例一，参见图2所示，本实施例的信号机遥控器主要由键盘、控制器和ZigBee射频模块等部分组成。其中，键盘作为人机交互的接口，通过按键电路将操作人员触发的按键转换为相应的电信号传输至控制器，通过控制器进行识别后，编码成相应的操作指令传输至ZigBee射频模块，通过ZigBee射频模块调制成无线射频信号发射出去，进而通过无线网络传输至信号机，以控制信号机响应操作人员的遥控操作。
在本实施例中，所述控制器可以采用一颗单片机实现，通过单片机的I/O口连接键盘电路，检测键盘上各按键的触发状态。单片机与ZigBee射频模块之间可以通过串行信号线连接通信，即将串行信号线连接在单片机和ZigBee射频模块的串口之间，比如UART接口，实现操作指令或者反馈信号的有线传输。
在本实施例的信号机遥控器中还设置有供电电路，提供键盘电路、单片机和ZigBee射频模块所需的工作电压。为了方便遥控器手持携带，优选采用电池和稳压电路来设计所述的供电电路。将所述稳压电路连接电池，接收电池输出的直流电压并转换成所述键盘电路、单片机和ZigBee射频模块所需幅值的工作电压，分别传输至键盘电路、单片机和ZigBee射频模块的供电端，为各功能模块供电。
当然，所述供电电路也可以采用其它多种结构形式设计实现，本实施例并不仅限于以上举例。
为了能够与上述信号机遥控器建立起相互适配的无线通讯链接机制，本实施例在现有信号机的基础上增设了接收单元，如图3所示，包括ZigBee模块、处理器和供电电路等主要组成部分。其中，ZigBee模块与遥控器中的ZigBee射频模块相同，通过配置与ZigBee射频模块相同的网络PAN ID组到同一网络中。该网络由信号机遥控器中的ZigBee射频模块发起并组织，在ZigBee无线通讯网络的作用范围内，所有网络内的信号机都可以利用其接收单元中的ZigBee模块接收到信号机遥控器发射出的操作指令，进行解调后传输至接收单元中的处理器进行指令解析和处理，进而生成相应的操控命令通过处理器的串口或者I/O口传输至信号机中的主控单元，以生成相应的控制信号输出至信号灯电路，对信号灯的工作时序进行控制，由此实现操作人员对信号机的远程无线操作。
在本实施例中，所述处理器也可以采用一颗单片机设计实现，单片机与ZigBee模块之间同样可以通过串行信号线连接通信，即将串行信号线连接在单片机与ZigBee模块的串口之间，比如UART接口等，以实现单片机与ZigBee模块之间信号的有线传输。
接收单元中的供电电路连接所述的单片机和ZigBee模块，输出直流工作电压为单片机和ZigBee模块供电。所述供电电路的输入电源可以直接从信号机中原有的供电电源中获取，进行稳压处理后输出单片机和ZigBee模块所需幅值的工作电压。当然，也可以采用电池进行供电，本实施例对此不进行具体限制。
考虑到信号机往往安装于室外，易受外界恶劣环境的影响，因此，为了保证本实施例信号机的运行安全，优选将上述接收单元内置于信号机的机柜内，以避免遭受外界环境的侵蚀。当然，出于对无线信号接收灵敏度的考虑，ZigBee模块的射频天线最好伸出机柜，如图3所示。
本实施例的信号机控制系统主要基于ZigBee无线通信技术，采用802.15.4(Zig.Bee)协议，具有高速率、低时延、低功耗、低成本、网络容量高等特点。同时，由于通信会受到无线干扰和较差的发送/接收条件的破坏，ZigBee使用多项技术来确保通信的可靠性。首先，ZigBee网络在无线传输时采用编码机制。在2.4GHz频带采用的是正交移相键控(QPSK)调制技术，同时将4位数据符号变换为32位片序列。这样，既使在同一信道内，在同一时间有其它无线信号，ZigBee信息也能完整地到达目的地。其次，ZigBee网络传输采用带冲突避免的载波侦听、多点接入方案。简单地说，节点在发送前首先要侦听信道，看信道是否畅通；若信道正在工作，节点延时后再次侦听，这样反复进行，直到信道畅道为止才开始发送信息。其次，信息到达目的地后，信号机中的接收单元要发送一个确认信号来表示信息已经收到。如果遥控器在规定的时间内没有接收到确认信号，则遥控器将在一定时间间隔内再次发送原有的信息，以确保通信可靠。
当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式而已，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种信号机遥控器，包括键盘和与键盘电路相连接、根据键盘上各按键的触发状态生成相应操作指令的控制器；其特征在于：所述控制器与一ZigBee射频模块相连接，通过所述ZigBee射频模块与信号机建立起基于ZigBee协议的无线网络链接，以传输操作指令。
2.根据权利要求1所述的信号机遥控器，其特征在于：在所述信号机遥控器中设置有供电电路，将产生的供电电源传输至所述的键盘电路、控制器和ZigBee射频模块。
3.根据权利要求2所述的信号机遥控器，其特征在于：在所述供电电路中包含有电池和稳压电路，所述稳压电路连接电池，将电池输出的直流电压转换成所述键盘电路、控制器和ZigBee射频模块所需幅值的工作电压，分别传输至所述键盘电路、控制器和ZigBee射频模块的供电端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的信号机遥控器，其特征在于：所述ZigBee射频模块通过串行信号线连接控制器的串口，与控制器进行数据通信。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的信号机遥控器，其特征在于：所述控制器通过I/O口连接键盘电路，检测键盘上各按键的触发状态。
6.一种信号机控制系统，包括信号机和遥控器，其特征在于：在所述信号机中设置有基于ZigBee模块的接收单元；在所述遥控器中设置有可与所述ZigBee模块建立起基于ZigBee协议的无线网络链接、传输操作指令的ZigBee射频模块，所述ZigBee射频模块与遥控器中的控制器相连接，接收控制器输出的操作指令。
7.根据权利要求6所述的信号机控制系统，其特征在于：在所述遥控器中还设置有与所述控制器相连接的键盘电路。
8.根据权利要求6或7所述的信号机控制系统，其特征在于：在所述信号机的接收单元中还设置有与所述ZigBee模块相连接、接收并解析操作指令的处理器。
9.根据权利要求8所述的信号机控制系统，其特征在于：所述处理器与信号机内部的主控单元相连接，所述主控单元接收处理器解析输出的操控命令，进而生成相应的控制信号输出至信号灯电路，对信号灯的工作时序进行控制。
10.根据权利要求8所述的信号机控制系统，其特征在于：在所述遥控器和信号机的接收单元中均设置有供电电路，生成工作电压分别为遥控器和信号机接收单元中的各功能模块供电。
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