CN201667131U - 支持无线通讯的信号机及基于该信号机的无线控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种支持无线通讯的信号机及基于该信号机的无线控制系统，包括机柜和控制器，所述控制器与一下位机无线通讯模块有线连接，通过下位机无线通讯模块与上位机建立无线通信链接，传输操控信号，实现上位机与信号机之间数据信号的无线传输，从而在信号机的内部控制方案需要变更或进行其他操作时，不需要开启信号机的机柜门，即可接收上位机发出的操控指令，实现对信号机控制方案的更新配置。不仅操作简便，省时省力，而且操作过程不受天气条件影响，可随时进行，可以有效避免信号机内部电气装置遭受恶劣环境的侵蚀破坏，进而提高了信号机运行的可靠性，延长了信号机的使用寿命。

Description

支持无线通讯的信号机及基于该信号机的无线控制系统 

技术领域

本实用新型属于道路交通信号机技术领域，具体地说，是涉及一种支持无线通讯技术的交通信号机以及基于所述信号机构建的无线网络控制系统。 

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，已经普遍使用了信号机对交叉路口交通信号进行单点、干线或区域控制。信号机的技术水平、可靠性直接关系到它在道路交通信号控制及信号控制系统中所发挥的作用。 

伴随着城市现代化水平发展速度的日益加快，道路交通问题日趋复杂，同一地区的交通控制方案经常需要在不同时期进行适应性调整，因此对信号机的操作配置频次明显增加。而现有信号机在进行配置等操作时，需要通过串口等有线方式实现信号机与上位机的连接和信号通讯，该操作方式在操作过程中需 要打开信号机的机柜门，连接串口线，现场操作非常不方便，而且在有风、有雾或者雨雪天气时进行此类操作会对信号机造成不利影响。 

实用新型内容

本实用新型为了解决现有信号机由于采用有线通信方式进行调配操作所带来的操作不便、对信号机本身造成不良影响的问题，提供了一种支持无线通讯的信号机，无需开启信号机机柜即可实现操控指令的可靠接收，从而使得操作过程更加便利。 

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： 

一种支持无线通讯的信号机，包括机柜和控制器，所述控制器与一下位机无线通讯模块有线连接，通过所述下位机无线通讯模块与上位机建立无线通信链接，传输操控信号。 

进一步的，在所述的下位机无线通讯模块中包含有一信号转换芯片和一ZigBee射频模块；所述信号转换芯片连接在控制器与ZigBee射频模块之间，实现控制器与ZigBee射频模块之间传输信号形式的双向转换；所述ZigBee射频模块建立起基于ZigBee协议的无线网络与上位机进行通信。 

又进一步的，所述信号转换芯片为一UART转RS232的串口转换芯片，其UART接口连接ZigBee射频模块，RS232接口连接控制器的RS232串口。 

优选的，所述下位机无线通讯模块优选内置于机柜内，仅其射频天线伸出机柜，以防遭受恶劣环境的损坏。 

再进一步的，所述下位机无线通讯模块优选设置于独立的机壳内，为了方便操作，所述机壳上可以设置连接所述下位机无线通讯模块用于产生复位信号的复位按键，以及用于连接控制器的接口，比如RS232接口等。 

基于上述支持无线通讯的信号机，本实用新型又提供了一种建立在所述信号机基础上的无线控制系统，包括上位机和信号机，在所述信号机中包含有控制器和与所述控制器有线连接的下位机无线通讯模块；所述上位机连接一上位 机无线通讯模块，并通过所述上位机无线通讯模块与下位机无线通讯模块建立无线通信链接，进而与信号机控制器进行数据通信。 

进一步的，在所述下位机无线通讯模块和上位机无线通讯模块中均包含有一信号转换芯片和一ZigBee射频模块；所述信号转换芯片连接在ZigBee射频模块与控制器或上位机之间，实现ZigBee射频模块与控制器或上位机之间传输信号形式的双向转换；所述ZigBee射频模块建立起基于ZigBee协议的无线网络实现上位机与信号机控制器之间的无线通信。 

又进一步的，所述上位机无线通讯模块中的信号转换芯片为一USB转UART的串口转换芯片，其UART接口连接ZigBee射频模块，USB接口连接上位机的USB端口；所述下位机无线通讯模块中的信号转换芯片为一UART转RS232的串口转换芯片，其UART接口连接ZigBee射频模块，RS232接口连接信号机控制器的RS232串口。 

优选的，所述上位机无线通讯模块外接于所述的上位机；下位机无线通讯模块内置于信号机的机柜内，仅其射频天线伸出机柜。 

再进一步的，所述上位机无线通讯模块和下位机无线通讯模块均设置于独立的机壳内，机壳上均设置有连接无线通讯模块用于产生复位信号的复位按键，以及用于连接上位机或者信号机控制器的接口。 

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与上位机之间采用无线通讯技术实现数据交互，在信号机的内部控制方案需要变更或进行其他操作时，不需要开启信号机的机柜门，即可接收上位机发出的操控指令，实现对信号机控制方案的更新配置。不仅操作简便，省时省力，而且操作过程不受天气条件影响，可随时进行，可以有效避免信号机内部电气装置遭受恶劣环境的侵蚀破坏，从而提高了信号机运行的可靠性，延长了信号机的使用寿命。 

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无线控制系统的一种实施例的无线通讯示意图； 

图2是下位机无线通讯模块内部电路的一种实施例的原理框图； 

图3是上位机无线通讯模块内部电路的一种实施例的原理框图； 

图4是下位机无线通讯模块的一种实施例的外形结构图； 

图5是上位机无线通讯模块的一种实施例的外形结构图。 

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道路交通信号机操作的便利性，采用无线网络通讯机制来对现有的信号机和上位机进行改进，以构建基于无线网络的无线控制系统，由此使得上位机可以以无线通讯的方式与位于不同路口的信号机随时进行数据交互，实现对信号机控制方案的远距离更新和调配，从而适应不同时期的道路交通运行情况。所述无线控制系统的工作原理参见图1所示。 

下面通过一个具体的实施例来详细阐述所述无线控制系统的具体组建结构及其工作原理。 

实施例一，为了使道路交通信号机具有接收无线信号的能力，本实施例对现有的信号机进行改进，在原有硬件结构的基础上增加一个下位机无线通讯模块，并与信号机中原有的控制器进行有线连接，进而利用所述下位机无线通讯模块与上位机建立起无线通信链接网络，以实现操控信号的有效传输。 

在本实施例中，所述下位机无线通讯模块与上位机之间优选采用基于ZigBee标准的无线网络通讯方式来实现操控信号的无线传输，这样便可以继承ZigBee网络的低功耗和自组网能力强的优点，并且其通讯距离也较远，能够很好地满足道路交通控制系统的远程操控设计需求。 

在本实施例中，所述下位机无线通讯模块可以采用如图2所示的电路组建结构进行设计，包括信号转换芯片和ZigBee射频模块。其中的信号转换芯片可以根据信号机控制器和ZigBee射频模块所要求的信号传输形式来具体选择合适的型号。本实施例以UART转RS232的串口转换芯片为例进行说明，比如型号为MAX232的集成芯片，其UART接口通过数据输入信号线DIN、数据输出信号线DOUT和地线GND连接ZigBee射频模块的UART接口，串口转换芯片的RS232接口通过数据接收信号线RXD、数据发送信号线TXD和地线GND连接控制器的RS232串口，实现控制器与ZigBee射频模块之间UART数据格式与RS232数据格式之间的相互转换。 

在信号机控制器上连接上述下位机无线通讯模块以后，通过上位机发射的操控信号，比如控制方案的配置信号，由下位机无线通讯模块接收后，解调并转换成UART串行数据传输至信号转换芯片，生成RS232串行数据发送给信号机控制器，以修改其事先保存的配置数据，实现对交通信号灯控制方案的自动更新。 

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，优选将上述下位机无线通讯模块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，下位机无线通讯模块的射频天线最好伸出机柜，如图1所示。 

在本实施例中，所述下位机无线通讯模块优选设计成独立的部分，即内置于独立的机壳41中，如图4所示。为了方便其与控制器连接，优选在机壳41上设置能够与控制器接口匹配连接的插接口44，比如RS232接口，进而通过一条RS232信号线即可实现下位机无线通讯模块与控制器的连接通信。 

为了方便修护人员对下位机无线通讯模块的操作，本实施例优选在机壳41上配置用于产生复位信号的复位按键43，连接机壳41中的内部电路，比如信号转换芯片和ZigBee射频模块，以在调试过程中方便地对各功能电路进行复位操作。 

作为一种优选设计方案，本实施例还在所述下位机无线通讯模块的机壳41上设置了指示灯单元42，如图4所示，用于对网络信号、收发信号、信号强度等进行直观指示。 

基于上述支持无线通信的信号机，本实施例对现有的上位机也进行了适应性改进，以实现上位机与信号机之间的无线网络通信要求。如图1所示，在现有上位机的基础上增设一个上位机无线通讯模块，可以采用外接或者内置的设计方式。上位机在需要对信号机进行操作时，首先通过上位机无线通讯模块与信号机中的下位机无线通讯模块建立起无线通信网络；然后将配置数据传输至上位机无线通讯模块，经上位机无线通讯模块转换后生成射频信号，通过无线网络发送至信号机，完成调配操作。 

在本实施例中，所述上位机无线通讯模块的电路组建形式参见图3所示，出于与信号机中下位机无线通讯模块匹配设计的考虑，同样包括信号转换芯片和ZigBee射频模块。但其中的信号转换芯片应该根据上位机和ZigBee射频模块所要求的信号传输形式来具体选择合适的型号。本实施例以USB转UART的串口转换芯片为例进行说明，比如型号为FT232RL的集成芯片，其UART接口通过数据输入信号线DIN、数据输出信号线DOUT和地线GND连接ZigBee射频模块的UART接口；其USB接口通过USB数据线连接上位机的USB接口，以差分信号的形式传输数据USBDM、USBDP并共地GND，以实现上位机与ZigBee射频模块之间UART数据格式与USB数据格式之间的相互转换。 

信号机中的下位机无线通讯模块与上位机无线通讯模块通过配置相同的网络PAN ID组到同一网络中，该网络由上位机无线通讯模块的ZigBee射频模块发起并组织，在上位机无线通讯模块作用范围内，网络内的信号机可以通过下位机无线通讯模块与上位机进行信息交互，从而实现无线操作。同一地区不同路口的信号机控制器均通过下位机无线通讯模块上组到同一网络，这样在同一地区不同路口的信号机均可以通过同一台上位机进行控制方案的更新配置，大大方便了维护人员的调配操作，且可以不受环境因素的影响随时进行。 

为了进一步方便维护人员的操作，本实施例的上位机无线通讯模块优选设置在独立的机壳51内，如图5所示，采用与传统上位机外接的方式进行设计。在机壳51上开设用于连接上位机的插接口54，比如USB接口，使用时通过USB数据线插接到上位机的其中一路USB接口上，即可完成整个无线控制系统的组建过程。 

同样的，在本实施例的上位机无线通讯模块的壳体51上也优选配置一个用于控制模块内部电路准确复位的复位按键53，如图5所示，以方便维护人员进行系统调试。在壳体51上设置指示灯单元52，则可以用于对网络信号、收发信号、信号强度等进行直观指示，以方便维护人员了解系统当前的运行情况。 

当然，本实施例虽然仅是以基于ZigBee标准的无线网络通讯方式来具体阐述无线控制系统的组建形式，但是，对于本领域的普通技术人员来讲，在上述实施例的启发下，结合现有知识可以很容易地扩展出基于其它多种无线网络通信标准的无线通信模块电路设计，这些扩展设计也应属于本实用新型的保护范围。 

应当指出的是，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)

1.一种支持无线通讯的信号机，包括机柜和控制器，其特征在于：所述控制器与一下位机无线通讯模块有线连接，通过所述下位机无线通讯模块与上位机建立无线通信链接，传输操控信号。

2.根据权利要求1所述的支持无线通讯的信号机，其特征在于：在所述的下位机无线通讯模块中包含有一信号转换芯片和一ZigBee射频模块；所述信号转换芯片连接在控制器与ZigBee射频模块之间，实现控制器与ZigBee射频模块之间传输信号形式的双向转换；所述ZigBee射频模块建立起基于ZigBee协议的无线网络与上位机进行通信。

3.根据权利要求2所述的支持无线通讯的信号机，其特征在于：所述信号转换芯片为一UART转RS232的串口转换芯片，其UART接口连接ZigBee射频模块，RS232接口连接控制器的RS232串口。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的支持无线通讯的信号机，其特征在于：所述下位机无线通讯模块内置于机柜内，仅其射频天线伸出机柜。

5.根据权利要求4所述的支持无线通讯的信号机，其特征在于：所述下位机无线通讯模块设置于独立的机壳内，机壳上设置有连接所述下位机无线通讯模块用于产生复位信号的复位按键，以及用于连接控制器的接口。

6.一种无线控制系统，包括上位机和信号机，其特征在于：在所述信号机中包含有控制器和与所述控制器有线连接的下位机无线通讯模块；所述上位机连接一上位机无线通讯模块，并通过所述上位机无线通讯模块与下位机无线通讯模块建立无线通信链接，进而与信号机控制器进行数据通信。

7.根据权利要求6所述的无线控制系统，其特征在于：在所述下位机无线通讯模块和上位机无线通讯模块中均包含有一信号转换芯片和一ZigBee射频模块；所述信号转换芯片连接在ZigBee射频模块与控制器或上位机之间，实现ZigBee射频模块与控制器或上位机之间传输信号形式的双向转换；所述ZigBee射频模块建立起基于ZigBee协议的无线网络实现上位机与信号机控制器之间的无线通信。

8.根据权利要求7所述的无线控制系统，其特征在于：所述上位机无线通讯模块中的信号转换芯片为一USB转UART的串口转换芯片，其UART接口连接ZigBee射频模块，USB接口连接上位机的USB端口；所述下位机无线通讯模块中的信号转换芯片为一UART转RS232的串口转换芯片，其UART接口连接ZigBee射频模块，RS232接口连接信号机控制器的RS232串口。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的无线控制系统，其特征在于：所述上位机无线通讯模块外接于所述的上位机；下位机无线通讯模块内置于信号机的机柜内，仅其射频天线伸出机柜。

10.根据权利要求9所述的无线控制系统，其特征在于：所述上位机无线通讯模块和下位机无线通讯模块均设置于独立的机壳内，机壳上均设置有连接无线通讯模块用于产生复位信号的复位按键，以及用于连接上位机或者信号机控制器的接口。

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