CN203858758U

CN203858758U - 一种风光互补式交通信号灯自适应控制装置

Info

Publication number: CN203858758U
Application number: CN201420130150.XU
Authority: CN
Inventors: 刘娇娇; 王致杰; 叶一枝; 章筠; 张祯海; 闫凤; 孙义恒
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2024-03-21

Abstract

本实用新型一种风光互补式交通信号灯自适应控制装置，包括设置在路口的信号灯控制柜以及在信号灯控制柜上方且沿信号灯控制柜轴向依次设有信号灯、光伏板和风力发电机；在信号灯控制柜下方且沿信号灯控制柜轴向设有蓄电池，所述蓄电池通过设置在所述信号灯控制柜内的风光互补控制器分别与所述光伏板和风力发电机相连；风光互补控制器内设有第一单片机，第一单片机与设置在信号灯控制柜内的信号灯控制器相连；信号灯控制器与信号灯相连；在信号灯控制柜内还设有无线信号接收器，无线信号接收器与第一单片机相连，同时与设置在离路口一预定距离值的无线信号发射器通信；无线信号发射器通过第二单片机与红外传感器相连，红外传感器用于检测车流量。

Description

一种风光互补式交通信号灯自适应控制装置

技术领域

本实用新型涉及电气控制技术领域，具体的说，是一种风光互补式交通信号灯自适应控制装置。

背景技术

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

传统的十字路口的交通信号灯控制是：事先经过车辆流量的调查，运用统计方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已经不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的是需要一种能够根据流量变化情况而自适应控制的交通灯装置。

再者，在深夜的公路上，车流量极少，信号灯仍然工作，这在一定程度上造成了能源浪费。

随着可再生能源的发展，尤其是风光互补方式逐渐地运用到各个领域。鉴于，交通信号灯耗电量较小，因此采用风能和太阳能互补方式以给交通灯供电是未来交通信号灯发展的趋势。

故，提供一种基于风光互补且能够根据车辆流量变化而控制交通灯的装置，是现有技术中亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种风光互补式交通信号灯自适应控制装置。本装置打破传统的信号灯控制方式，实现根据车流量来控制交通信号灯，方便交通运行，而且采用可再生能源为之供电，具有清洁环保的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。

一种风光互补式交通信号灯自适应控制装置，包括：设置在路口的信号灯控制柜以及在所述信号灯控制柜上方且沿信号灯控制柜轴向依次设有信号灯、光伏板和风力发电机；在所述信号灯控制柜下方且沿信号灯控制柜轴向设有蓄电池，所述蓄电池通过设置在所述信号灯控制柜内的风光互补控制器分别与所述光伏板和风力发电机相连；所述风光互补控制器内设有一第一单片机，所述第一单片机与设置在所述信号灯控制柜内的信号灯控制器相连；所述信号灯控制器与所述信号灯相连；在所述信号灯控制柜内还设有一无线信号接收器，所述无线信号接收器与所述第一单片机相连，同时与设置在离路口一预定距离值的无线信号发射器通信；所述无线信号发射器通过一第二单片机与红外传感器相连，所述红外传感器用于检测车流量。

可选的，所述第一单片机采用dsPIC30F2010型单片机。

可选的，所述无线信号发射器和无线信号接收器均采用nRF401射频模块。

可选的，所述红外传感器为对射型红外传感器，且分别设置道路的两侧且相对设置。

可选的，所述第二单片机为一dsPIC30F2010型单片机。

可选的，在所述信号灯控制柜的表面设有一手触按钮和一手触指示灯，所述手触按钮和手触指示灯分别与所述第一单片机相连。

可选的，所述蓄电池包括第一蓄电池和第二蓄电池，所述第一蓄电池和第二蓄电池交替作为主电池和备用电池。

本实用新型的优点在于：

（1）上班高峰期时车流量较多，本装置不工作，而是继续采用传统的交通信号灯控制方法；

（2）非上班高峰期时，红外传感器检测车流量，并且通过第一单片机的配合使用，以控制路口交通信号灯的开亮时间，从而使得交通运行更顺畅；

（3）当行人要穿越马路，且该路口的红外传感器未检测到机动车辆要通过，行人可以通过触动手触按钮以向本装置发送一指令，通过第一单片机的逻辑处理以改变该路口的信号灯亮暗时间，从而节省行人过马路的时间，同时也保障交通安全；

（4）在深夜车流量极少的时间段，通过红外传感器检测是否有机动车辆或行人通过，若未检测，可以关闭交通信号灯，以节省能源消耗。

附图说明

图1是本实用新型风光互补式交通信号灯自适应控制装置的结构示意图。

图2是本实用新型风光互补式交通信号灯自适应控制装置的安装位置示意图。

图3是本实用新型风光互补式交通信号灯自适应控制装置的组件连接图。

图4是所述第二单片机和无线信号发射器的电路设计图。

图5是所述第一单片机和无线信号接收器的电路设计图。

图中的标号分别表示：

1、信号灯控制柜；2、信号灯；3、光伏板；

4、风力发电机；5、蓄电池；6、第一单片机；

7、信号灯控制器；8、传统交通信号灯装置；

9、无线信号接收器；10、无线信号发射器；

11、红外传感器；12、手触按钮；13、手触指示灯；

14、第二单片机；20、风光互补式交通信号灯自适应控制装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的风光互补式交通信号灯自适应控制装置的具体实施方式做详细说明。

参见图1和图3所示，一种风光互补式交通信号灯自适应控制装置20，包括设置在路口的信号灯控制柜1。在所述信号灯控制柜1上方且沿信号灯控制柜1轴向依次设有信号灯2（例如红灯、黄灯和绿灯）、光伏板3和风力发电机4。

在所述信号灯2的正上方设有一光伏板3。所述光伏板3用于采集太阳能，并且使其转化为电能。在所述光伏板3的正上方设有一风力发电机4。所述风力发电机4的型号及规格为HY-400L/24V。所述风力发电机4的风轮叶片（图中未示）与轴垂直。当所述风力发电机4的风轮叶片受到风力作用而发生转动时，能够将风能转化为电能，并存储在蓄电池中。其中所述风轮叶片（图中未示）为三片，三片风轮叶片具有较好的动平衡，不仅可以减少风力发电机4轴承的磨损，而且可以降低维修成本。由于所述风轮叶片呈为鸟翼型，因此，所述风轮叶片可以产生的风流量较大，而且噪声低，符合流体力学原理。通过本装置的光伏板3和风力发电机4可以供应能源给信号灯2，并且通过一风光互补控制器（图中未示）来控制蓄电池5的充放电管理和信号灯2的供电稳定。

在所述信号灯控制柜1下方且沿信号灯控制柜1轴向设有蓄电池5，所述蓄电池5通过设置在所述信号灯控制柜1内风光互补控制器的控制分别与所述光伏板3和风力发电机4相连。在本实施方式中，所述蓄电池5包括第一蓄电池和第二蓄电池（图中未示），所述第一蓄电池和第二蓄电池交替作为主电池和备用电池。所述蓄电池5与一设置在所述风光互补控制器内的第一单片机6相连，参见图3。当第一单片机6检测到第一蓄电池和第二蓄电池的其中一个蓄电池充满电时，会自动切断对该蓄电池的充电，并且控制该蓄电池来给本装置各组件供电，同时将另一块蓄电池分别与所述风力发电机4和光伏板3接通，以对所述另一块蓄电池充电。

在本实施方式中，所述第一单片机6采用dsPIC30F2010型单片机。所述第一单片机6是增强型16位闪存数字信号控制器，CPU是改进型哈佛结构，最大工作速度支持30MIPS，带有6个10位模数转换器（ADC）和电机控制 PWM 模块，其第1、9、10、13、19、20、28、29引脚的外围电路是dsPIC30F2010单片机的典型设计电路，参见图5。

参见图3，所述第一单片机6与设置在所述信号灯控制柜1内的信号灯控制器7相连。所述信号灯控制器7与所述信号灯2相连，其中所述信号灯控制器7可以为传统交通信号灯的控制器。在上班高峰期时，由于车流量较多，所述第一单片机6根据判断处理，在高峰时段内不向传统交通信号灯装置8（包括信号灯控制器7和信号灯2）发送控制指令。所述传统交通信号灯装置8仍可以按其自身的固定计时亮灯方案来执行。而在非上班高峰期和深夜车流量极少的时间段，所述第一单片机6向传统交通信号灯装置8发送控制指令。即，所述第一单片机6向信号灯控制器7发送控制指令，以使与信号灯控制器7相连的信号灯2根据控制指令而开亮相应的灯（绿灯、黄灯或红灯）。在所述信号灯控制柜1内还设有一无线信号接收器9。所述无线信号接收器9与所述第一单片机6相连，同时与设置在离路口一预定距离值的无线信号发射器10通信。所述预定距离值可以为200米，从而保证车辆安全刹车距离和司机的反应时间。

所述无线信号发射器10通过一第二单片机14与一红外传感器11相连。在本实施方式中，所述第二单片机14为一dsPIC30F2010型单片机。

所述红外传感器11用于捕捉交通路面的车流量信息。在本实施方式中，所述红外传感器11为对射型红外传感器，采用奥托尼克斯BR20M-TDTD，可支持20米的对射距离，分别设置道路的两侧且相对设置，如图2所示的4对对射型红外传感器11。当设置在距离路口200多米处的红外传感器11检测到车流量时，能够传送所述车流量信息至所述第二单片机14。所述第二单片机14利用自身的运算处理能力对车流量信息进行处理，然后通过所述无线信号发射器10将所述车流量信息传送至设置在所述信号灯控制柜1内的无线信号接收器9。所述无线信号接收器9将所述车流量信息再传送至所述第一单片机6。所述第一单片机6对所述车流量信息进一步进行处理，并且在非上班高峰期或深夜车流量少的时间段内，发送控制指令至传统交通信号灯装置8内的信号灯控制器7，从而打破传统信号灯2的控制方式，实现根据车流量变化来控制信号灯2，从而方便交通运行。例如，通过红外传感器11检测车流量变化，当检测到沿道路东西方向的车流量较多时，可以通过所述第一单片机6的配合使用，相应地控制延长沿道路东西方向的绿灯开亮时间，从而使得交通运行更顺畅。

在非上班高峰期，距离路口200米处的红外传感器11实时检测车辆并获取车流量信息所对应的数字量信号，并且将所述数字量信号传送至第二单片机14，所述第二单片机14将车流量信息处理并发送至无线信号发射器10。无线信号发射器10将车流量信息发送给路口处的无线信号接收器9。无线信号接收器9将信息发送至第一单片机6，所述第一单片机6计算在一设定时间内所接收到的车流量，若单位时间内车流量较低，则所述第一单片机6控制信号灯控制器7，以适当缩减绿色信号灯的开亮时间。在深夜，车流量极低的情况下，所述第一单片机6经比较判断，控制所述信号灯控制器7，使得红黄绿三个灯均不亮，从而达到节能环保的效果。

继续参见图1，在本实施方式中，在所述信号灯控制柜1的表面设有一手触按钮12和一手触指示灯13，所述手触按钮12和手触指示灯13分别与所述第一单片机6相连。当行人要穿越一马路时，且该路口对应的红外传感器11未检测到有机动车辆要通过，行人可以通过触动手触按钮12，同时手触指示灯13亮。所述第一单片机6在接收到所述手触按钮12的开关信号后，并根据所述车流量信息来做逻辑处理，以控制该路口信号灯2的亮暗时间（例如改变红、绿灯的亮暗时间），从而节省行人过马路的时间，同时也保障交通安全。

所述无线信号发射器10和无线信号接收器9均采用nRF401射频模块。

参见图4所示，所述无线信号发射器10内的nRF401芯片与所述第二单片机14之间采用异步串行通信方式。所述第二单片机14（即dsPIC30F2010型单片机）的第16、17、18引脚与所述无线信号发射器10的nRF401芯片相连。其中，所述第二单片机14的第18引脚和第17引脚与nRF401芯片的DIN引脚与DOUT引脚连接，以控制数据的收发，所述第二单片机14的第16引脚与nRF401芯片的CS引脚连接，用于选择芯片的发射频率（例如433.92MHz)。所述红外线传感器将采集的车流量信息所对应的数字信号通过第4引脚传送至所述第二单片机14，所述第二单片机14对所述车流量信息进行处理后，再传送至所述无线信号发射器10的nRF401芯片，所述无线信号发射器10的nRF401芯片发送无线信号至所述无线信号接收器9的nRF401芯片。

参见图5所示，所述无线信号接收器9的nRF401芯片接收到所述无线信号发射器10的nRF401芯片所发送的无线信号，并且将所述车流量信息传送至所述第一单片机6。所述第一单片机6的第1、9、10、13、16、17、18、19、20、28、29引脚功能已经阐述过，不再赘述。所述第一单片机6的第3、4、5、6、7引脚分别接收光伏板输出的电压采集信号、蓄电池的电压信号、风力发电机的整流输出电流信号、光伏板输出的电流采集信号和风力发电机的整流输出电压信号等实时采集信号。所述第一单片机6的第25引脚和第23引脚为PWM输出口，分别输出可控占空比的PWM波，用于控制风力发电机4的降压电路中的IGBT通断，以及用于控制光伏板3的降压电路中的IGBT通断。所述第一单片机6的第14引脚用于接收所述手触按钮12的开关信号，第12引脚用于发送所述手触指示灯13的亮暗信号。所述第一单片机6的第2、11、15引脚分别与和所述信号灯控制器7相连的红灯、绿灯、黄灯的控制接口连接。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，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

1.一种风光互补式交通信号灯自适应控制装置，其特征在于，包括：设置在路口的信号灯控制柜以及在所述信号灯控制柜上方且沿信号灯控制柜轴向依次设有信号灯、光伏板和风力发电机；在所述信号灯控制柜下方且沿信号灯控制柜轴向设有蓄电池，所述蓄电池通过设置在所述信号灯控制柜内的风光互补控制器分别与所述光伏板和风力发电机相连；所述风光互补控制器内设有一第一单片机，所述第一单片机与设置在所述信号灯控制柜内的信号灯控制器相连；所述信号灯控制器与所述信号灯相连；在所述信号灯控制柜内还设有一无线信号接收器，所述无线信号接收器与所述第一单片机相连，同时与设置在离路口一预定距离值的无线信号发射器通信；所述无线信号发射器通过一第二单片机与红外传感器相连，所述红外传感器用于检测车流量。

2.根据权利要求1所述的风光互补式交通信号灯自适应控制装置，其特征在于，所述第一单片机采用dsPIC30F2010型单片机。

3.根据权利要求1所述的风光互补式交通信号灯自适应控制装置，其特征在于，所述无线信号发射器和无线信号接收器均采用nRF401射频模块。

4.根据权利要求1所述的风光互补式交通信号灯自适应控制装置，其特征在于，所述红外传感器为对射型红外传感器，分别设置在道路的两侧且相对设置。

5.根据权利要求1所述的风光互补式交通信号灯自适应控制装置，其特征在于，所述第二单片机为一dsPIC30F2010型单片机。

6.根据权利要求1所述的风光互补式交通信号灯自适应控制装置，其特征在于，在所述信号灯控制柜的表面设有一手触按钮和一手触指示灯，所述手触按钮和手触指示灯分別与所述第一单片机相连。

7.根据权利要求1所述的风光互补式交通信号灯自适应控制装置，其特征在于，所述蓄电池包括第一蓄电池和第二蓄电池，所述第一蓄电池和第二蓄电池交替作为主电池和备用电池。