CN208873342U - 一种交通信号的教学实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交通信号的教学实验装置，包括机箱，机箱上设置有LCD‑RGB屏接口，机箱中设置有集成接口板，的集成接口板包括主控芯片、系统核心板、SD卡槽、I2C扩展模块、USB模块、仿真模块和第一复位电路、第二复位电路；SD卡槽、I2C扩展模块、USB模块和第一复位电路均连接系统核心板；第二复位电路和仿真模块均连接主控芯片；LCD‑RGB屏接口通过I2C扩展模块连接系统核心板。本实用新型可通过LCD‑RGB屏接口控制及显示道路交通状况，改善了教学交互，将课堂学习与实际运用紧密联系起来，激发了学生对交通信号控制系统设计开发的兴趣，减少教师实验教学工作压力。

Description

一种交通信号的教学实验装置

技术领域

本实用新型涉及交通信号控制实验设备，特别涉及一种交通信号的教学实验装置。

背景技术

1886年1月29日，两位德国人朱卡尔·木茨和戈特利布·戴姆乐获得世界上第一辆汽车的专利权，标志着世界上第一辆汽车诞生。第一辆汽车距今有132年的历史了，随着我们中国工业化的发展和国民经济进步人民生活发生了翻天覆天的变化，汽车对于人民来说不再是一个梦想了。预计到2020年中国汽车保有量将超过2亿辆，由此带来的道路交通压力更加突出。如何实现道路交通的安全高效通行成为交通部门最需要解决的问题，也使得各个高校越来越重视交通这个专业，为中国培养更多的交通专业学子而努力着。那么如何让在校学生坐在课室就能直观的了解到交通信号控制的组成，其工作原理是什么，如何来学习交通信号的控制和管理等。教学实验装置的出现，能为《交通工程》、《交通控制与管理》以及《智能交通系统导论》等课程提供教学实验和课程设计等支撑，为学生开展交通信号控制相关毕业设计和研发提供基础条件。

目前教学上的交通信号控制机存在以下缺点：体型大，携带不方便，不能因教学需要随意的变换位置；安装复杂，相应的系统硬件与软件投入费用高；交通信号控制机操作界面不灵敏，人机交互不友好等问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种交通信号的教学实验装置，解决教学上对城市道路交通的控制与管理。

为解决以上技术问题，本实用新型采取了以下技术方案：

一种交通信号的教学实验装置，包括机箱，所述机箱上设置有LCD-RGB屏接口，所述机箱中设置有集成接口板，所述的集成接口板包括主控芯片、系统核心板、SD卡槽、I2C扩展模块、USB模块、仿真模块和第一复位电路、第二复位电路；所述SD卡槽、I2C扩展模块、USB模块和第一复位电路均连接系统核心板；所述的第二复位电路和仿真模块均连接主控芯片；所述LCD-RGB屏接口通过I2C扩展模块连接系统核心板。

作为本实用新型的改进，所述集成接口板上设置LAN接口，所述LAN接口连接系统核心板。

作为本实用新型的改进，所述集成接口板上设置有电源模块、12V转5V模块和12V转3.3V模块，所述电源模块通过12V转5V模块连接系统核心板、USB模块和LCD-RGB屏接口；所述电源模块通过12V转3.3V模块连接主控芯片、第二复位电路、LAN接口、仿真模块、I2C扩展模块和SD卡槽。

作为本实用新型进一步的改进，所述集成接口板上设置有路口东南方向DB25母座和路口西北方向DB25母座，所述的路口东南方向DB25母座和路口西北方向DB25母座均连接主控芯片。

作为本实用新型进一步的改进，所述LCD-RGB屏接口镶嵌在机箱表面；所述机箱中设置有支架，所述集成接口板固定在所述支架上；所述机箱的背面设置有盖盒。

作为本实用新型更进一步的改进，所述主控芯片采用型号为STM32F103VET6的集成芯片。

作为本实用新型再进一步的改进，所述系统核心板采用Smart4418 Cortex-A9系统核心板。

相较于现有技术，本实用新型提供的交通信号的教学实验装置，可通过LCD-RGB屏接口控制及显示道路交通状况，改善了教学交互，将课堂学习与实际运用紧密联系起来，激发了学生对交通信号控制系统设计开发的兴趣，减少教师实验教学工作压力，并为教师开展交通科研工作提供基础环境。本实用新型的交通信号的教学实验装置还具有操作安全且方便，易维护，易扩展的特点。

附图说明

图1为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的结构示意图。

图2为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的结构框图。

图3为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的系统核心板的电路图。

图4为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的SD卡槽的电路图。

图5为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的I2C扩展模块的电路图。

图6为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的LCD-RGB屏接口的电路图。

图7为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的主控芯片的电路图。

图8为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的LAN接口的电路图。

图9为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的电源模块的电路图。

图10为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的12V转5V模块的电路图。

图11为本实用新型提供的交通信号的教学实验装置的12V转3.3V模块的电路图。

具体实施方式

本实用新型提供的教学实验装置是微型的联网型交通信号控制机，采用Android操作系统，应用电容触摸屏进行信号灯显示和控制操作，支持48路输出，教学实验装置可灵活设置对称放行和非对称放行等相位方案，能实现手动控制、黄闪控制、多相位分时段控制、特殊日控制等多种控制模式,可扩展接入视频、线圈、RFID等检测器实现感应控制，从而能使学生通过实验操作可加深对交通信号控制的基本概念、控制方式、配时方法等内容的理解，熟识路口交通信号控制机的工作原理和操作方法，将课堂学习与实际运用紧密联系起来。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1和图2，本实用新型提供的交通信号的教学实验装置包括：包括机箱10，所述机箱上设置有LCD-RGB屏接口20，所述机箱中设置有集成接口板30，所述的集成接口板包括主控芯片U1、系统核心板300、SD卡槽311、I2C扩展模块312、USB模块313、仿真模块315和第一复位电路314、第二复位电路318；所述SD卡槽311、I2C扩展模块312、USB模块313和第一复位电路314均连接系统核心板300；所述的第二复位电路318和仿真模块315均连接主控芯片U1；所述LCD-RGB屏接口20通过I2C扩展模块312连接系统核心板300。

本实施例中，所述LCD-RGB屏接口20镶嵌在机箱10表面；所述机箱10中设置有支架(图中未标号)，所述集成接口板30固定在所述支架上，确保集成接口板30受到撞击时，性能不受影响；所述机箱10的背面设置有盖盒，以便于拆机检修。更优的，集成接口板30与所述机箱10的后盖(图中未示出)之间保持预定间距，使集成接口板具有较好的散热效果。

SD卡槽311及USB模块313的数据直接传输给系统核心板300，经过系统核心板300处理后，可在LCD-RGB屏接口20上显示。所述第一复位电路用于在系统核心板出现故障时，重启系统核心板使系统核心板复位，所述第二复位电路用于在主控芯片出现故障时，重启主控芯片使主控芯片的工作复位。

请参阅图3和图4，所述系统核心板采用Smart4418Cortex-A9系统核心板，所述SD卡槽311中可插入SD卡。所述SD卡槽311的nCD管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的M0_CD管脚；所述SD卡槽311的DAT1管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的M0_D1管脚；所述SD卡槽311的DAT0管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的M0_D0管脚；所述SD卡槽311的CLK管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的M0_CK管脚；所述SD卡槽311的CMD管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的M0_CM管脚；所述SD卡槽311的CD/DAT3管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的M0_D3管脚；所述SD卡槽311的DAT2管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的M0_D2管脚。

请参阅图3、图5和图6，在本实用新型的交通信号的教学实验装置中，所述I2C扩展模块312包括PCA9536DP芯片及其外围的若干电阻、电容。所述LCD-RGB屏接口包括LCD-RGB屏接口及其外围的若干电阻、电容。

本实施例中，所述LCD-RGB屏接口的SDA管脚连接PCA9536DP芯片的SDA管脚和所述Smart4418Cortex-A9系统核心板300的I2_DA2管脚；所述LCD-RGB屏接口的SCL管脚连接PCA9536DP芯片的SCL管脚和所述Smart4418Cortex-A9系统核心板300的I2_CK2管脚；所述USB模块313的VBUS管脚连接所述Smart4418Cortex-A9系统核心板300的VBU_5V管脚。

所述UBS模块312采用MICRO USB接口，所述MICRO USB接口的D-管脚连接所述Smart4418Cortex-A9系统核心板300的U_O_D-管脚；所述MICRO USB接口的D+管脚连接所述Smart4418Cortex-A9系统核心板300的U_O_D+管脚；所述MICRO USB接口的ID管脚连接所述Smart4418 Cortex-A9系统核心板300的U_O_ID管脚。所述Smart4418Cortex-A9系统核心板300的NRES管脚连接第一复位电路，所述第一复位电路采用常规的开关式复位电路，此处不作详述。

请参阅图7，在本实用新型的交通信号的教学实验装置，所述主控芯片采用采用型号为STM32F103VET6的集成芯片，所述主控芯片的PA14管脚和PA13管脚连接仿真模块；所述主控芯片的NRST管脚连接第二复位电路。

请一并参阅图1、图2、图3和图8，所述集成接口板上设置LAN接口，所述LAN接口连接系统核心板。本实施例中，所术LAN接口采用ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片及其外围的若干电阻、电容。

所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的TRD1+管脚连接Smart4418 Cortex-A9系统核心板300的LA_0_P管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的TRD1-管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的LA_0_N管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的TRD2+管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的LA_1_P管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的TRD2-管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的LA_1_N管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的TRD3+管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的LA_2_P管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的TRD3-管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的LA_2_N管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的TRD4+管脚连接Smart4418 Cortex-A9系统核心板300的LA_3_P管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的TRD4-管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的LA_3_N管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的GREEN-管脚连接Smart4418Cortex-A9系统核心板300的LIN_L管脚；所述ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片的YELLOW-管脚连接Smart4418 Cortex-A9系统核心板300的SPE_L管脚。本实用新型通过ENTERNET_JKM-0001NL接口芯片实现与外部电脑进行数据传送。

进一步地，在本实用新型的交通信号的教学实验装置中，所述集成接口板上设置有电源模块、12V转5V模块317和12V转3.3V模块316，所述电源模块通过12V转5V模块连接系统核心板、USB模块和LCD-RGB屏接口；所述电源模块通过12V转3.3V模块连接主控芯片、第二复位电路、LAN接口、仿真模块、I2C扩展模块和SD卡槽。

请参阅图7和图9，所述电源模块包括DC接口、电源开关、二极管、电容等，用于输出12V直流电压。所述DC接口采用DC12V2A直流电源接口，所述电源开关为按键开关，所述电源模块输出的12V电压分别输入12V转5V模块和12V转3.3V模块中。

请一并参阅图10，所述12V转5V模块包括第一电压转换芯片及其外围的电感、二极管、及若干电阻、电容，所述第一电压转换芯片的VIN管脚连接电源模块接入12V电压，经第一电压转换芯片将12V直流电压转换成5V直流电压从第一电压转换芯片的PH管脚输出，第一电压转换芯片的PH管脚分别连接USB模块313的VBUS管脚、Smart4418Cortex-A9系统核心板300的VDD_5V管脚和触摸液晶显示屏20的5V管脚，分别给其供电。

请一并参阅图11，所述12V转3.3V模块包括第二电压转换芯片及其外围的电感、二极管、及若干电阻、电容，所述第二电压转换芯片的VIN管脚连接电源模块接入12V电压，经第二电压转换芯片将12V直流电压转换成3.3V直流电压从第二电压转换芯片的PH管脚输出，第二电压转换芯片的PH管脚分别连接STM32F103VET6主控芯片的NRST管脚、复位电路的开关接口S2-2、LAN接口304的YELLOW+管脚和GREEN+管脚、仿真模块315的JP3接口上的第4管脚、I2C扩展模块312的VDD管脚和SD卡槽311的VDD管脚，分别给其供电。

本实施例中，所述第一电压转换芯片和第二电压转换芯片均可采用型号为TPS54332的集成芯片，通过选用不同参数的外围电子器件(如在PH管脚输出侧选择不同的阻值的分压电阻)，使其输出不同的供电电压。

进一步地，所述集成接口板上设置有路口东南方向DB25母座和路口西北方向DB25母座，所述的路口东南方向DB25母座和路口西北方向DB25母座均连接主控芯片。所述路口东南方向DB25母座和路口西北方向DB25母座均采用25针的接头。

具体实施时，当连接设备(如电脑、及交通信号机等)成功后，Smart4418 Cortex-A9系统核心板300下发数据到主控芯片U1，主控芯片U1经过处理后转换数据传送到路口东南方向DB25母座接口305和路口西北方向DB25母座接口306，由路口东南方向DB25母座接口305和路口西北方向DB25母座接口306来控制信号灯的红绿黄灯亮灭状态。Smart4418Cortex-A9系统核心板300通过I2C扩展模块312转换数据到触摸液晶显示屏20。触摸液晶显示屏20实时模拟当前路口运行状态，方便直观地观察每个路口每个信号灯组灯色的工作状态，全触摸屏操作，使学生能够快速入门对信号机进行相位编辑、通讯管理、数据管理等操作。主控芯片U1内设256M的闪存记忆芯片，保证系统设置和数据的安全性。当突然丢失电源，恢复供电后重新加电，交通信号控制机的控制参数和实时脉冲信号不丢失，仍能正常工作。上位软件则根据相应软件设置来控制路口信号灯的管理，由于软件的控制部分为现有技术，此处不作详述。

为了更好的理解本实用新型，以下对本实用新型的教学实验装置的组装和工作方式进行详细说明：

首先，触摸液晶显示屏20与集成接口板30通过数据线连接，然后将集成接口板30固定在支架上，之后，把机箱10的后盖合上且固定好；之后，使用路口东南方向的连接线和路口西北方向的连接线接到机箱10；之后，接上随机箱附带的12V电源并打开电源开关后，启动交通信号控制实验软件，触摸液晶显示屏20显示系统设置菜单，系统设置菜单由两大功能模块组成，分别为运行文件和路口配置，其顶部设有导航栏，运行文件模块里面有：特殊日期、时段文件和相位方案，而路口配置模块里面有：路口名称、路口形态和灯组选择。

本实用新型的教学实验装置其系统由多套交通信号控制实验箱和配套交通信号控制上位机软件构成，共软件工作为现有技术，软件烧录的具体操作步骤如下：

第一步、安装集成接口板；第二步、连电源烧录安卓系统；第三步、安装上位软件；第四步、连接设备(如交通信号机)；第五步、运行教学实验装置软件。

其中，第一步中包含以下内容：

在集成接口板上安装主控芯片、Smart4418Cortex-A9系统核心板、SD卡槽、I2C扩展模块、USB模块、仿真模块和第一复位电路、第二复位电路；并且SD卡槽、I2C扩展模块、USB模块和第一复位电路均连接Smart4418 Cortex-A9系统核心板；第二复位电路和仿真模块均连接主控芯片；LAN接口连接Smart4418Cortex-A9系统核心板；DC接口和电源开关均连接12V转5V模块和12V转3.3V模块，12V转5V模块分别连接USB模块、Smart4418和触摸液晶显示屏，12V转3.3V模块分别连接STM32F103VET6主控芯片、复位电路、LAN接口、仿真模块、I2C扩展模块和SD卡槽。

第二步中包含以下内容：

连接电源后，通过制作好的SD卡烧录安卓系统到Smart4418Cortex-A9系统核心板，该系统核心板有个复位开关，如果获取数据不成功，可复位该系统核心板；通过仿真模块烧写C语言代码到STM32F103VET6主控芯片，该主控芯片有个复位开关，如果获取数据不成功，可复位该主控芯片。该主控芯片通过IO口控制路口信号灯的红绿黄灯亮灭状态；

第三步包含以下内容：

在安卓系统下，安装上位软件；如果安卓系统下已有此上位软件，需要把原先的上位软件卸载了再安装。

第四步包含以下内容：

在第1-3步成功后，通过数据线连接触摸液晶显示屏和集成接口板，固定好集成接口板在支架上，然后，用机箱后盖合上且固定好。连接相应的路口东南方向和西北方向的48路信号输出端，接上电源接口和打开电源开关，机箱上的电源信号红灯一直处于红色，则说明供电正常，当有数据下发或者路口交通信号灯转换时，则机箱上的电源信号绿灯处于闪烁状态。

第五步包含以下内容：

连接电源正常后，触摸液晶显示屏会显示安卓系统界面，运行对应的上位软件主界面，实时模拟当前路口运行状态，方便直观地观察每个路口每个信号灯组灯色的工作状态。关于上位软件操作说明，为现有技术，在此不详谈。

综上所述，本实用新型应用触摸屏和Android操作系统改善教学交互，设计集成接口板，开发对应的上位机软件。本系统可独立开展实验教学，或结合交通信号演示板或交通沙盘，也可输出红绿灯状态，与交通信息检测实验系统、电子警察实验系统实现集成。本系统提供实验指导书，能为《交通工程》、《交通控制与管理》以及《智能交通系统导论》等课程提供教学实验和课程设计等支撑，为学生开展交通信号控制相关毕业设计和研发提供基础条件。

本实用新型可灵活设置对称放行和非对称放行等相位方案，能实现手动控制、黄闪控制、多相位分时段控制、特殊日控制等多种控制模式,可扩展接入视频、线圈、RFID等检测器实现感应控制。学生通过实验操作可加深对交通信号控制的基本概念、控制方式、配时方法等内容的理解，熟识路口交通信号控制机的工作原理和操作方法，将课堂学习与实际运用紧密联系起来。激发了学生对交通信号控制系统设计开发的兴趣，减少教师实验教学工作压力，并为教师开展交通科研工作提供基础环境。设备操作安全且方便，易维护，易扩展。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种交通信号的教学实验装置，其特征在于，包括机箱，所述机箱上设置有LCD-RGB屏接口，所述机箱中设置有集成接口板，所述的集成接口板包括主控芯片、系统核心板、SD卡槽、I2C扩展模块、USB模块、仿真模块和第一复位电路、第二复位电路；所述SD卡槽、I2C扩展模块、USB模块和第一复位电路均连接系统核心板；所述第二复位电路和仿真模块均连接主控芯片；所述LCD-RGB屏接口通过I2C扩展模块连接系统核心板。

2.根据权利要求1所述的交通信号的教学实验装置，其特征在于，所述集成接口板上设置LAN接口，所述LAN接口连接系统核心板。

3.根据权利要求1所述的交通信号的教学实验装置，其特征在于，所述集成接口板上设置有电源模块、12V转5V模块和12V转3.3V模块，所述电源模块通过12V转5V模块连接系统核心板、USB模块和LCD-RGB屏接口；所述电源模块通过12V转3.3V模块连接主控芯片、第二复位电路、LAN接口、仿真模块、I2C扩展模块和SD卡槽。

4.根据权利要求1所述的交通信号的教学实验装置，其特征在于，所述集成接口板上设置有路口东南方向DB25母座和路口西北方向DB25母座，所述的路口东南方向DB25母座和路口西北方向DB25母座均连接主控芯片。

5.根据权利要求1所述的交通信号的教学实验装置，其特征在于，所述LCD-RGB屏接口镶嵌在机箱表面；所述机箱中设置有支架，所述集成接口板固定在所述支架上；所述机箱的背面设置有盖盒。

6.根据权利要求1所述的交通信号的教学实验装置，其特征在于，所述主控芯片采用型号为STM32F103VET6的集成芯片。

7.根据权利要求1所述的交通信号的教学实验装置，其特征在于，所述系统核心板采用Smart4418Cortex-A9系统核心板。