CN211349553U - 一种高可靠性的交通信号灯信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高可靠性的交通信号灯信号采集装置，包括交通信号机、信号采集器、协议转换器、通信模块，信号采集器输入端与交通信号机的信号灯输出端连接，信号采集器输出端与协议转换器输入端连接，协议转换器输出端与通信模块信号输入端连接，信号采集器将交通信号机的信号灯电平信号转换为数字信号，协议转换器将信号采集器输出的信号协议转换为通信模块能接收的信号协议，通信模块将接收的交通信号灯信号通过无线或有线发送给RSU、车辆终端、远端的控制中心之一或任意组合。本实用新型的信号采集器直接物理连接采集交通信号机的信号灯信号，处理后经5G、4G等通信模块外送，具有架构简单、信号可靠性高、成本低、低延迟的特点。

Description

一种高可靠性的交通信号灯信号采集装置

技术领域

本实用新型属于交通控制设备技术领域，具体涉及一种架构简单、信号可靠性高、成本低、低延迟的高可靠性交通信号灯信号采集装置。

背景技术

现有的交通网络由于相对封闭，输出方式只有交通信号灯，因而在城市道路上行驶的机动车无法提前感知前方路口的灯态信号，而且司机手机客户端或者地图导航软件也无法得知前方路口交通信号灯的状态信息，从而无法提前预判路口交通状态信息来优化当前车辆行驶状态。例如，没有交通信号灯实时数据，导航软件无法计算出规避红灯的路线，由于无法提前预知，还容易造成交通事故。此外，在自动驾驶领域主要依赖于深度学习方法，通过车辆上安装摄像头来识别车辆前方道路的交通信号灯变化状态，但由于摄像头的识别会受天气、光线以及角度等影响，存在无法识别的情况，而且识别距离较短，难以达到规避红灯的目的；同时，增加摄像头及图像识别的服务器也会增大自动驾驶汽车的成本，制约自动驾驶汽车的商用发展。另外，由于交通信号灯对于确保道路交通安全发挥着重要作用，因此交管部门需要时刻关注交通信号灯的运行状态。目前，道路上交通信号灯是否异常，通常是通过专业人员进行人工巡检，以及热心市民电话通知反馈的形式进行汇总，不仅获取的实效性减低，而且存在严重的道路交通安全隐患。

为解决上述问题，有部分地区通过传统的RSU(Road Side Unit路侧单元)结合摄像头识别方式来获取路口交通状态信息。在交通信号灯的灯杆上或路口位置安设摄像头，定时拍摄交通信号灯的当前状态，生成图片或视频进行图像识别，判别出灯态信息，然后通过网络传给RSU，采用DSRC(Dedicated Short Range Communication)技术再将判别数据传送给机动车上的车载单元(OBU，On Board Unit)。该方式可以让车辆提前预知路口灯态信息，但因为要布设大量的RSU与摄像头，同时还要配备图像识别软硬件，建设成本高昂。摄像头由于处于路口等复杂室外环境且需要不间断定时抓拍，存在易损坏风险，可能造成车辆无法获取灯态信息的问题。此外，摄像头受天气、光线、角度、镜面灰尘、交通信号灯遮挡等因素影响，会存在无法识别或识别准确性大幅降低的情况。同时，车辆OBU只有经过有RSU的地方才能通讯获取交通信息，而实际上绝大部分地方是没有布设RSU的，因此可靠性与可用性差。

因此，传统交通信号灯信号采集装置存在建设成本大，技术与改造复杂、可靠性低、可用性差等缺陷，随着自动驾驶的兴起，迫切需要一种架构简单、信号可靠性高、成本低、低延迟的交通信号灯信号采集装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种架构简单、信号可靠性高、成本低、低延迟的高可靠性的交通信号灯信号采集装置。

本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型包括交通信号机、信号采集器、协议转换器、通信模块，所述信号采集器的输入端与交通信号机的交通信号灯信号输出端电连接，所述信号采集器的输出端与协议转换器的输入端信号连接，所述协议转换器的输出端与通信模块的信号输入端信号连接，所述信号采集器用于将交通信号机输出的交通信号灯电平信号转换为数字信号，所述协议转换器用于将信号采集器输出的信号协议转换为通信模块所能接收的信号协议，所述通信模块用于将所接收的交通信号灯信号通过无线商用网络或有线方式发送给RSU、车辆终端、远端的控制中心之一或任意组合。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过信号采集器直接与交通信号机的交通信号灯信号输出端物理连接以采集信号灯信号，经处理后的信号经通信模块外送，接收端可以采用常规无线终端就可以实时接收信号，不仅整体架构简单、成本低，而且不受天气、光线、角度的影响，采集信号过程不影响交通信号灯的正常工作，且通过通信模块经5G、 4G等公网或专用有线网络传输信号，信号延迟低，整体可靠性高，通过5G、4G等公网还能够有效扩展终端的接收距离，有利于提前规划路线以避免道路拥堵。因此，本实用新型具有架构简单、信号可靠性高、成本低、低延迟的特点。

附图说明

图1为本实用新型的拓扑结构示意图；

图2为图1之结构原理示意图；

图中：1-交通信号机，101-主控制器，102-接线排，2-信号采集器，201-I/O输入模块，202-光电隔离模块，203-MCU模块，204-I/O输出模块，205-内部看门狗模块，206-外部看门狗模块，207-电源转换模块，208-EEPROM模块，3-协议转换器，4-通信模块，5-交通信号灯， 6-5G基站。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1和2所示，本实用新型包括交通信号机1、信号采集器2、协议转换器3、通信模块4，所述信号采集器2的输入端与交通信号机1的交通信号灯信号输出端电连接，所述信号采集器2的输出端与协议转换器3的输入端信号连接，所述协议转换器3的输出端与通信模块4的信号输入端信号连接，所述信号采集器2用于将交通信号机1输出的交通信号灯电平信号转换为数字信号，所述协议转换器3用于将信号采集器2输出的信号协议转换为通信模块4所能接收的信号协议，所述通信模块4用于将所接收的交通信号灯信号通过无线商用网络或有线方式发送给RSU、车辆终端、远端的控制中心之一或任意组合。

所述信号采集器2的输入端与交通信号机1的交通信号灯信号输出接线排上的接线端子直接电连接，或者与交通信号机1的交通信号灯信号输出线上设置的互感线圈电连接。

所述信号采集器2的输入端设置有多路开关量输入接口并分别与一个或多个交通信号机1的多路交通信号灯信号输出端电连接。

所述信号采集器2包括I/O输入模块201、光电隔离模块202、MCU模块203、I/O输出模块204，所述交通信号机1的交通信号灯信号输出端与 I/O输入模块201电连接，所述I/O输入模块201通过光电隔离模块202与 MCU模块203的输入端口电连接，所述I/O输出模块204与MCU模块203 的输出端口电连接。

所述信号采集器2还包括与MCU模块203信号连接的内部看门狗模块205。

所述信号采集器2还包括与信号采集器2的MCU模块203信号连接的外部看门狗模块206。

所述I/O输出模块204的输出端口为RS-485端口并与协议转换器3的 RS-485端口信号连接，所述协议转换器3的输出端口为RJ-45端口和/或 Wi-Fi端口。

所述协议转换器3通过RJ-45端口或Wi-Fi端口与通信模块4信号连接。

所述信号采集器2还包括电源转换模块207，所述电源转换模块207 的输入端口与市电连接且输出端口与光电隔离模块202及MCU模块203 的供电端口电连接。

所述通信模块4为5G通信模块、4G通信模块、WIFI通信模块、RSU 单元或有线网卡。

本实用新型的工作过程：

如图1和2所示，交通信号机1设置于城市道路边或路口周边，每个交通信号机1通过控制线缆连接多路交通信号灯，可以同时控制区域内多路交通信号灯的工作状态，实现城市道路交通控制与管理。交通信号机1的交通信号灯接线排102上具有多个接线端子，为多开关量输入接口与多开关量输出接口。每个开关量输入接口与输出接口控制交通信号灯的某一个灯，如红灯或黄灯或绿灯。由于接线排102上有多个接线端子，可以同时接多路交通信号灯。开关量输入接口接收交通信号机1主控制器101的交通灯电平控制信号，开关量输出接口引出控制线缆连接交通信号灯的某个灯，从该输出接口输出电平信号驱动交通信号灯亮或灭。如输出60～275VAC高电平信号时开关量为1，交通信号灯正常供电，灯态为亮；输出小于或等于30VAC低电平信号时开关量为0，灯态为灭。

此外，原持续的高电平出现几百毫秒的低电平后又恢复高电平状态，或者原低电平出现几百毫秒高电平后又恢复低电平状态，则交通信号机1内部程序在电平恢复起进行计时，经过设定的时间段后切换交通信号灯的灯态。例如，红灯原来常亮，开关量输出接口输出60～ 275VAC的高电平，开关量是1；某时刻出现持续300ms的小于或等于 30VAC的低电平，开关量是0，然后又恢复60～275VAC的高电平，则从恢复60～275VAC的高电平时刻起进行计时，10s后输出电平从60～ 275VAC转变为小于或等于30VAC，此时红灯由亮转灭；与此同时，与红灯开关量通道相邻的另一路连接绿灯的开关量通道，则使绿灯由灭转亮。

本实用新型设置于交通信号机1的机柜内，其中信号采集器2为智能开关量采集模块(如深圳旭为科技EMR-DI16等信号采集器)，提供如 16、32路等多个通道的AC90～220V交流电开关量I/O输入模块201，即数字量输入接口(DI)，以下都称为开关量输入接口，I/O输入模块201通过线缆接入到交通信号机1的接线端子上的开关量输出接口，使信号采集器2从该接口采集交通信号灯交流电高低电平脉冲信号。信号采集器2 的MCU模块203接收到交通信号灯交流电高低电平脉冲信号后，按I/O输入模块201的开关量输入接口顺序汇聚并加入识别码等组合形成信号数据。如路口交通信号灯一般有红灯、黄灯、绿灯等3个交通灯，因而一般以3个任意组合的0和1构成一组开关量信息来表示该路口交通信号灯状态。若信号采集器2获取3个路口的交通信号灯信号，则需占用信号采集器2上I/O输入模块201的9个开关量输入接口，MCU模块203获取每个输入接口1或0的电平信号，然后按顺序将9个输入接口的电平信号按序汇聚，必要时加入识别码等形成一串包含9个0和1开关量任意组合的信号数据，然后从信号采集器2的I/O输出模块204的RS-485串口输出。协议转换器3(如山东有人信息技术USR-W610等协议转换器)具有RS- 485端口、以太网端口及Wi-Fi端口，交通信号灯的信号数据从I/O输出模块204通过RS-485串口输入协议转换器3，经协议转换后从以太网端口或者Wi-Fi端口通过双绞线或Wi-Fi信号输出给通信模块4(如华为XFZ01 5G通信模块、联想4G DTU等)。通信模块4提供以太网或Wi-Fi接入，交通信号灯的信号数据通过通信模块4以无线方式传送到周边5G、4G基站或RSU单元，再经过运营商网络传输给车路协同云平台进行处理或通过RSU单元直接传输车载单元。

Claims (9)

1.一种高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于包括交通信号机(1)、信号采集器(2)、协议转换器(3)、通信模块(4)，所述信号采集器(2)的输入端与交通信号机(1)的交通信号灯信号输出端电连接，所述信号采集器(2)的输出端与协议转换器(3)的输入端信号连接，所述协议转换器(3)的输出端与通信模块(4)的信号输入端信号连接，所述信号采集器(2)用于将交通信号机(1)输出的交通信号灯电平信号转换为数字信号，所述协议转换器(3)用于将信号采集器(2)输出的信号协议转换为通信模块(4)所能接收的信号协议，所述通信模块(4)用于将所接收的交通信号灯信号通过无线商用网络或有线方式发送给RSU、车辆终端、远端的控制中心之一或任意组合。

2.根据权利要求1所述高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于所述信号采集器(2)的输入端与交通信号机(1)的交通信号灯信号输出接线排上的接线端子直接电连接，或者与交通信号机(1)的交通信号灯信号输出线上设置的互感线圈电连接。

3.根据权利要求2所述高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于所述信号采集器(2)的输入端设置有多路开关量输入接口并分别与一个或多个交通信号机(1)的多路交通信号灯信号输出端电连接。

4.根据权利要求2所述高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于所述信号采集器(2)包括I/O输入模块(201)、光电隔离模块(202)、MCU模块(203)、I/O输出模块(204)，所述交通信号机(1)的交通信号灯信号输出端与I/O输入模块(201)电连接，所述I/O输入模块(201)通过光电隔离模块(202)与MCU模块(203) 的输入端口电连接，所述I/O输出模块(204)与MCU模块(203)的输出端口电连接。

5.根据权利要求4所述高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于所述信号采集器(2)还包括与MCU模块(203)信号连接的内部看门狗模块(205)。

6.根据权利要求4所述高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于所述信号采集器(2)还包括与MCU模块(203)信号连接的外部看门狗模块(206)。

7.根据权利要求4、5或6所述高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于所述I/O输出模块(204)的输出端口为RS-485端口并与协议转换器(3)的RS-485端口信号连接，所述协议转换器(3)的输出端口为RJ-45端口和/或Wi-Fi端口。

8.根据权利要求7所述高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于所述协议转换器(3)通过RJ-45端口或Wi-Fi端口与通信模块(4)信号连接。

9.根据权利要求7所述高可靠性的交通信号灯信号采集装置，其特征在于所述信号采集器(2)还包括电源转换模块(207)，所述电源转换模块(207)的输入端口与市电连接且输出端口与光电隔离模块(202)及MCU模块(203)的供电端口电连接。

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