CN220020410U - 一种交通信号控制机的同步控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种交通信号控制机的同步控制装置，属于交通控制技术领域，交通信号控制机的同步控制装置包括GNSS通信单元、主处理器、同步信号转换模块与灯控输出单元，主处理器分别与GNSS通信单元、同步信号转换模块和灯控输出单元相连接，同步信号转换模块与灯控输出单元相连接。本实用新型提供的交通信号控制机的同步控制装置，实现对不同控制机的时钟同步，且精度高和校正频率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及交通控制技术领域，尤其公开了一种交通信号控制机的同步控制装置。
背景技术
道路交通信号控制机是道路信号灯的控制设备，控制机通过控制红、黄、绿三种信号灯的亮灭来实现对路口各方向交通流的通行路权进行切换。
目前，道路交通信号控制机对灯色切换的时间基准都来自于主处理器的内部时钟，灯色切换时间的最小单位为1秒或0.5秒。由于不同信号机的内部时钟存在偏差，所以不同路口的灯色切换时间基准也不相同。为了提高不同交通信号控制机在时间轴上的控制精度，以及同步各路口信号灯的切换动作，需要一种同步装置来同步各路口的时间基准。
道路交通信号控制机的时间基准来源于主处理器的内部时钟，时钟精度稍高的信号机一般也是在内部时钟的方案上使用高精度晶振和使用通讯校时的方法来进行同步。但由于通讯校时同步的精度只能到秒级，即使是使用高精度晶振也会在下一次校时前存在较大的累计误差。因此如果要提高城市区域内的交通信号控制机在时间上的控制精度，则需要一种具备精度高、校正频率高的电路来实现对不同控制机的时钟同步。
因此，现有道路交通信号控制机通讯校时同步的精度只能到秒级，即使是使用高精度晶振也会在下一次校时前存在较大的累计误差，是目前亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种交通信号控制机的同步控制装置，旨在解决现有道路交通信号控制机通讯校时同步的精度只能到秒级，即使是使用高精度晶振也会在下一次校时前存在较大的累计误差的技术问题。
本实用新型涉及一种交通信号控制机的同步控制装置，包括GNSS通信单元、主处理器、同步信号转换模块与灯控输出单元，主处理器分别与GNSS通信单元、同步信号转换模块和灯控输出单元相连接，同步信号转换模块与灯控输出单元相连接。
进一步地，GNSS通信单元包括GNSS天线和GNSS模块，GNSS模块分别与GNSS天线和主处理器相连接。
进一步地，交通信号控制机的同步控制装置上设有主处理器时钟，主处理器与主处理器时钟相连接。
进一步地，同步信号转换模块包括差分转换芯片。
进一步地，差分转换芯片包括第一差分转换芯片、第二差分转换芯片和第三差分转换芯片，第一差分转换芯片的输出端分别与第二差分转换芯片的输入端和第三差分转换芯片的输入端相连接。
进一步地，差分转换芯片的型号为485差分驱动芯片。
进一步地，灯控输出单元包括灯控输出控制器和灯控输出驱动模块，灯控输出控制器与灯控输出驱动模块相连接。
进一步地，交通信号控制机的同步控制装置上设有输出控制器时钟，灯控输出控制器与输出控制器时钟相连接。
进一步地，灯控输出控制器包括第一灯控输出控制器和第二灯控输出控制器，第二差分转换芯片的输出端与第一灯控输出控制器相连接，第三差分转换芯片的输出端与第二灯控输出控制器相连接。
进一步地，主处理器为AM335X处理器，GNSS模块的型号为ATGM332D，灯控输出控制器的型号为GD32/STM32系列MCU。
本实用新型所取得的有益效果为：
本实用新型提供一种交通信号控制机的同步控制装置，采用GNSS通信单元、主处理器、同步信号转换模块与灯控输出单元，主处理器分别与GNSS通信单元、同步信号转换模块和灯控输出单元相连接，同步信号转换模块与灯控输出单元相连接。GNSS通信单元接收卫星信号，持续产生PPS同步信号；主处理器使用GNSS通信单元产生的PPS同步信号校准主处理器时钟，同时经由同步信号转换模块向灯控输出单元发送模拟同步信号，保证信号灯的亮灭间接地与GNSS模块的PPS信号同步。本实用新型提供的交通信号控制机的同步控制装置，实现对不同控制机的时钟同步，且精度高和校正频率高；使用GNSS模块的PPS信号作为交通信号控制机内处理器的时钟同步信号源，能够有效地消除处理器时钟信号的累计误差，将控制机的时间控制精度提高至毫秒级，同时还能够实现同一城市内所有交通信号控制机的无线同步，内部时钟的校时频率在卫星信号正常的情况下也提高至1Hz。
附图说明
图1为本实用新型提供的交通信号控制机的同步控制装置第一实施例的功能框图；
图2为本实用新型提供的交通信号控制机的同步控制装置第二实施例的功能框图；
图3为本实用新型提供的交通信号控制机的同步控制装置一实施例的电路原理连接示意图。
附图标号说明：
10、GNSS通信单元；20、主处理器；30、同步信号转换模块；40、灯控输出单元；11、GNSS天线；12、GNSS模块；50、主处理器时钟；41、灯控输出控制器；42、灯控输出驱动模块；60、输出控制器时钟；411、第一灯控输出控制器；412、第二灯控输出控制器。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
如图1所示，本实用新型第一实施例提出一种交通信号控制机的同步控制装置，包括GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)通信单元10、主处理器20、同步信号转换模块30和灯控输出单元40，主处理器20分别与GNSS通信单元10、同步信号转换模块30和灯控输出单元40相连接，同步信号转换模块30和灯控输出单元40相连接，GNSS通信单元10用于接收卫星信号，持续产生PPS(Pulse Per Second，秒脉冲)同步信号；主处理器20用于使用GNSS通信单元10产生的PPS同步信号校准主处理器时钟，同时向灯控输出单元40发送PPS模拟同步信号，保证信号灯的亮灭间接地与GNSS模块的PPS信号同步。同步信号转换模块30用于将TTL(Transistor-Transistor Logic，双晶体管逻辑)电平或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)电平信号转换成差分信号进行传输，能够有效地提高信号的抗干扰能力和可靠性。在本实施例中，GNSS通信单元10、主处理器20、同步信号转换模块30和灯控输出单元40可以为现有的功能模块。
在上述结构中，请见图1至图3，本实施例提出的交通信号控制机的同步控制装置，GNSS通信单元10包括GNSS天线11和GNSS模块12，GNSS模块12分别与GNSS天线11和主处理器20相连接。在本实施例中，GNSS模块12在天线连接正常和卫星信号正常的情况下能够自行完成定位，定位成功后将持续输出PPS秒脉冲信号。
进一步地，参见图1至图3，本实施例提出的交通信号控制机的同步控制装置，交通信号控制机的同步控制装置上设有主处理器时钟50，主处理器20与主处理器时钟50相连接。主处理器20将GNSS模块12发送的1Hz PPS同步信号作为同步源，每秒校准一次主处理器时钟50，以PPS同步信号的下降沿时刻作为主处理器20秒计时的起始时刻。同时，向灯控输出控制器41发送模拟PPS同步信号。灯控输出控制器41同样以主处理器20发送的模拟PPS同步信号的下降沿作为输出控制器时钟60秒计时的开始时刻，以实现对GNSS模块12发送的PPS信号的间接同步。在卫星信号弱PPS同步信号消失的情况下，主处理器20使用校准后的主处理器时钟50继续运行。在卫星信号恢复后，主处理器20继续使用PPS同步信号校准主处理器时钟50。本实施例提出的交通信号控制机的同步控制装置，主处理器20按照内部时钟向控制机内所有的灯控输出控制器41发送1Hz的同源同步信号，使控制机内不同的灯控输出控制器41间接地与GNSS模块12的PPS信号同步，从而保证信号灯的亮灭间接地与GNSS模块12的PPS信号同步。
优选地，请见图1至图3，本实施例提出的交通信号控制机的同步控制装置，同步信号转换模块30包括差分转换芯片。具体地，差分转换芯片包括第一差分转换芯片、第二差分转换芯片和第三差分转换芯片，第一差分转换芯片的输出端分别与第二差分转换芯片的输入端和第三差分转换芯片的输入端相连接。在本实施例中，差分转换芯片的型号为485差分驱动芯片。本实施例提出的交通信号控制机的同步控制装置，为了保证控制机内同步信号的传输质量，差分转换芯片将主处理器20发送的同步信号转换成差分信号，通过差分信号的形式将同步信号传输至交通信号控制机内的各灯控输出控制器41。
进一步地，参见图1至图3，本实施例提出的交通信号控制机的同步控制装置，灯控输出单元40包括灯控输出控制器41和灯控输出驱动模块42，灯控输出控制器41与灯控输出驱动模块42相连接。交通信号控制机的同步控制装置上设有输出控制器时钟60，灯控输出控制器41与输出控制器时钟60相连接。具体地，灯控输出控制器41包括第一灯控输出控制器411和第二灯控输出控制器412，第二差分转换芯片的输出端与第一灯控输出控制器411相连接，第三差分转换芯片的输出端与第二灯控输出控制器412相连接。在本实施例中，主处理器20采用AM335X处理器，GNSS模块12采用的型号为ATGM332D，灯控输出控制器41采用的型号为GD32/STM32系列MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。
如图1至图3所示，本实施例提供的交通信号控制机的同步控制装置，其工作原理为：
1、GNSS模块12在天线连接正常和卫星信号正常的情况下能够自行完成定位，定位成功后将持续输出PPS秒脉冲信号，该信号的特点是：频率为1Hz、占空比一般为10％。且对于同一城市位于不同地点的GNSS模块12所产生的PPS信号误差小于1微秒。
2、差分转换芯片用于搭建交通信号控制机内部同步信号传输网络，将TTL/CMOS信号转换成差分信号进行传输，能够有效地提高信号的抗干扰能力和可靠性。
3、主处理器20将GNSS模块12发送的1Hz PPS同步信号作为同步源，每秒校准一次主处理器时钟50，以PPS同步信号的下降沿时刻作为主处理器20秒计时的起始时刻。同时，主处理器20向灯控输出控制器41发送模拟PPS同步信号。
4、灯控输出控制器41以主处理器20发送的模拟PPS同步信号的下降沿作为输出控制器时钟60秒计时的开始时刻，以实现对GNSS模块12发送的PPS信号的间接同步。
5、控制机主处理器20用于完成交通信号控制机的控制逻辑、对外的通讯、显示、模拟量采样、输入信号检测等基础功能。
6、控制机主处理器20用于将信号灯亮灭控制命令通过CAN收发芯片发送至灯控输出控制器41。CAN收发芯片的型号为TJA1042。
7、控制机灯控输出控制器41用于执行主处理器20发送的交通信号灯控制命令，驱动信号灯开关的闭合和断开，以实现各个信号灯的亮灭。
本实施例提供的交通信号控制机的同步控制装置，采用GNSS通信单元、主处理器、同步信号转换模块与灯控输出单元，主处理器分别与GNSS通信单元、同步信号转换模块和灯控输出单元相连接，同步信号转换模块与灯控输出单元相连接，GNSS通信单元接收卫星信号，持续产生PPS同步信号；主处理器使用GNSS通信单元产生的PPS同步信号校准主处理器时钟，同时经由同步信号转换模块向灯控输出单元发送模拟同步信号，保证信号灯的亮灭间接地与GNSS模块的PPS信号同步。本实施例提供的交通信号控制机的同步控制装置，实现对不同控制机的时钟同步，且精度高和校正频率高；使用GNSS模块的PPS信号作为交通信号控制机内处理器的时钟同步信号源，能够有效地消除处理器时钟信号的累计误差，将控制机的时间控制精度提高至毫秒级，同时还能够实现同一城市内所有交通信号控制机的无线同步，内部时钟的校时频率在卫星信号正常的情况下也提高至1Hz。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，包括GNSS通信单元(10)、主处理器(20)、同步信号转换模块(30)和灯控输出单元(40)，所述主处理器(20)分别与所述GNSS通信单元(10)、所述同步信号转换模块(30)和所述灯控输出单元(40)相连接，所述同步信号转换模块(30)和所述灯控输出单元(40)相连接。
2.如权利要求1所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述GNSS通信单元(10)包括GNSS天线(11)和GNSS模块(12)，所述GNSS模块(12)分别与所述GNSS天线(11)和所述主处理器(20)相连接。
3.如权利要求1所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述交通信号控制机的同步控制装置上设有主处理器时钟(50)，所述主处理器(20)与所述主处理器时钟(50)相连接。
4.如权利要求2所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述同步信号转换模块(30)包括差分转换芯片。
5.如权利要求4所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述差分转换芯片包括第一差分转换芯片、第二差分转换芯片和第三差分转换芯片，所述第一差分转换芯片的输出端分别与所述第二差分转换芯片的输入端和所述第三差分转换芯片的输入端相连接。
6.如权利要求4所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述差分转换芯片的型号为485差分驱动芯片。
7.如权利要求5所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述灯控输出单元(40)包括灯控输出控制器(41)和灯控输出驱动模块(42)，所述灯控输出控制器(41)与所述灯控输出驱动模块(42)相连接。
8.如权利要求7所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述交通信号控制机的同步控制装置上设有输出控制器时钟(60)，所述灯控输出控制器(41)与所述输出控制器时钟(60)相连接。
9.如权利要求7所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述灯控输出控制器(41)包括第一灯控输出控制器(411)和第二灯控输出控制器(412)，所述第二差分转换芯片的输出端与所述第一灯控输出控制器(411)相连接，所述第三差分转换芯片的输出端与所述第二灯控输出控制器(412)相连接。
10.如权利要求9所述的交通信号控制机的同步控制装置，其特征在于，所述主处理器(20)为AM335X处理器，所述GNSS模块(12)的型号为ATGM332D，所述灯控输出控制器(41)的型号为GD32/STM32系列MCU。
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