CN2879308Y - 新型交通信号机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交通信号机，它含有通信模块(7)，检测器模块(5)，时钟模块(6)，输入与显示模块(4)，主控模块(1)，输出模块A(2)，输出模块B(3)。各模块通过I²C总线(16)相连接。输出模块由完全相等的模块A(2)、模块B(3)组成，使用中可设成：只使用模块A(2)、只使用模块B(3)、模块A(2)和模块B(3)一起使用、双模块热备份四种模式。每一路输出在任何一个步伐中都可设置成亮、灭、闪三种状态。检测器模块(5)的输入线圈与输出模块的输出端对应关系可任意设置。可以检测外电路异常情况，若是输出模块引起的绿冲突双模块执备份功能可以解除绿冲突，这有效解除了直接降级带来的不便。实用性广，特别实用于复杂的路口。

Description

新型交通信号机

技术领域

本实用新型是关于交通路口控制红绿灯用的信号控制装置。

背景技术

市场上销售的交通控制信号机种类繁多，新功能层出不穷，但它们的故障处理方法仍然是降级方法。这种降级方法也就是，有联机、感应、多时段、定周期、黄闪、关机等功能比较全的信号机在出故障时，它的处理方法是联机模式降到感应模式，感应模式降到多时段模式，多时段模式降到定周期模式，定周期模式降到黄闪模式，黄闪模式降到关机模式。这种降级方法在繁忙的交通路口控制中起到了不小的作用。它们不足之处是故障处理方法没有得到进一步的完善，输出配置也受到相位的限制，输出配置不灵活。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种故障处理方法好，输出端口配置灵活的交通信号机。

本实用新型通过下述技术方案予以实现。

本实用新型含有主控模块1、输出模块A2、输出模块B3、输入与显示模块4、检测器模块5、时钟模块6、通信模块7、电源模块、继电器模块9和继电器模块10。所述主控模块1由单片机构成，该模块用作主控控制器和与各个模块之间的通信；输出模块A2、输出模块B3，由单片机、输出电路、输出检测电路组成，该模块用于输出驱动、输出状态检测和通过I²C总线接收主控模块1的指令并根据不同的输出指令输出不同的结果送到输出端子上。输出模块A2、输出模块B3是完全相同的模块，且每一路输出都有输出检测电路，它们各自有各自的CPU，所以只要有主控模块1给它们传送指令它们可以单独工作，也可以两个模块一起工作，这取决于主控模块1发给它们的输出指令。输出模块A2、输出模块B3通过输出检测电路的检测结果和主控模块1发给它们的输出指令来判断绿冲突和外电路故障，这样主控模块1很容易实现对每一路输出的控制，所以输出模块的每一路输出在任何一个步伐中都可设置成亮、灭、闪三种状态，输出配置非常灵活。在应用中，主控模块1可以发指令给输出模块只使用一个模块作输出，另一个模块作备用。当使用中的模块出现故障时，主控模块1通过检测输出模块故障信号，检测到使用中的模块出现故障，这时主控模块1关闭出现故障模块而立即启动另一个模块。主控模块1发给备用模块的指令和当时灯色控制指令是一致的，所以备用模块的启用不会影响路口信号灯灯色的变化。这种双模块备份的使用在真正降低路口交通信号故障上起到了很大的改进作用。输出模块A2、输出模块B3在使用中可以设置成，只使用输出模块A2、只使用输出模块B3、输出模块A2和输出模块B3一起使用、输出模块A2和输出模块B3一起使用，但一块使用时另一块做备用，一旦使用中的模块出现故障备用模块立即起动的四种模式。

附图说明

图1是新型信号机的原理方框图。

图2是输出模块中的输出检测电路图。

图3是主程序的流程图。

具体实施方式

图1是新型信号机的原理方框图，所述信号机通上电源后，主控模块1通过I²C总线从时钟模块6中读取系统时间，然后从存贮模块8中读取模式设置值，主控模块1根据系统时间和模式值得出当前时段值。主控模块1根据当前时段值从存贮模块8中读取下一个时段时间，送给时钟模块6的定时器，(所送时段时间和系统时间相等时，时钟模块6输出一个中断信号送到主控模块1，主控模块1就根据中断信号来切换时段)。主控模块1分析时段值和系统时间，根据分析值从存贮模块8中读取步伐值和步伐对应的时间值，经过分析、处理后将步伐值传给对应的输出模块，主控模块1将计时值清零后，使能输出允许信号12，同时根据时钟模块6的秒脉冲开始计时，此时输出端就有跟步伐设定值一样的220伏灯色信号输出。步伐时间到时，主控模块1将下一个步伐值传给输出模块，计时值清零后，使能输出允许信号12，步伐就切换。主控程序流程图见图3。主控程序流程图中注1(步伐可以开始时)指：没有手动延时、没有联机控制延时、感应模式时没有检测器输入延时的情况。

当有手动、联机控制、感应模式有检测器输入延时时。如果是手动和感应模式有检测器输入延时，步伐时间到时将步伐时间作相应的延时；如果是联机控制将步伐值作相应的调整。

所述主控模块1在系统初始化时分析模式值。所设置模式为标准相位模式2、3、4相位模式中的一个模式，则不需要对输出模块中的每一路输出作详细的设置，标准相位有对应的输出接线端口，只需对不同方向上的直行、左转、黄灯、四红、人行闪、绿闪时间进设置。同样也不需要对检测器线圈输入与输出模块的输出之间的对应关系作详细的设置，检测器输入有默认的输入端口。若所设置模式为非标准模式，则要对输出模块中的每一路输出作详细的设置，同样也要对检测器线圈输入与输出模块的输出之间的对应关系作详细的设置。输出模块中的每一路输出有三种状态：亮、灭、闪，这三种状态是由参数设置时设置确定的。假如一个输出模块有24路输出，系统用两个输出模块(在设计中也可以使用4个、6个等2的整数倍个结构相同的输出模块)，共有48路输出。每一路的输出状态由一个字节的两位设定，它定义为：00—灭，01—亮，10—闪，11—不用。一个字节有8位可以设定4路输出，48路输出需要12个字节，这也就是说48路输出时一个步伐需要12个字节，该信号机最高可以设32个步伐，需要32×12＝394字节，每个步伐时间由一个字节设定，32步需要32字节，则48路输出有32个步伐时一共需要394+32＝426字节，可由单片机内带的512字节的附加RAM实现，所述主控模块1用的单片机为PHILIPS系列中的LPC932单片机，它内部带有256字节RAM，512字节的附加RAM，768字节的EEPROM，8千字节的FLASH，其运行速度是普通51单片机的6倍，带有400KHz字节方式I²C通信端口。下表是非标准模式使用两个输出模块时某一个步伐的设置表：

输出路数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													状态	亮	灭	闪	亮	亮	亮	灭	闪	亮	亮	灭	灭
字节	01	00	10	01	01	01	00	10	01	01	00	00
													输出路数	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
状态	亮	亮	亮	灭	闪	亮	亮	灭	闪	亮	亮	闪
													字节	01	01	01	00	10	01	01	00	10	01	01	10
输出路数	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36
													状态	亮	灭	闪	亮	亮	亮	灭	闪	亮	亮	灭	灭
字节	01	00	10	01	01	01	00	10	01	01	00	00
													输出路数	37	38	39	40	41	42	43	44	45	46	47	48
状态	亮	亮	亮	灭	闪	亮	亮	灭	闪	亮	亮	闪
													字节	01	01	01	00	10	01	01	00	10	01	01	10

据上表，步伐状态对应的前24路6字节为：49H，52H，50H，54H，94H，96H，步伐状态对应的后24路6字节为：49H，52H，50H，54H，94H，96H。当上表所设置的步伐开始时间到时，主控模块1把前24路6字节送给输出模块A2，把后24路6字节送到输出模块B3，然后使能输出允许脉冲信号12，此时输出端的状态和上表所述状态是一致的。这种设置方式可以适应任何复杂的路口需要。非标准模式只使用一个输出模块时，设置表如下：

输出路数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													状态	亮	灭	闪	亮	亮	亮	灭	闪	亮	亮	灭	灭
字节	01	00	10	01	01	01	00	10	01	01	00	00
													输出路数	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
状态	亮	亮	亮	灭	闪	亮	亮	灭	闪	亮	亮	闪
													字节	01	01	01	00	10	01	01	00	10	01	01	10

根据上表，步伐状态对应的24路6字节为：49H，52H，50H，54H，94H，96H。当上表所设置的步伐开始时间到时，主控模块1把上述24路6字节送给所设定的输出模块，然后使能输出允许脉冲信号12，此时输出端的状态和上表所述状态是一致的。这种模式可以使用两个输出模块中的任何一个输出模块。非标准模式使用两个输出模块但输出路数只需其输出路数的一半时，其中一个输出模块可用作备用。当系统设置成该模式时，输出模块中的输出1、25，2、26，3、27，4、28，5、29，6、30，7、31，8、32，9、33，10、34，11、35，12、36，13、37，14、38，15、39，16、40，17、41，18、42，19、43，20、44，21、45，22、46，23、47，24、48，分别相连接。它的设置表同上表，步伐状态对应的24路6字节为：49H，52H，50H，54H，94H，96H。此时系统先用输出模块A2作默认的输出模块，继电器模块9中的继电器导通，继电器模块10的继电器不导通，主控模块1将步伐状态对应的24路6字节分别传给输出模块A2、输出模块B3。主控模块1使能输出允许信号12后，输出模块A2正常工作，输出模块B3在低功耗模式下运行。当主控模块1检测到输出模块A2出现故障(输出模块A2或外电路出现故障时输出模块都会发出故障信号)时，主控模块1让继电器模块10中的继电器立即导通，输出模块B3马上启动，让输出模块B3正常运行的同时，切断继电器模块9中的继电器，使输出模块A2没有输出。若是输出模块A2的故障，取下输出模块A2修复后，再重新接入系统中，输出模块B3和输出模块A2之间照样是备用关系(这时输出模块B3是使用关系而输出模块A2是备用关系)，它将对整个系统没有影响。这种故障解决方法是由双模块热备份来支持实现的。在标准模式中也支持上述输出模式：只使用输出模块A2、只使用输出模块B3、输出模块A2和输出模块B3一起使用、输出模块A2和输出模块B3一起使用，但其中一个输出模块用作备用的4种设置，只是每一路输出不需详细设置。相位模式设置可以通过输入与显示模块4在信号机上直接设置，也可以通过通信模块7中的RS232口用电脑进行设置。

所述信号机主控模块1在非标准相位设置时，也要对检测器的接入进行设置。这是因为非标准相位的16路检测器输入点是固定的，而48路输出中的绿灯输出是根据设置确定的，在应用中要把16路检测器输入映射到48路输出中的绿灯输出上。一路检测器输入用两个字节来表示这种映射关系，第一字节表示检测器的路数，第二字节表示输出模块的输出路数。比如输出模块的第3路中接有第4路检测器输入，则可表示为：04H，03H。在这种设置下，输出模块第3路有灯色信号输出时，要切换步伐前有第4路的检测器输入，则该步步伐时间将延时。下表为某一方案的检测器设置表：

输出路数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													检测路数			1		2		3		5		4
输出路数	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
													检测路数		6	7		8	9			10			11
输出路数	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36
													检测路数			12			14		13			15
输出路数	37	38	39	40	41	42	43	44	45	46	47	48
													检测路数						16

根据上表其映射关系为：01H、03H，02H、05H，03H、07H，05H、09H，04H、0BH，06H、0EH，07H、0FH，08H、11H，09H、12H，0AH、15H，0BH、18H，0CH、21H，0DH、26H，0EH、24H，0FH、29H，10H、30H。有上述映射设置后，设第14路的检测器有输入时，它将影响输出模块中第30路的步伐时间，也就是当检测器模块给主控模块1传送0EH时，主控模块考虑的是输出模块中第30路的步伐时间。通过上述映射关系，检测器的一路输入可以映射到输出模块中的任何一路输出上，也就是说检测器模块5的输入线圈与输出模块A2和输出模块B3中的输出端对应关系可任意设置。只有一个输出模块的设置中只要做16路检测器输入映射到24路输出上就可以了，方法和上述48路映射相同。这种设置方式可以适应任何复杂的路口需要。检测器设置可以通过输入与显示模块4在信号机上直接设置，也可以通过通信模块7中的RS232口用电脑进行设置。

所述输出模块由单片机、输出电路和输出检测电路组成。由于本实用新型支持双模块热备份模式(两个输出模块中只使用其中一个，当使用中的输出模块出现故障时，立即启动另一个备用输出模块的输出模式)，系统中使用的两个模块是完全相同的。图2是输出模块中的输出检测电路，由图中可知它是由光耦、一个限流电阻和一个二极管组成。传统的全波整流电路需要一个瓦数较大的限流电阻、滤波电容、分压电阻。在本实用新型中由于输出模块中的每一路输出都可以任意设置成亮、灭、闪三种状态，输出模块的每一路输出必须有输出检测电路才能保证检到绿冲突。如果使用传统的全波整流，一是检测电路比较庞大，二是大瓦数限流电阻散热会使整个系统温度升高影响系统稳定性。本实用新型使用如图2所示的输出检测电路，由于R1是68千欧到680千欧的八分之一瓦限流电阻，它的发热量是可以不计的。当A、B端加有220伏的市电时，光耦的1、2脚之间正向电压和反向电压以50Hz的频率交替出现。当光耦的1、2脚之间出现反向电压时(光耦的1、2脚之间也是一个二极管，由于限流电阻较大，正向电压和反向电压不会对光耦造成损害)，光耦不导通。光耦的1、2脚之间出现正向电压且电压能让光耦导通时，C、D端出现低电平。C、D端的电平频率为50Hz，它的占空比随限流电阻的增大而增大。当A、B没有市电时，C、D端的电平为高电平。输出模块中的单片机就是检测C、D端的电平来判断输出情况的，所以输出端的限流电阻不能太大，太大时占空比增大，低电平时间短，单片机检测会产生误差；太小时，限流电阻要增大瓦数，散热也是个问题，限流电阻可以取68千欧到680千欧。

所述输出模块功能有三，一是接收主控模块1的步伐数据和输出允许脉冲信号、二是输出驱动、三是输出检测。输出模块接收主控模块1发送的数据后，如果接收正确则改变状态信号13或14的电平通知主控模块1，如果不正确则用故障信号15以脉冲形式通知主控模块1让主控模块1重新发送步伐数据。接收的数据正确时，开始做数据分析，将所接收到的6字节数据分成24个2位的数据，并使6字节的24个2位和24路输出一一对应。如果某一输出路数对应的两位为00(灭)，则该路输出的驱动信号为0；如果某一输出路数对应的两位为01(亮)，则该路输出的驱动信号为1；如果某一输出路数对应的两位为10(闪)，则该路输出的驱动信号500毫秒为1,500毫秒为0，且在同一个步伐内使驱动信号0、1以2Hz的频率交替输出，用于实现“闪”。

所述输出模块的检测功能如下：比如某一个步伐中输出模块中的1、2、3、4路为亮、5、6、7、8路为灭，这时输出模块中的单片机输出的驱动信号应为11110000(F0H)，如果单片机的检测结果为00000000(00H)，则继续检测，但连续一个市电周期内(20毫秒)都为00000000(00H)则说明5、6、7、8都有问题；如果检测结果为00001111(0FH)，则表示输出正常(有输出时C、D端为低电平，单片机输出的驱动信号与检测结果全部相反时才正常)；如果检测结果为00001100(0CH)，则表示输出模块中的7、8两路没有输出，原因可能是输出模块中的输出驱动有问题或者是电子开关元件损坏。如果检测结果为11001111(CFH)，则说明输出模块中的1、2两路输出有问题，原因可能是输出模块中的电子开关击穿或者是外电路有短路发生，这种情况可以判断绿冲突。如果输出模式为双模块热备份，出现故障时可以切换另外一个模块作输出模块，故障解决了就说明原先的输出模块有问题，故障没有解决就说明外电路有问题。如果检测电路检测到有故障发生，它会立即把故障码通过I²C总线传给主控模块1，主控模块1就会及时处理相应的故障。

本实用新型交通信号机与现有技术相比有如下极积效果：

1.输出模块的故障可以通过双模块热备份来解决；

2.使用双模块热备份时，可以准确分析输出模块故障和外电路故障；

3.输出模块的每一路输出可任意设置成亮、灭、闪三种状态；

4.检测器输入与输出模块输出端之间的对应关系可以任意设置；

5.实用性广，特别实用于复杂的路口。

Claims (4)

1.一种新型交通信号机，它含有通信模块(7)，检测器模块(5)，时钟模块(6)，电源模块，输入与显示模块(4)，其特征在于它还含有：

主控模块(1)，由单片机构成，该模块用于主控和与各个模块之间的通信；

输出模块A(2)、输出模块B(3)，由单片机、输出电路、输出检测电路组成，该模块用于输出驱动、输出状态检测和通过I²C总线接收主控模块(1)的指令并根据不同的输出指令输出不同的结果送到输出端子上；

其中，主控模块(1)、输出模块A(2)、输出模块B(3)、输入与显示模块(4)、检测器模块(5)、时钟模块(6)、通信模块(7)通过I²C总线(16)和上拉的I²C忙信号(11)连在一起；输出模块A(2)的状态信号(14)和输出模块B(3)的状态信号(13)分别和主控模块(1)相连；主控模块(1)输出的输出允许脉冲信号(12)分别和输出模块A(2)和输出模块B(3)相连；输出模块A(2)和输出模块B(3)的故障信号(15)与主控模块(1)连接；时钟模块(6)的中断信号(18)和秒脉冲信号分别与主控模块(1)相连；市电(17)分别和继电器模块(9)和继电器模块(10)的输入相连；继电器模块(9)的输出和输出模块A(2)的输入相连，继电器模块(10)的输出和输出模块B(3)的输入相连接，继电器模块(9)和继电器模块(10)的控制端分别和主控模块相连。

2.根据权利要求1所述交通信号机，其特征在于，输出模块的输出检测电路由光耦、一个限流电阻和一个二极管组成。

3.根据权利要求1所述交通信号机，其特征在于，输出模块A(2)、输出模块B(3)是完全相同的。

4.根据权利要求1所述交通信号机，其特征在于，输出模块的每一路输出都有输出检测电路。

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