KR20160045030A - 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어기 - Google Patents

Abstract

교차로의 실시간 소통 정보에 기반하여 신호등을 제어하는 교통 신호 제어기가 개시된다.
교통 신호 제어기는
외부와의 인터페이스를 위한 복수의 접속핀을 구비하는 착탈식 기능블록; 및
외부신호선이 연결되는 단자대가 일체로 구비되며 상기 착탈식 기능 블록을 수용하는 커넥터;
를 포함한다.

Description

모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어기 {Traffic control unit based on modulized functional block}

본 발명은 교통신호 제어기에 관한 것으로서, 특히 백플레인(BACKPLANE)을 사용하지 않는 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어기에 관한 것이다.

여러 형태의 교차로 및 횡단 보도에는 보행자가 안전하게 도로를 횡단할 수 있도록 안내하며, 자동차의 교통량에 따라서 교통의 흐름을 원활하게 관리하기 위한 신호등이 설치되어 있는데, 그 신호등은 교통신호 제어기로부터 전원이 공급 또는 차단되는 상태에 따라서 점등 또는 소등된다.

여기서, 교통 신호 제어기는 신호 교차로의 실시간 소통 정보에 기반하여 신호등을 제어하는 장치이다.

이러한 교통신호제어기의 주요특징은 다음과 같다.

1) 고도의 신뢰성이 요구됨

: 장애 발생 시, 교통사고 및 인명피해로 이어질 수 있음

2) 환경에 대한 내구력이 중요함

: 노변의 열악한 환경에서 장기간 동작되어야 하는 운영환경의 특수성이 있음(온도변화, 습도, 분진, 진동..)

이러한 교통신호제어기는 전원장치부, 알고리즘제어부, 복수개의 전력구동 및 궤환부, 복수 개의 차량검지부, 기타장치부 등 각각 다른 기능을 갖는 여러 종류의 단위 구성요소를 갖는다.

교통신호제어기는 동작환경이 열악한 옥외의 교차로 현장에서 운영되는데, 고장 발생 시 도로의 교통흐름에 심각한 영향을 미치게 되므로, 현장 유지보수의 신속성과 용이성이 강조되어 왔다.

이러한 배경에서 일반적으로 교통신호제어기는 각 단위 구성요소를 착탈이 가능한 기능 보드(Functional Board) 형태로 설계하고, 교통신호제어기 내에 준비된 서브랙(SUBRACK)의 지정된 슬롯(SLOT)에 이를 실장하여 완성하는 방법으로 구성하는 '백플레인(BACKPLANE) 방식'을 주로 사용하여 왔다.

도 1은 종래의 백플레인 방식 교통신호제어기의 외관을 도시한다.

백플레인 방식의 구성은 교통신호제어기 내부의 전면에서 각 기능 보드를 실장할 수 있도록 된 서브랙을 구비하고, 서브랙의 후면에는 기능 보드와의 신호접속을 위한 다수의 접점을 갖는 컨넥터(CONNECTOR) 구성요소를 갖는 백플레인을 구비하고, 외부의 교통신호등 및 차량검지기 등과 선로를 연결하기 위한 선로접속부(단자대)를 구비하여 구성하고 있다. 백플레인은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)으로 구현된다.

백플레인의 동박 패턴을 통하여 기능 보드간 전기적 접속을 실현하고, 백플레인과 단자대 사이를 연결하는 여러 가닥(통상 100가닥 이상)의 접속케이블을 통하여 외부 신호선과의 접속을 실현한다.

이러한 백플레인 방식은 세계적으로 널리 사용되는 방식인 바, 고장 발생 시 해당 기능 보드를 간단하게 교체함으로써 현장 유지보수를 완료할 수 있는 장점을 지닌다.

교통신호 제어기의 경제성이 강조된 다른 구성 방법으로는 하나의 밀폐된 박스 내부에 교통신호제어기에서 필요로 하는 모든 기능을 집적하여 구성하고, 박스에서 외부로 연결선을 접속하기 위한 접속부(컨넥터)를 구비한 것을 특징으로 하는 일체형 방식이 있다.

도 2는 일체형 방식 교통신호제어기의 외관을 보인다.

도 3은 실제 운영 환경에서의 일체형 방식 교통신호제어기의 예를 도시한다.

이러한 일체형 방식은 현장 유지보수의 용이성은 고려하지 않고 다만 경제적이고 소형화된 교통신호제어기를 제공할 수 있는 특징을 지닌다.

백플레인 방식은 현장에서의 유지보수가 용이한 중요한 장점을 지닌 반면, 전기적 신호가 교통신호제어기 외부로 연결되기까지의 경로에 여러 단계(기능보드-백플레인-접속케이블-단자대)를 거치게 되어, 구성 비용이 증가되는 애로가 있다.

또한 각 외부 입출력 신호선의 경로가 물리적으로 길고 전기적 접속점(Contact)이 많아 신호의 감쇄(차량검지기 선로의 경우)와 접속점의 접점불량으로 인한 고장의 가능성이 높다는 단점을 내포하고 있다

한편, 종래의 교통신호 제어기는 백플레인이 인쇄회로 기판으로 제작되어 있기 때문에 낙뢰(번개) 또는 벌레, 작은 동물 등에 의해 과전류가 흐르면 인쇄회로 기판의 신호선 또는 전원선을 이루는 동판이 소실되는 경우가 발생할 수 있다.

이런 경우 현장에 설치된 교통신호 제어기의 백플레인을 교체하기 위해서 서브랙(subrack)에서 포선을 분리하고, 서브랙을 함체에서 분리한 후 서브랙 전체 또는 백플레인을 교체해야만 한다.

이러한 과정에서 교통을 통제하고 교체를 하기 위해 많은 시간과 인력이 필요한 상황이 발생되는 문제점도 있다.

선행기술문헌1 ... 공개특허공보 10-2012-0138394(2012.12.26.공개)

선행기술문헌2 ... 공개특허공보 10-2012-0007152(2012.01.20.공개)

본 발명은 교통신호제어기의 새로운 구성방법에 대한 것으로, 종래의 백플레인 방식에서 얻을 수 있는 현장 유지보수가 용이한 장점을 훼손하지 않으면서도, 일체형 방식에서 얻을 수 있는 소형화 용이성 및 높은 경제성 등의 장점을 추구할 수 있도록 한 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호 제어기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 모듈 기반의 컴팩트형 교통신호 제어기를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 교통신호 제어기는

교차로의 실시간 소통 정보에 기반하여 신호등을 제어하는 교통 신호 제어기에 있어서,

다른 기능 블록들 및 외부와의 인터페이스를 위한 복수의 접속핀을 구비하는 기능 블록; 및

외부신호선 및 기능 블록들 사이를 연결하는 내부신호선이 연결되는 단자대가 일체로 구비되며 상기 기능 블록의 상기 복수의 접속핀에 결합되는 커넥터;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기능 블록은

상기 기능 블록에 할당된 기능을 수행하는 기능 수행부;

상기 기능 수행부와 다른 기능 모듈과의 통신을 수행하는 통신부;

상기 기능 수행부 및 통신부와 상기 접속핀을 연결하는 핀접속부;

상기 기능 수행부 및 통신부에 전원을 제공하는 전원부;

를 포함한다.

여기서, 상기 통신부는 상위의 기능 블록과의 통신을 수행하는 상향 통신부 혹은 하위의 기능 블록과의 통신을 수행하는 하향 통신부인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 통신부는 직렬 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기능 수행부는

상기 기능 블록에 할당된 기능을 수행하기 위한 설정 정보를 가지는 설정부;

외부신호선과 연결되어 상기 기능 블록에 할당된 기능을 수행하는 기능 입출력 회로부;

상기 설정부에 설정된 설정 정보를 기반으로 상기 기능 입출력 회로부를 제어하는 제어부;

를 포함한다.

상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어기는

교차로의 실시간 소통 정보에 기반하여 신호등을 제어하는 교통 신호 제어기에 있어서,

신호 교차로에 설치된 루프 감지기와 연결되어 차량의 소통을 감지하는 루프 차량 검지 블록;

전원 및 내부통신 인터페이스를 수행하는 전력 및 인터페이스 드라이버 블록;

상기 루프 차량 검지 블록을 통하여 검출된 차량 소통 정보에 따라 신호등 점멸 명령을 발생하는 제어 블록;

상기 제어 블록의 제어하에 신호등 제어 신호를 출력하는 로드 스위치 블록;

을 포함한다.

여기서,

보행자 조작을 입력하는 보행자 스위치 입력 블록; 및

수동조작을 입력하는 수동 조작 입력 블록;

을 더 포함하며,

상기 제어 블록은

상기 루프 차량 검지 블록을 통하여 검출된 차량 소통 정보, 상기 보행자 스위치 입력 블록을 통해 입력된 보행자 조작 입력, 상기 수동 조작 입력 블록을 통해 입력된 수동 조작 입력에 따라 신호등 점멸 명령을 발생하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어 블록은 피드백 신호의 분석 및 장애 상황에 대처하는 기능을 수행하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 교통신호제어기의 운영의 기준이 되는 시간을 설정하는 메인 제어 블록을 더 구비하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 메인 제어 블록은 상위의 교통신호 논리 제어부와 연계하는 상향 통신부를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 메인 제어 블록은 상기 제어 블록과 SPI(Serial-Parallel Interface)를 수행하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 루프 차량 검지 블록, 전력 및 인터페이스 드라이버 블록, 제어 블록, 로드 스위치 블록들 각각은 외부 및 다른 블록과의 인터페이스를 위한 복수의 접속핀을 구비하며,

상기 루프 차량 검지 블록, 전력 및 인터페이스 드라이버 블록, 제어 블록, 로드 스위치 블록에 상응하며 각각이 외부신호선이 연결되는 단자대가 일체로 구비되며 상기 루프 차량 검지 블록, 전력 및 인터페이스 드라이버 블록, 제어 블록, 로드 스위치 블록을 각각 수용하는 복수의 커넥터;

를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 교통신호 제어기는 1) 소형 함체에 내장할 수 있고, 2) 현장 유지보수가 용이하며, 3) 경제성 향상에 용이하고 그리고 4) 신뢰성 향상 (획기적으로 경감된 접점의 수에 따른 고장요인 저감)이 가능한 효과를 갖는다.

본 발명에 따른 교통신호제어기는 내부 포선 및 접점의 수 경감 효과를 갖는다.

이로 인하여,

1) 신뢰성 향상 (접점 수 감소로 고장원인 감소)

2) 공간 효율 증대 (제어기 크기, 도시 공간)

3) 유지보수 편의 향상 (모듈의 착탈 용이)

4) 경제성 향상 (유지보수 비용 절감, 설치 비용 감소)

5) 확장성 향상 (슬롯 제약에서 벗어남)

등의 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 교통신호 제어기는 종래의 백플레인 방식의 그것에 비해 교체를 하기 위한 많은 시간과 인력이 필요하지 않을 뿐만 아니라 교통 통제의 부담이 현저하게 적다는 효과도 갖는다.

도 1은 종래의 백플레인 방식 교통신호제어기의 예를 도시한다.
도 2는 일체형 방식 교통신호제어기의 예를 보인다.
도 3은 실제 운영 환경에서의 일체형 방식 교통신호제어기의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 교통신호 제어기 구성 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 착탈이 가능한 기능 블록의 구조를 도시한다.
도 6은 본 발명의 구성요소인 착탈식 기능블록 외관의 예를 보이는 것으로서, (전력구동 및 궤환부의 예를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어부의 구성 개념도를 보이는 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 교통신호제어기의 구성을 보이는 정면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 교통신호제어기의 블록도를 도시한다.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 교통신호제어기와 한국 표준 제어기의 기능을 비교한 것이다.
도 13은 도 9에 도시된 MCB의 외관 및 내부 구성을 도시한다.
도 14는 도 9에 도시된 PDB의 외관 및 내부 구성을 도시한다.
도 15는 도 9에 도시된 CTB의 외관 및 내부 구성을 도시한다.
도 16은 도 9에 도시된 LSB의 외관 및 내부 구성을 도시한다.
도 17은 도 9에 도시된 PIB의 외관 및 내부 구성을 도시한다.
도 18은 도 9에 도시된 MIB의 외관 및 내부 구성을 도시한다.
도 19는 도 9에 도시된 LDB의 외관 및 내부 구성을 도시한다.
도 20은 본 발명에 따른 교통신호제어기의 집중형 운영 개념도를 도시한다.
도 21은 본 발명에 따른 교통신호제어기의 분산형 운영 개념도를 도시한다.
도 22는 통합플랫폼 교통신호 연동 보드의 외관을 도시한다.
도 23 내지 도 24는 본 발명에 따른 교통신호제어기에 의해 달성되는 효과를 도식적으로 보인다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 교통신호 제어기 구성 방법을 도시한다.

본 발명은 기존의 기능 보드-백플레인-접속케이블-단자대로 된 신호접속 단계를 착탈식 기능 블록-단자대의 구성으로 함축하여 구성하는 방식이다.

각 기능 블록은 기존의 기능 보드와 대응되는 기능을 갖고, 외부신호선 및 내부신호선 연결수단(단자대)이 일체로 구비된 커넥터에 직접 꼽아서 실장될 수 있는 복수개의 접속핀을 구비하여 된 소형화된 모듈 형태를 지닌다.

외부신호선은 도로에 매설된 루프 검지기로부터의 신호, 보행자 스위치로부터의 신호 등을 입력하기 위한 것으로서 교통신호 제어기의 외부에서 제공되는 신호를 유입 혹은 유출하기 위한 것이다.

한편, 내부 신호선은 기능 블록들 사이에 주고받는 신호 혹은 전원 신호 등을 의미한다.

본 발명은 외부 신호 및 내부 신호를 커넥터에 일체화되도록 구성된 단자대를 통하여 유입 및 유출하게 함으로써 컴팩트한 구성을 갖도록 한다.

기능 블록의 예로서, 통합 제어기 교통 신호 모듈, MCB(Main Control Block, 메인 제어 블록), LDB(Loop vehicle Detect Block, 루프 차량 검지 블록), PIB(Pedestrain Input Block, 보행자 스위치 입력 블록), PDB(Power & interface Driver Block, 전원 및 인터페이스 드라이버 블록), CTB (ConTroller Block, 제어 블록), LSB (Load Switch Block, 로드 스위치 블록), MIB(Manual Input Block, 수동 조작 입력 블록), 모뎀 등을 들 수 있다.

a. 통합제어기 교통 신호 모듈

- 통합제어기의 Master Controller와 데이터 교환

- 교통신호부 중앙연산기능

- 검지기 정보 처리 및 신호시간 운용

b. MCB (Main Control Block, 메인 제어 블록)

-통합제어기 교통신호 모듈과 시리얼 통신으로 차량 소통 정보 및 신호 발생 시간 등의 데이터를 교환

- CTB와 시리얼 통신으로 신호운영

- 단독으로 설치시 통합제어기 교통신호 모듈 기능을 일부 수행

c. LDB(Loop vehicle Detect Block, 루프 차량 검지 블록)

- 유선형 LOOP식 차량검지기

- 4Channel검지 회로 내장

- LOOP 단선 검지

d. PIB(Pedestrain Input Block, 보행자 스위치 입력 블록)

- 보행자 스위치 입력 정보 생성

- 4Channel 보행자 입력회로 내장

e. PDB(Power & interface Driver Block, 전원 및 인터페이스 드라이버 블록)

- 하이브리드 버스를 통한 LSB, LDB, PIB 등의 기능블록 전원 및 통신

- CTB와 SPI 통신

f. CTB (ConTroller Block, 제어 블록)

- MCB와 시리얼 통신으로 신호운영 정보 및 신호등 점멸 정보 교환

- Feedback 신호 분석 및 신호등 점멸 명령 생성

g. LSB (Load Switch Block, 로드 스위치 블록)

- 신호등 출력기능(SSR)

- 동기 신호궤환 기능(Feedback)

- 자체이상상황 감지 및 Flash

h. MIB(Manual Input Block, 수동 조작 입력 블록)

- 6가지 수동 스위치 입력 정보 생성

수동 조작 입력의 주체부

i. 모뎀

상위체계가 센터인 경우 원거리에 위치하고 있기 때문에 모뎀을 통해서 통신 할 필요가 있다. 모뎀 이외에 광통신, 무선통신 등의 수단이 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 착탈이 가능한 기능 블록의 구조를 도시한다.

도 5의 (a)를 참조하면, 본 발명에 따른 교통신호제어기는 기능 블록(52) 및 외부신호선 접속 커넥터(54)를 구비한다.

기능 블록(52)은 케이스(52a), 다른 기능 블록 및 외부 장치와의 인터페이스를 위한 복수의 접속핀(52b)을 구비한다. 기능 블록(52)의 기능 달성을 위한 회로 블록들(미도시)은 케이스(52a)의 내부에 수용된다. 복수의 접속핀(52b)은 외부 신호를 기능 블록(52) 내부로 유입하거나 기능 블록(52)에서 발생된 신호를 외부로 유출하거나 또는 기능 블록들 사이의 신호교환을 하기 위한 것이다. 외부신호선 접속 커넥터(54)는 케이스(54a), 복수의 접속핀(52a)을 수용하여 전기적 연결을 부여하기 위한 복수의 삽입홈(54a), 그리고 외부신호선 및 내부 신호선이 접속되는 단자대(54c)를 포함한다. 단자대(54c)-삽입홈(54b)-접속핀(52b)을 통하여 기능 블록(52)과 외부신호선, 기능 블록(52)과 다른 기능 블록이 서로 연결된다.

본 발명에 따른 교통신호제어기는 종래에 보드 형태로 구현되었던 교통신호제어기의 기능 보드를 고도의 소형화 설계를 통하여 모듈화하고, 함체 내 공간 효율성을 극대화하기 위해 커넥터 접속 구조를 가지는 것임을 알 수 있다.

한편, 기능 블록(52)의 케이스(52a)의 내부에는 기능 블록(52)의 기능 달성을 위한 회로 블록들이 수용된다. 도 5의 (b)를 참조하면,

상기 기능 블록에 할당된 기능을 수행하는 기능 수행부(52c),

상기 기능 수행부와 다른 기능 블록과의 통신을 수행하는 통신부(52d),

상기 기능 수행부 및 통신부와 상기 접속핀을 연결하는 핀접속부(52e),

상기 기능부 및 통신부에 전원을 제공하는 전원부(52f)가 수용된다.

또한, 기능 수행부(52c)는 기능 블록(52)에 할당된 기능을 수행하기 위한 설정 정보를 가지는 설정부(52c-1), 외부신호선과 연결되어 상기 기능 블록(52)에 할당된 기능을 수행하는 기능 입출력 회로부(52c-2), 설정부(52c-1)에 설정된 설정 정보를 기반으로 상기 기능 입출력 회로부를 제어하는 제어부(52c-3)을 포함한다.

통신부(52d)는 직렬 통신을 하는 것으로서 기능 블록(52)의 종류에 따라 하향 통신 혹은 상향 통신을 수행한다.

도 6은 본 발명의 구성요소인 착탈식 기능 블록 외관의 예를 보이는 것으로서, 전력구동 및 궤환부의 예를 도시한다.

도 6을 참조하면, 로드 스위치 블록(LSB, Load Switch Block)은 케이스(52a), 전면 커버(62c), 표시창(62d), 스위치(65e)를 포함한다. 접속핀(52b)은 케이스(52a)의 저부에 설치된다.

도 7은 본 발명에 따른 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어기의 구성 개념도를 보이는 측면도이다.

도 7을 참조하면, 복수의 기능 블록(52) 및 복수의 외부신호선 연결 커넥터(54)가 행렬을 이루어 배치된 것이 도시된다. 복수의 외부 신호선 연결 커넥터(54)는 지지대(56)에 의해 지지되며, 각각의 기능블록(52)이 해당하는 외부신호선 연결 커넥터(54)에 장착되게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어기의 구성을 보이는 정면도이다.

도 8을 참조하면, 각각의 기능 블록(52)이 외부신호선 연결 커넥터(54)에 삽입되어 단자대(56) 상에 정렬되는 것을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어기의 블록도를 도시한다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 모듈화된 기능 블록 기반의 교통신호제어기(90)는 MCB(Main Control Block; 메인 제어 블록, 92), CTB(ConTroller Block; 제어 블록, 94), PDB(Power & interface Driver Block; 전원 및 인터페이스 드라이버 블록, 96), LDB(Loop vehicle Detect Block; 루프 차량 검지 블록, 98), LSB(Load Switch Block; 로드 스위치 블록, 100), 옵션모듈(102)을 포함한다.

여기서, 모듈화된 기능 블록이라 함은 각각의 기능 블록들이 서로 유사한 내부 구조를 가지며 경우에 따라 내부의 회로 블록을 교체함에 의해 다른 기능 블록의 역할을 할 수 있도록 구성된 것을 말한다.

MCB(92)는 시리얼 통신으로 통합제어기 교통신호 모듈(104)과 검지 정보 및 신호 시간 등 데이터 교환을 수행하며, CTB(94)와 시리얼 통신으로 신호 운영 정보 및 신호등 점멸 정보를 교환한다.

여기서, 통합제어기 교통 신호 모듈(104)은 통합제어기(미도시)의 마스터 컨트롤러(Master Controller)와 데이터 교환, 교통신호 중앙연산기능, 검지기 정보 처리 및 신호시간 운용 등을 수행하는 것이다. 통합제어기 교통 신호 모듈(104)에는 복수의 MCB(92)들이 접속될 수 있다. 통합제어기 교통 신호 모듈(104)과 접속되지 않고 MCB(92)만이 단독으로 설치될 경우, MCB(92)가 통합 제어기 교통 신호 모듈의 기능을 일부 수행한다.

CTB(94)는 MCB(92)와 시리얼 통신으로 신호운영 정보 및 신호등 점멸 정보 교환하는 것으로서, 피드백(Feedback) 신호 분석 및 점멸 명령 생성을 수행한다.

여기서, 피드백 신호는 신호의 안전에 중대한 영향을 미치는 신호등 구동부(예, 로드 스위치 블록)의 고장상황 또는 선로의 장애상황에 따른 중요 신호등(GREEN, RED) 출력의 오류에 대응하기 위한 것이다.

로드 스위치에 의해 등기(燈器)를 켜기 위한 AC 또는 DC의 전원 출력을 검출하여 제어의 정상 유무를 판단하는 신호를 피드백(Feedback) 신호라고 한다. 이러한 피드백 신호는 전압 또는 전류 검출에 의해 얻어진다.

PDB(96)는 하이브리드 버스를 통한 MCB(92), CTB(94), LDB(98), LSB(100) 등의 각종 기능 블록들에 대한 전원 공급 및 통신을 수행한다. 특히, CTB(94)와 SPI(Serial-Parallel Interface) 통신을 수행한다. 하이브리드 버스는 전력 전달과 데이터 전송을 같이할 수 있는 버스를 지칭한다.

LDB(98)는 유선형 루프식 차량 검지 블록으로서, 4 Channel 검지 회로 내장한다.

LSB(100)는 신호등 출력기능(SSR), 등기 신호 궤환 기능(Feedback), 자체이상상황 감지 및 플래쉬(Flash, 빠른 점멸) 등을 수행한다.

도 9를 참조하면, 착탈식 기능 블록 사이에는 기존의 백플레인에서 제공하던 보드간 신호의 접속 기능과 대응되는 최소 배선을 통한 전원공급 수단과 직렬통신 수단을 구비한다. 전원선, 외부신호선 그리고 기능 블록들 내부 신호를 주고받기 위해 필요한 신호선은 도 5에 도시된 바의 접속 핀(52b) 및 외부신호선 연결 커넥터(54)를 통해 기능블록(52)에 연결된다.

도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 교통신호제어기와 한국 표준 제어기의 기능을 비교한 것이다.

본 발명에 따른 콤팩트형 교통신호제어기는 독립적으로 구분된 소형의 함체에 교통신호제어에 필요한 구성요소를 집적하여 개발함으로써 통합제어기의 활용성을 증대시키기 위한 목적으로 개발된 것이다.

주로 교통운영 알고리즘의 국제적 인지도가 낮은 원인으로 인하여, 한국의 교통신호시스템의 수출 경쟁력은 유럽 등 선진 교통신호시스템에 대하여 성능면에서의 비교 우위를 확보하지 못하고 있으며, 개발도상국의 중저가 시장에서는 특히 중국의 제품에 대한 가격경쟁력을 확보하지 못하는 등의 문제점이 있어서 이를 해소하기 위한 전략적 고찰이 시급한 실정이다.

국내 사양의 교통신호제어기는 상당한 현장안정성과 다양한 기능에도 불구하고 경제적인 가격으로 구현하여 출하하기 어려운 점이 수출 애로요인들 중 중요한 하나로 작용하고 있는 실정이다.

본 발명에 따른 콤팩트형 교통신호제어기는 이러한 현실적 내용을 고려하여 국내의 풍부한 신호운영 경험을 바탕으로 수출경쟁력을 갖출 수 있는 새로운 교통신호제어기 구성 방법을 창안하고 구현하는 것을 중시하여 개발된 것이다.

본 발명에 따른 교통신호제어에 필요한 구성요소는 신호등을 구동하기 위한 전력제어 요소, 신호교차로의 실시간 소통정보를 수집하기 위한 차량 검지 요소, 교차로 현장에서 수동으로 신호를 제어할 수 있는 기능을 위한 수동입력 요소, 보행자 스위치 입력을 위한 보행자 입력 요소 등으로 범위를 정하였다.

신호의 안전에 중대한 영향을 미치는 신호등 구동부(예, 로드 스위치 블록)의 고장상황 또는 선로의 장애상황에 따른 중요 신호등(GREEN, RED) 출력의 오류에 대응하기 위하여 FEEDBACK 수단을 갖도록 설계하고, 오류 검출 시 신호의 운영을 중단하고 점멸 출력을 제공할 수 있는 기능을 포함하도록 하였다.

본 발명에 따른 콤팩트형 교통신호제어기(90)는 다수의 등기출력과 루프검지기 인입선로 등으로 인하여 50~100여 가닥의 전력선과 루프신호선로가 함체에 인입되어야 하는 애로 요인을 내포하고 있으므로, 이를 개선하기 위하여 분산형 운영도 가능한 기능을 갖도록 고려하여 개발하였다.

많은 수의 선로접속 단자와 전력제어 요소, 차량 검지 요소 등의 단위 기능을 갖는 회로 등을 포함하여 구성되어야 하는 교통신호제어기 고유의 특성에도 불구하고 소형화된 함체에 수용될 수 있어야 하는 요구조건을 충족하기 위하여 단위 요소에 대한 새로운 구조의 공간절약형 기능블록의 형태를 고안하여 적용하도록 하였다.

기능블록은 집중형 및 분산형 운영이 가능하도록 고려하고, 이를 위한 효율적인 블록 간 통신수단을 개발하여 적용하였다.

콤팩트형 교통신호제어기의 설계는 환경이 열악한 옥외 운영환경에서 안정적인 동작을 유지할 수 있도록 환경사양을 정하고 챔버시험을 통한 디버그(DEBUG) 과정을 거쳐서 동작 안정성을 확보한다.

①교통신호제어기 콤팩트화 구현의 방법론

집중형 및 분산형 설치가 가능하도록 고려한 교통신호제어기의 새로운 구현 방법은 먼저 고도로 콤팩트화 된 기능블록을 설계하기 위하여 효율적인 통신 방법, 기구적 방안 등을 고안하고 이를 이용하여 각 기능블록의 사양을 정의하여 진행하였다.

기존 국내의 CONT/LSU/LOOP 등에 대응하는 단위 기능부에 대하여 고도의 소형화 설계를 통하여 단위 블록화하고, 이를 집적하여 콤팩트형 교통신호제어기을 개발하였다.

LSU/LOOP 등의 기능블록은 신호교차로의 각 철주에 설치되는 신호등의 내부 또는 주변에 설치하여 운영될 수 있는 분산형 운영이 가능하도록 개발하였다.

단위 기능블록은 현장 유지보수 용이성 및 공간 효율성의 고려를 포함하여 기구형태를 개발하였다.

각 기능블록 간 통신 운영을 위한 프로토콜의 설계 및 구현을 진행하였다.

해외 수출을 위한 목적으로 해외의 전기적/동작환경적/경제성 등 측면을 고려하여 개발했다.

②기본적인 사양

- 사용 전원 : AC 95~135V / AC 190~250V

- 장치의 사양 : 신호출력의 수 ...6 x 6 = 36점

: 루프검지채널의 수 ...4 x 6 = 24점

: 보행입력의 수 ...4 x 1 = 4점

: 수동 및 함체개폐 입력의 수 ...6점

: 동작 온도범위 ...-34 ~ +74

- 장치의 기능 : 신호 구동기능 ...LSU 기능블록을 제어하여 교통신호 등기출력 구동기능을 수행

: 신호 감시기능 ...LSU 기능블록을 통하여 등기출력의 결과를 실시간 모니터링 수행

: 상위체계 연계기능 ...상위 체계 간 통신을 통하여 신호의 운영 기능을 수행

: 검지정보 수집기능 ...LOOP 기능블록을 통하여 검지정보 수집기능을 수행

- 기구의 SIZE : 기본형 함체 대응 형 ... 400/270/200 (mm)

: 슬림형 함체 대응 형 ... 280/270/200 (mm)

: 지주삽입형 함체 대응 형 ...280/270/200 (mm)

③ 기능블록 구현을 위한 기구적 대안 제시

종래의 경우는 보드 형태로 구현되었던 교통신호제어기의 기능블록을 고도의 소형화 설계를 통하여 블록화 하고, 함체 내 공간 효율성을 극대화하기 위한 고려를 포함하여 커넥터 접속 구조를 제안하였다.

본 발명에 따른 콤팩트형 교통신호제어기 개발의 방법론과 기본적인 사양, 기능블록 콤팩트화 개발을 위한 새로운 기구적 대안을 예시하면 다음과 같다.

①MCB (Main Control Block) (도 13참조)

- 신호 제어의 주체부

- 초기 동작 기능 : 전원 투입 순간부터 Booting 완료 시 까지 적색 또는 황색 신호 등기 점멸

- 시간 설정 기능 : 운영의 기준이 되는 시간 설정 기능

- 수동 제어 기능 : 하위 체계 연계를 통한 수동 제어 기능

- TBC 제어 기능 : TOD Table에 의한 Time Base Control 기능

- 감응 제어 기능 : LOOP 등 검지기 입력 정보 활용을 통한 감응제어 기능

- 비상 제어 기능 : 비 정상 상황 발생 시 점멸 출력 기능

- 기본검지기 자료 처리 기능 : LOOP 검지기 출력 정보에 대한 1차처리 기능

②PDB (Power & interface Driver Block) (도 14참조)

- 전원 및 내부통신 인터페이스 구동부

- 입력 전원 사양 : DC 5~24V

- CONT 모듈 연계 : SPI, 1Port

- 하향 출력 포트 수 : 3 Port (LSU, LOOP, PED & Option)

- 하향 출력 포트의 신호 사양 : 하이브리드 입출력 (정극성 및 부극성, 전원공급 및 통신)

- 비상 제어기능 : FLASH 명령

- PIN CONFIG: UP-CONN ... SDC/SGGND/C-MOSI/C-MISO/C-SCK

: BT-CONN ... DR-P1/DR-N1/DR-P2/DR-N2/DR-P3/DR-N3

③ CTB (ConTroller Block) (도 15 참조)

- 교통신호 물리적 제어의 주체부

- 입력 전원 사양 : DC 5~24V

- 상위 및 하위체계 연계 기능 구현

- 상위체계 연계 (상위의 교통신호 논리제어기 연계) : Serial RS-232, 1Port

- 하위체계 연계 (하위의 기능모듈 연계) : SPI, 1 Port - DRV 접속

- Feedback 신호의 분석 및 장애 상황 대응 (LSU에 FLASH 명령 하달)

- PIN CONFIG: UP-CONN ...DC/SGGND/C-MOSI/C-MISO/C-SCK

: BT-CONN ...-TXD/U-RXD/U-GND/DI-1/DI-2/DI-GND

④ LSB (Load Switch Block) (도 16참조)

-신호등기 전력제어의 주체부

-출력 점의 수 : 6점

-출력 방식 : AC 95~135V / AC 190~260V

-출력 전류 용량 : 1.5A/회로, 5A/모듈

-출력신호 실시간 감시를 위한 Feedback 정보 생산

-자체 이상상황 감지 또는 명령에 의거한 자체적 FLASH 구동 기능

-PIN CONFIG: UP-CONN ...DR-P1/DR-N1/ACI-P/ACI-N/ACO-N

: BT-CONN ...PR(R1)/PG(Y1)/R(G1)/Y(R2)/A(Y2)/G(G2)

⑤ PIB (Pedestrain Input Block - 4CH Input) (도 17 참조)

-보행자 스위치 입력 주체부

-4 Channel 보행자 입력 인터페이스

-PIN CONFIG: UP-CONN ...DR-P1/DR-N1/FG/PA-4/PB-4

: BT-CONN ...PE-1A/PE-1B/PE-2A/PE-2B/PE-3A/PE-3B

⑥ MIB (Manual Input Block) (도 18 참조)

-수동조작 입력의 주체부

-6 Point 수동 스위치 입력 인터페이스

-PIN CONFIG : UP-CONN ...DR-P1/DR-N1/FG/PP-7/PP-COM

: BT-CONN ...PP-1/PP-2/PP-3/PP-4/PP-5/PP-6

-대응 기능 : PP-1 ...수동/자동

: PP-2 ...수동진행

: PP-3 ...점멸/정상

: PP-4 ...모순 해제

: PP-5 ...점등/소등

: PP-6 ...함체 개폐

⑦ LDB (Loop vehicle Detector - 4ch) (도 19 참조)

-유선형 루프식 차량검지기능 주체부

-4 Channel 루프식 차량검지기

-루프 단선 상황 판별

-PIN CONFIG : UP-CONN ...DR-P2/DR-N2/FG/LA-4/LB-4

: BT-CONN ...LA-1/LB-1/LA-2/LB-2/LA-3/LB-3

본 발명에 따른 교통신호제어기 연계기술은 1)통합플랫폼 교통신호 연동기술 개발, 2) 수출용 콤팩트형 교통신호제어기 개발 등으로 구분될 수 있다.

도 20은 본 발명에 따른 교통신호제어기의 집중형 운영 개념도를 도시한다.

집중형 운영은 교통신호제어기의 각 기능 블록을 하나의 함체에 설치하여 각각의 입력 또는 출력을 신호등기, 루프 헤드 및 보행자 입력 스위치 등으로 연결하여 운영하는 것을 말한다.

도 21은 본 발명에 따른 교통신호제어기의 분산형 운영 개념도를 도시한다.

분산형 운영은 교통신호제어기의 각 기능 블록 중 MCB, CTB 등 공통부를 제외한 LSB, LDB, MIB 등의 입출력 기능 블록을 신호등기, 루프 헤드 및 보행자 입력 스위치 등과 가까운 곳에 설치하고 연결하여 운영하는 것을 말한다.

도 22는 통합플랫폼 교통신호 연동 보드의 외관을 도시한다.

통합플랫폼 교통신호 연동기술 개발의 상세 내용은 다음과 같다.

통합플랫폼 교통신호 연동 보드 HARDWARE 개발

- 사양 : 통합형제어기 공통규격을 적용한 임베디드 보드

- 보드 Size : 4U/8HP/120mm

- 사용전원 : DC 5V 단일전원

- LAN Port : 1 Port ... 상위 시스템 연계

- Serial Port : 1 Port ... 하위 시스템 연계

- Serial Port : 1 Port ... (예비)

상위 연계 프로토콜 설계

- 국제표준 프로토콜(NTCIP) 기반 상위시스템 연계 프로토콜 기본기능 설계

상위 연계 프로토콜 구현

- 국제표준 프로토콜(NTCIP) 기반 상위시스템 연계 프로토콜 기본기능 구현

하위 연계 프로토콜 설계

- 수출용 신호제어기

하위 연계 프로토콜 구현

CONT 기능모듈 간 운영 프로토콜 구현

환경 사양

- 동작 온도 : -34 ~ +74

- 상대 습도 : +4.4 ~ +44에서 최대 95%

도 23 내지 도 24는 본 발명에 따른 교통신호제어기에 의해 달성되는 효과를 도식적으로 보인다.

도 23 내지 도 24를 참조하면, 본 발명에 따른 교통신호제어기는 내부 포선 및 접점의 수 경감 효과를 갖는다.

이로 인하여,

1) 신뢰성 향상 (접점 수 감소로 고장원인 감소)

2) 공간 효율 증대 (제어기 크기, 도시 공간)

3) 유지보수 편의 향상 (모듈의 착탈 용이)

4) 경제성 향상 (유지보수 비용 절감, 설치 비용 감소)

5) 확장성 향상 (슬롯 제약에서 벗어남)

등의 효과가 얻어진다.

본 발명에 따르면 ITS 해외사업에서 그동안 한국의 교통신호제어기가 기능에 대비하여 비용이 높아 유럽 및 중국의 교통신호제어기 간 경쟁 열세에 있었던 사항을 개선하기 위한 새로운 대안으로 활용가능하다.

본 발명에 따른 교통신호제어기 구현 방법은 각 기능블록을 교통신호제어기 함체 내에 배치하여 집중형 제어가 가능하고, 또한 개별 기능블록을 신호등기 내부 등에 밀착하여 배치함으로써 분산형 제어가 가능한 새로운 방법을 확보할 수 있도록 하여 설치 운영의 자유도를 향상시키는 효과가 있다.

52...기능 블록 52...커넥터
90...교통신호 제어기

Claims (12)

1. 교차로의 실시간 소통 정보에 기반하여 신호등을 제어하는 교통 신호 제어기에 있어서,
   다른 기능 블록들 및 외부와의 인터페이스를 위한 복수의 접속핀을 구비하는 기능 블록; 및
   외부신호선 및 기능 블록들 사이를 연결하는 내부신호선이 연결되는 단자대가 일체로 구비되며 상기 기능 블록의 상기 복수의 접속핀에 결합되는 커넥터;
   를 포함하며, 상기 기능 블록을 상기 커넥터에 착탈함에 의해 장착 및 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 기능 블록은
   상기 기능 블록에 할당된 기능을 수행하는 기능 수행부;
   상기 기능 수행부와 다른 기능 모듈과의 통신을 수행하는 통신부;
   상기 기능 수행부 및 통신부와 상기 접속핀을 연결하는 핀접속부; 및
   상기 기능 수행부 및 통신부에 전원을 제공하는 전원부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 통신부는 상위의 기능 블록과의 통신을 수행하는 상향 통신부 혹은 하위의 기능 블록과의 통신을 수행하는 하향 통신부인 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 통신부는 직렬 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
   
5. 제2항에 있어서, 상기 기능 수행부는
   상기 기능 블록에 할당된 기능을 수행하기 위한 설정 정보를 가지는 설정부;
   외부신호선과 연결되어 상기 기능 블록에 할당된 기능을 수행하는 기능 입출력 회로부; 및
   상기 설정부에 설정된 설정 정보를 기반으로 상기 기능 입출력 회로부를 제어하는 제어부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
   
6. 교차로의 실시간 소통 정보에 기반하여 신호등을 제어하는 교통 신호 제어기에 있어서,
   신호 교차로에 설치된 루프 감지기와 연결되어 차량의 소통을 감지하는 루프 차량 검지 블록;
   전원 및 내부통신 인터페이스를 수행하는 전력 및 인터페이스 드라이버 블록; 및
   상기 루프 차량 검지 블록을 통하여 검출된 차량 소통 정보에 따라 신호등 점멸 명령을 발생하는 제어 블록; 및
   상기 제어 블록의 제어하에 신호등 제어 신호를 출력하는 로드 스위치 블록;
   을 포함하는 교통신호제어기.
   
7. 제6항에 있어서,
   보행자 조작을 입력하는 보행자 스위치 입력 블록; 및
   수동조작을 입력하는 수동 조작 입력 블록;
   을 더 포함하며,
   상기 제어 블록은
   상기 루프 차량 검지 블록을 통하여 검출된 차량 소통 정보, 상기 보행자 스위치 입력 블록을 통해 입력된 보행자 조작 입력, 상기 수동 조작 입력 블록을 통해 입력된 수동 조작 입력에 따라 신호등 점멸 명령을 발생하는 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 제어 블록은 피드백 신호의 분석 및 장애 상황에 대처하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
   
9. 제6항에 있어서, 상기 교통신호제어기의 운영의 기준이 되는 시간을 설정하는 메인 제어 블록을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 메인 제어 블록은 상위의 교통신호 논리 제어부와 연계하는 상향 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 교통신호제어기.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 메인 제어 블록은 상기 제어 블록과 SPI(Serial-Parellel Interface)를 수행하는 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.
    
12. 제6항에 있어서,
    상기 루프 차량 검지 블록, 전력 및 인터페이스 드라이버 블록, 제어 블록, 로드 스위치 블록들 각각은 외부 및 다른 블록들와의 인터페이스를 위한 복수의 접속핀을 구비하며,
    상기 루프 차량 검지 블록, 전력 및 인터페이스 드라이버 블록, 제어 블록, 로드 스위치 블록에 상응하며 각각이 외부신호선이 연결되는 단자대가 일체로 구비되며 상기 루프 차량 검지 블록, 전력 및 인터페이스 드라이버 블록, 제어 블록, 로드 스위치 블록을 각각 수용하는 복수의 커넥터;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교통신호제어기.

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