专利名称：一种交通信号控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能交通控制装置，特别是一种能实现潮汐车道控制的智能 协调型交通信号控制器。
背景技术：
现有技术智能交通信号灯控制系统信号控制器主要采用ARM7和ARM9系列嵌入式 CPU芯片，运算速度跟不上路口信息处理的需求；交通信号灯组控制主要由电缆输电控制 或者电力线加通信的模式控制。此类控制器控制路口线缆浪费且敷设工程量和施工难度都 较大；若系统扩展，如需发布交通诱导信息、采集车流量信息，则需要另外增加通信线缆，重 复投入费用增大并且实施困难；再者，由于国内电网杂波严重，还必须采用相应的技术措施 进行处理。目前城市发展很快，老城区道路无法拓宽，而车流猛增，为了缓解道路拥堵，确保 交通安全，将某一路段实现潮汐控制成为一种要求，即早高峰进城方向增加车道，晚高峰出 城方向增加车道。这需要信号控制器的支持，但是目前无此类信号控制器，普通控制器中未 设置该调度模块和算法。中国专利CN1949294A《一种交通灯信号控制系统与控制方法》，公开了一种基于自 感应控制方式的交通信号控制系统，由安装在十字路口的环行地感线圈、车辆检测器、主控 制器、交通灯、报警器、计算机组成，环行地感线圈与车辆检测器连接构成检测系统，并统计 车辆数，然后数据信息传送给与之连接的主控制器；主控制器根据接收到的车辆数进行计 算，实时确定交通灯变换信号的周期，最终将控制信号输给与之连接的交通灯或报警器，实 现根据车流量实时控制交通信号的功能；计算机与主控制器连接进行串口通讯，以实现远 程控制。该控制系统与控制方法提高了交通控制的实时性与适应性，然而其控制器与中心 通信使用串行接口，未涉及电力载波通信方法，未涉及诱导和可变车道控制方法，无法用于 潮汐车道控制。CN101320518A《一种道路交叉路口交通控制方法和交通信号控制器》公开 了一种提供主控制信号和副控制信号的交通信号控制器。该交通信号控制器充分利用在禁 止直行时的道路空闲资源，在允许直行的同时允许转弯，实施一种基于左转车道改进的交 通信号调度方法。提高了交叉路口车辆通行效率。但该申请仅对左转车道进行改进，未涉 及可变车道控制方法、输出诱导信息引导，亦未对主控设备故障进行实质性的处置，依然不 能实现潮汐控制。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种电路设 计合理，实现可变车道标志自动调度，支持特有的潮汐车道控制，操作使用方便的交通信号 控制器。本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是该交通信号控制器，其结构特点 是包括控制主机、车流量采集模块、信号输入/输出模块和IO输出模块；所述的控制主机 包含主控模块和PDA微处理机，车流量采集模块采用通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块，信号输入/输出模块包含电力载波输入/输出模块和串 口信号输入/输出模块；所述的主控模块与PDA微处理机、串口信号输入/输出模块、电力 载波输入/输出模块双向连接，主控模块输出端连接IO输出模块，通用晶体管-晶体管逻 辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块的输出分别连接电力载波输入/输出模块 和串口信号输入/输出模块，电力载波输入/输出模块接于电力线上。本实用新型交通信号控制器，所述的主控模块采用ARMll嵌入式处理芯片，通用 晶体管_晶体管逻辑电平车流量采集模块采用TTL电平车流量采集模块，串行车流量采集 模块采用RS232/485车流量采集模块，串口信号/输入输出模块采用RS232/485输入/输 出模块，电力载波输入/输出模块采用TTL电平电力载波输入/输出模块，IO输出模块设置 TTL电平输入接口和TTL电平输出接口，所述的ARMll嵌入式处理芯片与RS232/485输入/ 输出模块双向连接，RS232/485车流量采集模块的输出端连接RS232/485信号输入/输出 模块，ARMll嵌入式处理芯片的输出端连接TTL电平输入HC245接口和TTL电平输出HC373 接口。本实用新型交通信号控制器，还包括电源模块和外围模块，电源模块和主控模块、 电力线连接，外围模块和主控模块连接；所述的电源模块设置隔离变压器装置，该隔离变压 器装置安装在电力线上；所述的外围模块包括触摸屏、键盘、音视频采集模块和显示输出控 制模块，所述的触摸屏、键盘、音视频采集模块的输出连接ARMll嵌入式处理芯片，ARMll嵌 入式处理芯片的输出端连接显示输出控制模块。本实用新型交通信号控制器，还包括上位通讯模块和辅助模块，所述的上位通讯 模块和ARMl 1嵌入式处理芯片双向连接，辅助模块和ARMl 1嵌入式处理芯片、电源模块均双 向连接。本实用新型交通信号控制器，还包括独立的机箱，所述的控制主机、车流量采集模 块、信号输入/输出模块、IO输出模块和电源模块均装在机箱内，触摸屏、键盘和显示屏装 在机箱面板上。独立机箱结构使控制器性能稳定可靠。本实用新型交通信号控制器，所述的PDA微处理机采用STC90C52单片机，辅助模 块采用STC90C51RC芯片，上位通讯模块采用NIC网络输出接口，TTL电平电力载波输入/输 出模块采用ST7538Q电力载波芯片，TTL电平输入接口采用TTL电平输入HC245接口，TTL 电平输出接口采用TTL电平输出HC373接口，隔离变压器装置采用初级次级为1 1隔 离变压器，键盘采用KB-25键盘，显示屏采用OLED液晶显示屏，显示输出控制模块采用OLED 液晶输出控制模块。本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果1、该交通信号控制器结构合理， 采用ARMll嵌入式芯片和STC90C52单片机构成控制主机，使电路设计简洁，大量节省电缆 使用数量，减少线缆敷设时间，降低制造和使用成本。2、采用TTL电平车流量采集模块和 RS232/485车流量采集模块两种信号采集模块。电力载波抗干扰能力强，实现远距离低速数 据信息简捷、可靠传输；能实现可变车道电子指示牌的行驶方向指示标志自动调度切换，支 持特有的潮汐车道控制和路口信号灯控制，采用该交通信号控制器能提高道路利用率，切 实缓解道路拥堵，确保交通安全。3、设置辅助模块和带隔离变压器装置的电源模块，使该控 制器具备应急和信号隔离功能，保证实用可靠、控制有效。4、设置上位通讯模块，以及触摸 屏、键盘、音视频采集模块和显示输出控制模块等外围模块，便于该控制器接受上位控制装置的集中控制，且使操作直观、简捷、方便。5、采用高亮度的OLED液晶显示屏，使控制器在 野外强光下还能正常使用。
图1为本实用新型交通信号控制器实施例结构方框图。图2为图1实施例工作原理示意框图。图3为图1实施例的应用实例交通信号控制系统拓扑结构示意图。图4为图3中应用实例潮汐车道的车道标识指示灯组安装分布示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，结合附图对本实用新型作进一步的阐述。实施例交通信号控制器结构参见图1，该交通信号控制器包括控制主机1、车流量 采集模块2、信号输入/输出模块3、IO输出模块4、外围模块5、辅助模块6、上位通讯模块 7和电源模块8。控制主机1包含主控模块11和PDA微处理机12 ；实施例主控模块11采用高性能 的ARMll嵌入式处理芯片，PDA微处理机12采用STC90C52单片机，ARMll嵌入式处理芯片 完成数据处理与系统调度。车流量采集模块2采用通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采 集模块和串行车流量采集模块两种采集模块；实施例通用晶体管_晶体管逻辑电平车流量 采集模块采用TTL电平车流量采集模块21，串行车流量采集模块采用RS232/485车流量采 集模块22。该交通信号控制器接口丰富，可接入多种类型输入信号，同时提供多种输出接 口，可输出载波信号供支持载波的信号灯组、倒计时、检测器、诱导牌等交通控制设备；其信 号输入/输出模块3包含电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块；实施例电 力载波输入/输出模块采用TTL电平电力载波输入/输出模块，选用ST7538Q电力载波芯片 31，在智能协调交通控制中，由ST7538Q提供稳定的载波通信信号，处理后调制到电力线上 送出，并从电力线上解调出上传的载波信号；串口信号/输入输出模块采用RS232/485输入 /输出模块32，该模块可接入车流量采集串行信号，输出倒计时、诱导串行控制信号。IO输 出模块4设置TTL电平输入接口 41和TTL电平输出接口 42 ；实施例TTL电平输入接口 41 采用TTL电平输入HC245接口，TTL电平输出接口 42采用TTL电平输出HC373接口，HC254 输入TTL电平类型检测信号，HC373输出TTL交通信号控制电平。外围模块5包括触摸屏 51、键盘52、音视频采集模块53和显示输出控制模块54 ；音视频采集模块53中的视频模 块主要用于辅助视频检测模块，而音频模块直接采集路口声音并可传输警告信息；显示输 出控制模块54控制显示屏55 ；实施例键盘51采用KB-25键盘，显示屏55采用OLED液晶 显示屏，显示输出控制模块54采用OLED液晶输出控制模块，先进的OLED液晶输出控制模 块在强光下也可无障碍操作。辅助模块6采用ST90C51RC芯片，当主控模块11发生故障， 辅助模块6自动转入单点两相位控制，即路口分东西方向通行和南北方向通行两步放行控 制，或特定的其它简单控制；实施例辅助模块6可输出1 15个交通信号灯控制信号，驱动 1 5组交通信号灯组。该交通信号控制器与上位指挥中心通信支持以太网、光纤网络、无 线数据通信和直接串口通信，本实施例上位通讯模块7采用OTC网络输出接口，交通信号控 制器直接通过以太网络传输控制信号和数据信号，与上位指挥中心联系。电源模块8设置隔离变压器装置81，实施例隔离变压器装置81采用初级次级为1 1隔离变压器，同时 阻止外部电网对控制器干扰，以及控制器的载波信号干扰外电网其它设备的正常运行。主控模块11与PDA微处理机12、串口信号输入/输出模块、电力载波输入/输出 模块双向连接，主控模块11输出端连接IO输出模块4，通用晶体管-晶体管逻辑电平车流 量采集模块和串行车流量采集模块的输出分别连接电力载波输入/输出模块和串口信号 输入/输出模块，电力载波输入/输出模块接于电力线上，电源模块8和主控模块11、电力 线连接，外围模块5和主控模块11。实施例各模块连接如图1所示，ARMll嵌入式处理芯 片与RS232/485输入/输出模块32双向连接，RS232/485车流量采集模块22的输出端连 接RS232/485信号输入/输出模块32 ；ARMll嵌入式处理芯片的输出端连接TTL电平输入 HC245接口 41和TTL电平输出HC373接口 42 ；外围模块5的触摸屏51、键盘52、音视频采 集模块53的输出连接ARMll嵌入式处理芯片，ARMll嵌入式处理芯片的输出端连接显示输 出控制模块54 ；辅助模块6和ARMll嵌入式处理芯片、电源模块8均双向连接，上位通讯模 块7和ARMll嵌入式处理芯片双向连接，电源模块8设置的隔离变压器装置81安装在电力 线上。实施例交通信号控制器采用独立的机箱结构，使整个控制器稳定可靠。控制主机 1、车流量采集模块2、信号输入/输出模块3、IO输出模块4和电源模块8均装在机箱内， 触摸屏51、键盘52和显示屏55装在机箱面板上。实施例工作原理参见图2，该交通信号控制器，ARMll嵌入式处理芯片处理信号调 度事务、输入/输出信号，通过由主控模块11和PDA微处理机12组成的控制主机1控制车 流量采集模块2采集各车道TTL电平车流量信号和RS232/485车流量信号两种车流量信 号，将5 10分钟内采集的车流量信息汇总，且输入主控模块11运算后输出交通控制信 号，控制交通信号设备组。通用晶体管_晶体管逻辑电平车流量采集模块采集晶体管_晶体 管逻辑电平类型车流量信号，通过和主控模块11输出端连接的IO输出模块4输出输入晶 体管_晶体管逻辑电平类型检测信号和晶体管_晶体管逻辑交通信号控制电平。ST7538Q 电力载波芯片31将控制信号调制到低压电力传输线路AC 220V上，从而控制受控于载波模 块的信号灯、倒计时和诱导牌等交通信号设备组，与此同时接收来自通过ST7538Q电力载 波芯片31回传的车流量检测信号、行人申请信号、BRT请求信号等检测信号。同时，通过控 制主机1控制串行车流量采集模块采集串行车流量信号，通过和主控模块11双向连接的串 口信号输入/输出模块输出串行控制信号控制交通信号设备组。在主控模块11中设置可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度 模块，交通信号设备组包含可变车道电子指示牌、潮汐车道的车道标识指示灯和路口信号 灯。可变车道调度模块根据主控模块11输出信息自动输出可变车道控制信息自动调度可 变车道电子指示牌；潮汐车道调度模块根据路段车流的时段特性，自动调度整个路段的车 道指示灯，将路段车流通行量最大化，该模块算法的独特之处在于潮汐车道可与路口协同 控制，根据路口车流状态，实时调度潮汐车道标识，而且切换过程中平滑过渡，不存在交通 隐患。主控模块11控制各车道车流量信息采集、汇总、统计，并将统计参数输入可变车道调 度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块，经可变车道调度模块运算后输出路口 可变车道控制信号，自动调度切换可变车道电子指示牌的行驶方向指示，可变车道电子指 示牌的行驶方向指示包括直行、直行带右转、直行带左转、左转和右转指示灯。可变车道控制事先在可变车道处用数字标识该车道为几号车道，可变车道电子指示牌根据各车道车流 量采集模块采集的车流量数据统计情况切换，如果右转车辆排队过长，车流明显大于左转、 直行车流，则将直行车道指示牌切换为右转，将靠近原直行车道的左转车道指示牌切换为 直行带右转，其它情况以此类推。经潮汐车道调度模块根据路段车流的时段特性运算后输 出路段潮汐车道控制信号，实时调度、平滑切换潮汐车道的左转、直行、直行带左转、直行带 右转、调头、禁行车道标识指示灯和车道行驶方向以东西方向五车道，其中三个车道正向 东向西，二个车道逆向西向东为例，在车道上方设置龙门架安装潮汐车道标识指示灯，依据 路段长度设置龙门架数目，每个路段每一车道入口处安装车流量采集模块的车辆检测线圈 来采集、统计车流量，若正向车流仍然过大，考虑再增加一个正向车道、同时减少一个反向 车道，反之，则减少一个正向车道、增加一个反向车道；如果发生事故或需要封闭施工则可 远程调度将车道转换为正反方向均禁行的封道状态，使用禁行指示。经路口信号灯调度模 块运算后输出路口信号灯控制信号，控制包括信号灯和倒计时器的路口信号灯。主控模块 11通过TTL电平车流量采集模块21和RS232/485车流量采集模块22，以及TTL电平输入 HC245接口 41和RS232/485输入/输出模块32采集各个车道的车流量、平均车速、车道空 间占用率、车道时间占用率参数，通过TTL电平输出HC373接口 42和RS232/485输入/输 出模块32输出可变车道调度模块、潮汐车道调度模块和路口信号灯调度模块的路口可变 车道控制信号、路段潮汐车道控制信号和路口信号灯控制信号。交通信号控制器工作时通 过上位通讯模块7与上位指挥中心进行控制信号和数据信号传输，接受上位指挥中心的集 中控制。当主控模块11出现故障，辅助模块6在3. 5s内未收到主控模块11发送的控制信 号，辅助模块6自动转入预先设定的单点两相位控制模式，即路口分两步东西方向通行和 南北方向通行放行，或特定的简单控制模式，驱动控制交通信号灯；若辅助模块6上单片机 出现故障无法运行，则辅助模块6上的黄闪器/车道指示默认控制装置立即进入工作状态， 路口信号灯控制为黄闪器进入黄闪状态或熄灯状态，可变车道控制进入默认模式，潮汐车 道控制的潮汐车道的车道标识指示灯自动进入红闪状态。在交通信号控制器中设置的隔离 变压器81，阻止外部电网与交通信号控制器的相互干扰，保证交通信号控制器和外电网其 它设备的正常运行。应用实例本应用实例智能交通信号控制系统控制的路段交通流复杂，车流呈明 显的潮汐现象，实施潮汐车道控制。图3为该应用实例控制系统拓扑结构图，该控制系统涉 及整个路段五车道潮汐车道信号控制，还包括五个交叉路口信号控制，系统安装11个龙门 架潮汐车道信号控制设备，设置11个控制主机进行交通信号控制。如图3所示，受上位控 制中心控制的控制主机I、II、……和XI分别对应连接各自的PDA微处理器I、II、……和 XI，控制各自对应的潮汐车道I、II、……和XI，载波设备组I、11、……和XI，以及光电转 换器I、11、……和XI，光电转换器选用RJ-45接口，用于转为光纤接口设备。图4为本应用实例潮汐车道的车道标识指示灯组安装分布示意图，此潮汐车道路 段划分为五个车道，在各路段上监测点均设置控制主机，并安装车流量采集模块，车流量采 集模块包含在载波设备组I、II、……和XI中。潮汐车道调度控制的潮汐车道车道一 车 道五的车道标识指示灯组分别安装在11个龙门架I、II、……和XI上，每个龙门架上安装5 组指示灯，总计安装55组指示灯。图4所示箭头表示该车道处于何种通行方向，例如“一”箭头表示自西向东方向，“一”箭头表示自东向西方向，“丨”箭头表示自西向东方向左转车 道，“丨”箭头表示自东向西方向左转车道，红色“X”信号表示禁止通行，如果东西方向都为 红色“ X ”则表示该车道封道，即双向都禁止通行。潮汐车道指示和路口信号调度都依据车 流量采集模块采集的流量信息实时协调控制。本实用新型采用高性能的运算能力强大的嵌入式芯片ARMll作为CPU，设置TTL电 平车流量采集模块，即电力载波车流量采集模块，同时保留其它检测设备输入接口，从而确 保交通信号控制器使用的灵活便捷。凭借ARMll的处理能力在数据采集与控制信号传输的 协调上引入了令牌通信机制，在软件上设置基于路口的自适应协调模块，自动调度可变车 道信号输出模块输出车道路口指示信息，支持潮汐交通的潮汐车道指示控制和诱导信息输 出，合理规划交通流。支持先进的OLED显示技术液晶模块，在强光下也可无障碍操作；在电 源模块输入端采用隔离变压器过滤电网杂波，然后利用电力载波技术增加载波调制/解调 电路和载波输出接口，从而达到采集各类有效信号数据，实现有效载波传输控制和数据信 号控制设备的目的。本实用新型交通信号控制器经过客户使用，反映良好，控制稳定、效果 显著，深受用户欢迎。本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型交通信号控制器结构所作的 举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的 修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书 所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种交通信号控制器，其特征在于包括控制主机、车流量采集模块、信号输入/输 出模块和IO输出模块；所述的控制主机包含主控模块和PDA微处理机，车流量采集模块采 用通用晶体管_晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块，信号输入/输出 模块包含电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块；所述的主控模块与PDA微 处理机、串口信号输入/输出模块、电力载波输入/输出模块双向连接，主控模块输出端连 接IO输出模块，通用晶体管-晶体管逻辑电平车流量采集模块和串行车流量采集模块的输 出分别连接电力载波输入/输出模块和串口信号输入/输出模块，电力载波输入/输出模 块接于电力线上。
2.根据权利要求1所述的交通信号控制器，其特征在于所述的主控模块采用ARMll 嵌入式处理芯片，通用晶体管_晶体管逻辑电平车流量采集模块采用TTL电平车流量采集 模块，串行车流量采集模块采用RS232/485车流量采集模块，串口信号/输入输出模块采 用RS232/485输入/输出模块，电力载波输入/输出模块采用TTL电平电力载波输入/输 出模块，IO输出模块设置TTL电平输入接口和TTL电平输出接口，所述的ARMll嵌入式处 理芯片与RS232/485输入/输出模块双向连接，RS232/485车流量采集模块的输出端连接 RS232/485信号输入/输出模块，ARMll嵌入式处理芯片的输出端连接TTL电平输入HC245 接口和TTL电平输出HC373接口。
3.根据权利要求2所述的交通信号控制器，其特征在于还包括电源模块和外围模块， 电源模块和主控模块、电力线连接，外围模块和主控模块连接；所述的电源模块设置隔离变 压器装置，该隔离变压器装置安装在电力线上；所述的外围模块包括触摸屏、键盘、音视频 采集模块和显示输出控制模块，所述的触摸屏、键盘、音视频采集模块的输出连接ARMll嵌 入式处理芯片，ARMll嵌入式处理芯片的输出端连接显示输出控制模块。
4.根据权利要求3所述的交通信号控制器，其特征在于还包括上位通讯模块和辅助 模块，所述的上位通讯模块和ARMll嵌入式处理芯片双向连接，辅助模块和ARMll嵌入式处 理芯片、电源模块均双向连接。
5.根据权利要求3所述的交通信号控制器，其特征在于还包括独立的机箱，所述的控 制主机、车流量采集模块、信号输入/输出模块、IO输出模块和电源模块均装在机箱内，触 摸屏、键盘和显示屏装在机箱面板上。
6.根据权利要求5所述的交通信号控制器，其特征在于所述的PDA微处理机采用 STC90C52单片机，辅助模块采用STC90C51RC芯片，上位通讯模块采用NIC网络输出接口， TTL电平电力载波输入/输出模块采用ST7538Q电力载波芯片，TTL电平输入接口采用TTL 电平输入HC245接口，TTL电平输出接口采用TTL电平输出HC373接口，隔离变压器装置采 用初级次级为1 1隔离变压器，键盘采用KB-25键盘，显示屏采用OLED液晶显示屏，显 示输出控制模块采用OLED液晶输出控制模块。
专利摘要本实用新型涉及一种交通信号控制器，它包括控制主机、车流量采集模块、信号输入/输出模块和IO输出模块；控制主机包含主控模块和PDA微处理机，车流量采集模块采用通用晶体管-晶体管逻辑电平和串行车流量采集模块，信号输入/输出模块包含电力载波和串口信号输入/输出模块。主控模块与PDA微处理机、串口信号输入/输出模块、电力载波输入/输出模块双向连接，主控模块输出端连接IO输出模块，通用晶体管-晶体管逻辑电平和串行车流量采集模块的输出分别连接电力载波和串口信号输入/输出模块，电力载波输入/输出模块接于电力线上。本实用新型具有电路设计合理，可实现可变车道标志自动调度，支持潮汐车道控制，操作使用方便等优点。
文档编号G08G1/08GK201780689SQ20102019048
公开日2011年3月30日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者文建斌, 许明洪 申请人:杭州普乐科技有限公司