一种道路交通信号控制机、控制系统及其控制方法
【专利摘要】本发明属于交通信号控制【技术领域】，尤其涉及一种道路交通信号控制机、控制系统及其控制方法，本发明的道路交通信号控制机包括主控模块、通讯模块、触屏显示输入模块、电源模块、储存模块和灯控输出模块，所述通讯模块、触屏显示输入模块、电源模块、储存模块和灯控输出模块均与主控模块电连接，所述通讯模块接收外部车辆的状态信息并将信息传递给主控模块处理，所述主控模块将处理后的信号数据存于储存模块中并通过触屏显示输入模块给予显示，当信号数据符合储存模块中的预设条件时，由主控模块发出指令给灯控输出模块来控制外部道路信号灯开启与关闭。本发明提供一种实时控制效率高和可靠性高的道路交通信号控制机、控制系统及其控制方法。
【专利说明】一种道路交通信号控制机、控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交通信号控制【技术领域】，尤其涉及一种道路交通信号控制机、控制系 统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的进步、现代化城市的快速发展，城市的交通堵塞问题日趋严重，尤其在 早晚上下班的高峰时期，道路交叉路口通行的各种机动车和非机动车容易相互抢道而发生 交通事故，所以除了提高驾驶员和行人的交通意识外，还需要迫切提高道路交叉路口信号 灯的控制能力。现有技术的道路交通信号控制机，通常采用单片机为微处理器，RS232串口 通信的方式，按照设定的固定参数控制运行，缺少上位机对路口信号机进行远程控制，如需 临时调整交通信号，通常需要交警现场对路口信号机进行临时调控以控制道路信号灯的灯 色及时间，现场调控无法对多个路口进行统一调配，只能进行单一信号机的调控。随着目前 道路交通控制复杂性的提高和交通流量的增大，这种道路交通信号控制机在实际使用时存 在如下问题：
[0003] 1、车道放行车辆时，十字路口的不同相位上车辆放行时间相同，车辆多的一方容 易出现车辆堆积，造成下一路口的交通堵塞；当某相位上无车时，恰好是该相位上的车辆通 行时间，则在这段时间内，就出现了交通指挥盲点，信号机对道路信号灯的实时控制效率较 差。
[0004] 2、路口控制方法简单，道路信号灯的红灯和绿灯时间按照预先设定好的时间执 行，不能随着路口车辆排队信息来实现感应控制，经常出现拥堵现象，靠交警现场指挥来疏 散堵塞车辆，所以这种控制方法的可靠性较低。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种实时控制效率高和 可靠性高的道路交通信号控制机、控制系统及其控制方法。
[0006] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0007] -种道路交通信号控制机，包括主控模块、通讯模块、触屏显示输入模块、电源模 块、储存模块和灯控输出模块，所述通讯模块、触屏显示输入模块、电源模块、储存模块和灯 控输出模块均与主控模块电连接，所述通讯模块接收外部车辆的状态信息并将信息传递给 主控模块处理，所述主控模块将处理后的信号数据存于储存模块中并通过触屏显示输入模 块给予显示，当信号数据符合储存模块中的预设条件时，由主控模块发出指令给灯控输出 模块来控制外部道路信号灯开启与关闭。
[0008] 所主控模块包括微处理器、串口扩展电路、I/O 口扩展电路、存储器扩展电路、网络 接口电路和虚拟键盘显示电路，所述串口扩展电路、I/O 口扩展电路、存储器扩展电路、网络 接口电路和虚拟键盘显示电路均与微处理器电连接，所述微处理器还连接灯控输出模块和 电源模块，所述串口扩展电路和I/O 口扩展电路均连接通讯模块，所述存储器扩展电路连 接非易失性储存模块，所述虚拟键盘显示电路连接触屏显示输入模块。
[0009] 所述主控模块和灯控输出模块还设置有故障检测模块，所述故障检测模块实时检 测主控模块和灯控输出模块运行故障。
[0010] 所述电源模块为加入避雷器的防雷电源模块。
[0011] 本发明还提供了一种道路交通信号控制系统，包括如上的道路交通信号控制机， 还包括战术车辆检测器、车辆检测模块和道路信号灯，所述战术车辆检测器和车辆检测模 块均与通讯模块相连接，所述道路信号灯与灯控输出模块相连接，所述战术车辆检测器和 车辆检测模块将检测的车辆状态信息通过通讯模块传递给主控模块处理，所述主控模块将 处理后的信号数据存于储存模块并与储存模块中的预设条件相比对，当信号数据符合储存 模块中的预设条件时，由主控模块发出指令给灯控输出模块来控制外部道路信号灯开启与 关闭。
[0012] 如上的道路交通信号控制系统还包括上位控制机，所述上位控制机通过网络接口 电路与微处理器相连接，所述上位控制机发送控制信号给微处理器，微处理器接收控制信 号并处理后，储存在储存模块中或者发送指令给灯控输出模块来控制道路信号灯动作。
[0013] 如上的道路交通信号控制系统还包括手提测试机和手动开关，所述手提测试机通 过通讯模块连接微处理器，用于对微处理器数据的检测和和提取；所述手动开关直接连接 微处理器，通过微处理器向道路信号灯输入手动指令。
[0014] 所述战术车辆检测器采用线圈式检测设备、射频检测设备、红外线检测设备和GPS 检测设备中的一种或几种。
[0015] 本发明还提供了一种道路交通信号控制方法，应用在如上道路交通信号控制系统 中，包括如下步骤：
[0016] A、道路交通信号控制系统初始化，战术车辆检测器和车辆检测模块开始工作；
[0017] B、道路交通信号控制系统进入自动控制模式；
[0018] C、车辆检测模块检测车流量、车速、车型分类、车排队和行人流量的信息，传递给 微处理器处理，处理后的数据存于储存模块并与储存模块中的预设条件相比对，当信号数 据符合储存模块中预设优先条件时，进入下一步，否则，进入步骤B ;
[0019] D、执行指令道路信号灯启动优先控制，所述优先控制是指，当相位出现警车、紧急 救险车、BRT公交车等优先车辆时，道路信号灯执行：延长绿灯时间或缩短红灯时间，保证 优先车辆快速通过路口；
[0020] E、当战术车辆检测器检测到是否有车压占停车线时，是的，进入下一步，否则进入 步骤B ;
[0021] F、指示指令道路信号灯执行延长该相位一个单位绿灯时间让该占线车辆通过此 路口；
[0022] 进一步的，在步骤B后还包括步骤Bl :当车辆检测模块检测到相位出现紧急车辆 时，进入紧急控制模式，非紧急相位进入清道和全红，紧急车辆相位开启绿灯并鸣放警报。
[0023] 本发明的有益效果为：
[0024] 1、本发明的道路交通信号控制机，主控模块内部集成微处理器、串口扩展电路、1/ 〇 口扩展电路、存储器扩展电路、网络接口电路和虚拟键盘显示电路，微处理器外围扩展串 口扩展电路、I/O 口扩展电路、存储器扩展电路、网络接口电路和虚拟键盘显示电路将微处 理器的功能种类、接口数量、储存空间更加提升，极大丰富了主控模块的功能作用和外围控 制种类，主控模块外围连接有通讯模块、触屏显示输入模块、电源模块、储存模块和灯控输 出模块，通讯模块可以实时采集交通信息，触屏显示输入模块可以显示采集信息并接受参 数设定等，主控模块接收通讯模块采集信息，依据采集信息来给灯控输出模块发送相应指 令，实现对交通信息实时采集和控制。
[0025] 2、本发明的道路交通信号控制系统，车辆检测模块可以对车流量、车速、车型分 类、车排队和行人流量的数据进行检测，极大丰富了现场采集种类和数据量，主控模块分析 处理现场采集数据后能输出更适用的控制指令给灯控输出模块，灯控输出模块触发调节道 路信号灯开启与关闭，主控模块依据采集种类较多的数据信息分析处理的控制指令更贴近 实际需要的道路信号灯开启与关闭状态，增大了实时控制效率；战术车辆检测器还能检测 车辆压占停车线状况，根据车辆压线情况主控模块发送指令给灯控输出模块，灯控输出模 块触发调节道路信号灯多延长一个单位时间让该占线车辆通过此路口。
[0026] 3、本发明的道路交通信号控制系统可以通过手动开关进入手动模式，具有自动控 制和手动控制两种控制方式，主控模块可以根据车辆检测模块检测到的车流量、车速、车型 分类、车排队、行人流量的交通信息统计情况，选择自动控制和手动控制任意一种控制方式 通过灯控输出模块调节道路信号灯开启和关闭，极大提高实时控制效率，使车辆通行效率 极大提1?。
[0027] 4、本发明的一种道路交通信号控制方法，通过采集的车流量、车速、车型分类、车 排队和行人流量信息，精准推估道路信号灯的开启和关闭时间，实现交通路口的感应控制， 避免交通堵塞和车辆等待时间过长，同时路口有警车、紧急救险车、BRT公交车等，道路信号 灯会延长绿灯时间或缩短红灯时间，保证优先车辆快速通过路口，当路口出现紧急车辆时， 启动紧急控制模式，可以及时调整道路信号灯开启和关闭，极大的提高了系统控制的可靠 性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1是本发明的道路交通信号控制机的原理框图；
[0029] 图2是本发明的道路交通信号控制系统的原理框图；
[0030] 图3是本发明的道路交通信号控制方法的控制流程图；
【具体实施方式】
[0031] 以下结合附图1-图3对本发明做进一步描述：
[0032] 实施例：
[0033] 本发明的技术方案涉及道路交通信号控制机、控制系统及其控制方法三个主题， 以下做详细阐述。
[0034] 如图1所示，一种道路交通信号控制机，其特征在于：包括主控模块、通讯模块、触 屏显示输入模块、电源模块、储存模块和灯控输出模块，所述通讯模块、触屏显示输入模块、 电源模块、储存模块和灯控输出模块均与主控模块电连接，所述通讯模块接收外部车辆的 状态信息并将信息传递给主控模块处理，所述主控模块将处理后的信号数据存于储存模块 中并通过触屏显示输入模块给予显示，当信号数据符合储存模块中的预设条件时，由主控 模块发出指令给灯控输出模块来控制外部道路信号灯开启与关闭。
[0035] 所主控模块包括微处理器、串口扩展电路、I/O 口扩展电路、存储器扩展电路、网络 接口电路和虚拟键盘显示电路，所述串口扩展电路、I/O 口扩展电路、存储器扩展电路、网络 接口电路和虚拟键盘显示电路均与微处理器电连接，所述微处理器还连接灯控输出模块和 电源模块，所述串口扩展电路和I/O 口扩展电路均连接通讯模块，所述存储器扩展电路连 接非易失性储存模块，所述虚拟键盘显示电路连接触屏显示输入模块。
[0036] 所述主控模块和灯控输出模块还设置有故障检测模块，所述故障检测模块实时检 测主控模块和灯控输出模块运行故障。故障检测模块为单点独立的故障检测模块，实时检 测并记录红绿同亮、绿绿冲突、红灯熄灭、电源故障、检测信息异常、手动开关开启、AC220V 供电中断、灯号输出关闭、通信离线、灯控输出模块故障、配时参数异常、现场更动控制参数 等自我诊断。
[0037] 所述电源模块为加入避雷器的防雷电源模块。当雷电阴雨天时，防雷电源模块可 以避免信号机瞬间过电压使信号机的设备或元器件损坏、人员伤亡、传输或储存的数据受 到干扰或丢失、信号机产生错误输出或暂时瘫痪等现象。
[0038] 道路交通信号控制机的主控模块内部集成微处理器、串口扩展电路、I/O 口扩展 电路、存储器扩展电路、网络接口电路和虚拟键盘显示电路，微处理器外围扩展串口扩展电 路、I/O 口扩展电路、存储器扩展电路、网络接口电路和虚拟键盘显示电路将微处理器的功 能种类、接口数量、储存空间更加提升，极大丰富了主控模块的功能作用和外围控制种类， 主控模块外围连接有通讯模块、触屏显示输入模块、电源模块、储存模块和灯控输出模块， 通讯模块可以实时采集交通信息，触屏显示输入模块可以显示采集信息并接受参数设定 等，主控模块接收通讯模块采集信息，依据采集信息来给灯控输出模块发送相应指令，实现 对交通信息实时采集和控制。
[0039] 如图2所示，本发明还提供了一种道路交通信号控制系统，包括如上的道路交通 信号控制机，还包括战术车辆检测器、车辆检测模块和道路信号灯，所述战术车辆检测器和 车辆检测模块均与通讯模块相连接，所述道路信号灯与灯控输出模块相连接，所述战术车 辆检测器和车辆检测模块将检测的车辆状态信息通过通讯模块传递给主控模块处理，所述 主控模块将处理后的信号数据存于储存模块并与储存模块中的预设条件相比对，当信号数 据符合储存模块中的预设条件时，由主控模块发出指令给灯控输出模块来控制外部道路信 号灯开启与关闭。
[0040] 道路交通信号控制系统的车辆检测模块可以对车流量、车速、车型分类、车排队和 行人流量的数据进行检测，极大丰富了现场采集种类和数据量，主控模块分析处理现场采 集数据后能输出更适用的控制指令给灯控输出模块，灯控输出模块触发调节道路信号灯开 启与关闭，主控模块依据采集种类较多的数据信息分析处理的控制指令更贴近实际需要的 道路信号灯开启与关闭状态，增大了实时控制效率；战术车辆检测器还能检测车辆压占停 车线状况，根据车辆压线情况主控模块发送指令给灯控输出模块，灯控输出模块触发调节 道路信号灯多延长一个单位时间让该占线车辆通过此路口。
[0041] 如上的道路交通信号控制系统还包括上位控制机，所述上位控制机通过网络接口 电路与微处理器相连接，所述上位控制机发送控制信号给微处理器，微处理器接收控制信 号并处理后，储存在储存模块中或者发送指令给灯控输出模块来控制道路信号灯动作。
[0042] 如上的道路交通信号控制系统还包括手提测试机和手动开关，所述手提测试机通 过通讯模块连接微处理器，用于对微处理器数据的检测和和提取；所述手动开关直接连接 微处理器，通过微处理器向道路信号灯输入手动指令。
[0043] 道路交通信号控制系统可以通过手动开关进入手动模式，具有自动控制和手动控 制两种控制方式，主控模块可以根据车辆检测模块检测到的车流量、车速、车型分类、车排 队、行人流量的交通信息统计情况，选择自动控制和手动控制任意一种控制方式通过灯控 输出模块调节道路信号灯开启和关闭，极大提高实时控制效率，使车辆通行效率极大提高。 [0044] 道路交通信号控制系统运行工作时，首先通过触屏显示输入模块进行各种信号控 制参数的设置，微处理器可以与交通指挥中心的上位控制机通过网络接口电路进行数据传 输，执行上位机控制机下达的控制指令，此信号机也可以独立作为单点自适应控制机使用， 微处理器通过I/O 口扩展电路利用通讯模块向车辆检测模块发送指令，使车辆检测模块开 始对车流量、车速、车型分类、车排队和行人流量的数据进行检测，车辆检测模块将检测到 的所有数据信息再利用通讯模块通过I/O 口扩展电路向微处理器实时传输，微处理器将检 测到的大量数据信息储存至存储器扩展电路，微处理器对检测到的数据进行处理分析后发 送相应控制指令给灯控输出模块，灯控输出模块依据接收到的控制指令触发调节道路信号 灯开启和关闭，系统正常工作时，战术车辆检测器检测到有车辆压占停车线时，会利用通讯 模块通过串口扩展电路向微处理器发送信号，微处理器通过处理分析后发送相应控制指令 给灯控输出模块，灯控输出模块依据接收到的控制指令触发延长道路信号灯绿灯时间，保 证车辆在绿灯快要结束时可以安全通过，同时独立的故障检测模块分别对灯控输出模块和 微处理器进行故障检测，电源模块分别为微处理器和故障检测模块供电。信号机出现故障 时，手提测试机可以通过通讯模块对信号机进行故障检测与性能分析，找出故障原因。
[0045] 所述战术车辆检测器采用线圈式检测设备、射频检测设备、红外线检测设备和GPS 检测设备中的一种或几种。战术车辆检测器主要检测是否有车辆压在停车线上的检测设 备，判断是否有车辆压在停车线上，从而启动延长一个单位绿灯时间的动作；
[0046] 线圈式检测设备是一种基于电磁感应原理车辆检测设备，将环形线圈埋在停车线 路面下，当车辆经过环形地埋线圈上时，车辆自身铁质切割磁通线引起线圈回路电感量的 变化，线圈式检测设备再将检测车辆信息发送给信号控制机。
[0047] 射频检测设备，是将转发器或者路侧接收器设置在车辆与信号机之间，当车辆到 达停车线时，将检测信息通过转发器发送给信号机；
[0048] 红外线检测设备，车辆上装置一定频率光信号的无线发射器，不同种类车辆压占 停车线时发送不同频率光信号，再通过无线发射器将信息发送至信号机；
[0049] GPS检测设备，车辆压占停车线时即GPS到达指定的经纬度所预设检测区时，车载 模块无线发送信息给信号机。
[0050] 以下下列表示以上检测设备的对比参数
[0051]
【权利要求】
1. 一种道路交通信号控制机，其特征在于：包括主控模块、通讯模块、触屏显示输入模 块、电源模块、储存模块和灯控输出模块，所述通讯模块、触屏显示输入模块、电源模块、储 存模块和灯控输出模块均与主控模块电连接，所述通讯模块接收外部车辆的状态信息并将 信息传递给主控模块处理，所述主控模块将处理后的信号数据存于储存模块中并通过触屏 显示输入模块给予显示，当信号数据符合储存模块中的预设条件时，由主控模块发出指令 给灯控输出模块来控制外部道路信号灯开启与关闭。
2. 根据权利要求1所述的一种道路交通信号控制机，其特征在于：所主控模块包括微 处理器、串口扩展电路、I/O 口扩展电路、存储器扩展电路、网络接口电路和虚拟键盘显示电 路，所述串口扩展电路、I/O 口扩展电路、存储器扩展电路、网络接口电路和虚拟键盘显示电 路均与微处理器电连接，所述微处理器还连接灯控输出模块和电源模块，所述串口扩展电 路和I/O 口扩展电路均连接通讯模块，所述存储器扩展电路连接非易失性储存模块，所述 虚拟键盘显示电路连接触屏显示输入模块。
3. 根据权利要求1所述的一种道路交通信号控制机，其特征在于：所述主控模块和灯 控输出模块还设置有故障检测模块，所述故障检测模块实时检测主控模块和灯控输出模块 运行故障。
4. 根据权利要求1所述的一种道路交通信号控制机，其特征在于：所述电源模块为加 入避雷器的防雷电源模块。
5. -种道路交通信号控制系统，包括权利要求1-4任一所述的道路交通信号控制机， 其特征在于：还包括战术车辆检测器、车辆检测模块和道路信号灯，所述战术车辆检测器和 车辆检测模块均与通讯模块相连接，所述道路信号灯与灯控输出模块相连接，所述战术车 辆检测器和车辆检测模块将检测的车辆状态信息通过通讯模块传递给主控模块处理，所述 主控模块将处理后的信号数据存于储存模块并与储存模块中的预设条件相比对，当信号数 据符合储存模块中的预设条件时，由主控模块发出指令给灯控输出模块来控制外部道路信 号灯开启与关闭。
6. 根据权利要求5所述的一种道路交通信号控制系统，其特征在于：还包括上位控制 机，所述上位控制机通过网络接口电路与微处理器相连接，所述上位控制机发送控制信号 给微处理器，微处理器接收控制信号并处理后，储存在储存模块中或者发送指令给灯控输 出模块来控制道路信号灯动作。
7. 根据权利要求5所述的一种道路交通信号控制系统，其特征在于：还包括手提测试 机和手动开关，所述手提测试机通过通讯模块连接微处理器，用于对微处理器数据的检测 和和提取；所述手动开关直接连接微处理器，通过微处理器向道路信号灯输入手动指令。
8. 根据权利要求5所述的一种道路交通信号控制系统，其特征在于：所述战术车辆检 测器采用线圈式检测设备、射频检测设备、红外线检测设备和GPS检测设备中的一种或几 种。
9. 一种道路交通信号控制方法，其特征在于：应用于权利要求5-8中任一所述的道路 交通信号控制系统中，包括如下步骤： A、 道路交通信号控制系统初始化，战术车辆检测器和车辆检测模块开始工作； B、 道路交通信号控制系统进入自动控制模式； C、 车辆检测模块检测车辆信息，传递给微处理器处理，处理后的数据存于储存模块并 与储存模块中的预设条件相比对，当信号数据符合储存模块中预设优先条件时，进入下一 步，否则，进入步骤B; D、 执行指令道路信号灯启动优先控制，所述优先控制是指，当相位出现警车、紧急救险 车、BRT公交车等优先车辆时，道路信号灯执行：延长绿灯时间或缩短红灯时间，保证优先 车辆快速通过路口； E、 当战术车辆检测器检测到是否有车压占停车线时，是的，进入下一步，否则进入步骤 B ； F、 指示指令道路信号灯执行延长该相位一个单位绿灯时间让该占线车辆通过此路口。
10.根据权利要求9所述的一种道路交通信号控制方法，其特征在于：在步骤B后还包 括步骤B1 :当车辆检测模块检测到相位出现紧急车辆时，非紧急相位进入清道和全红，紧 急车辆相位开启绿灯并鸣放警报。
【文档编号】G08G1/08GK104240524SQ201410550529
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】冉学均 申请人:天津通翔智能交通系统有限公司