专利名称：交通数据多通道并行双向处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交通数据传输装置，它用于城市交通多个交叉口的联网协调控制中，起到整个网内设备的信息交流，数据传输及处理的作用，对于既要求很强的实时性，又要求管多个路口，多个相位的交通控制过程来说，不但要求联网内设备的处理速度高，而且要求数据传输速度，数据的可靠性，以及传输过程的数据容量等技术指示必须满足控制要求。
通过目前我国已引进国外的交通协调控制系统(譬如TRANSYT、SCOOT、SCATS等)的数据传输系统的分析比较，可以看出现有的数据传输方式受到通用计算机结构的限制，使用一个至二个中央处理器去处理诸如协调优化，计算机、信息管理，数据检索等集多项功能于一体的庞大控制机构，只有以减慢控制节拍，减少控制路口的数量，甚至牺牲某些实时性指示或将某些实时性指标降到极限值作为代价的。所以，即便比较成熟的控制系统，其数据传输也有很大的局限性，仍未摆脱“分时处理”“一机多用”的框框，进而造成网络多路传输系统中的弊病“瓶颈”现象，这必然与交通控制系统所严格要求的实时性能相矛盾。
鉴此，本发明的目的是针对上述现有交通控制系统中所采用的通用计算机作为数据传输设备的缺陷，而设计出一种全新的数据传输装置，它设有并行双向多功能接口、主数据传输计算机，通过STD总线及缓冲器构成对60个单道数据传输控制机的管理控制，它位于上位机(协调控制计算机、交通信息管理计算机)与智能路口机之间，本装置基本RAM(外部数据存贮器)为4K可以扩充到16K，从上位机到单道数据传输控制机，整个传输过程采用中断方式，并行传输，由于增设数据交换存贮器，使多CPU能同时工作，克服了多路传输中的“瓶颈”现象，再辅之以功能完善的软件系统，在完全保障整个交通控制系统的实时性的前提下，达到整个联网协调控制系统的标准，经计算测定的指标如下1.以上位机到单道数据传输控制机每传送一个字节的数据，需用218.5微秒(μS)。
2.整个联网协调系统中，每个路口的最小控制周期为30秒，对比单道数据传输控制机的数据交换存贮器进行两次访问，传送60组数据，每组14个字节，最长使用2.5秒。
3.传输过程中每一环节都进行码制校验，各并行口之间高速传输总线控制，与智能路口机之间采用电缆调制解调方法传输，误码率低于10，这对提高传输过程的安全性起到保证作用。
4.采用了STD总线及缓冲器构成传输系统，可靠性增强，单机功能增强，单机价格降低，并且便于增加或减少控制路口的个数(可以增强或减少插入单道传输控制机线路板的数目)。
为了实现本发明的目的，本发明的特征在于设有接收协调控制计算机1或交通信息管理计算机2的控制信号，并发出选通信号的并行双向多功能接口P1，设有接收交叉路口智能式控制机4发送音频信号的单道数据传输控制机P3，设有接收P1的下传数据和P3的上传数据的主数据传输计算机P2，以及设有P1、P2、P3之间数据交换所必须经过的STD总线及缓冲器P0，其中1或2与P2之间数据传输以中断方式，P2与P3之间数据传输以巡回查询方式。
本发明的其它特征在于并列双向多功能接口P1由双向数据缓冲器P11、输出数据锁存器P12、输入/输出25线插口(端口)P13、输入数据及外部状态缓冲器P14、控制译码逻辑器P15以及控制数据锁存器P16所组成。
本发明的其它特征在于主数据传输计算机P2由数码校验器P21、中断处理器P22、主控制器P23、存贮器P24、数据类型鉴别器P26所组成。
本发明的其它特征在于单道数据传输控制机P3由单道数据传送控制器P31、数据交换存贮器P32、数据传输存贮器P33、数据类型鉴别器P34、调制解调器P35以及地址总线控制门K1、K3和数据总线控制门K2、K4所组成。
图1是本发明的方框原理图。
图2是本发明中的并行双向多功能接口P1方框原理图。
图3是本发明中的主数据传输计算机P2方框原理图。
图4是本发明中的单道数据传输控制机P3方框原理图。
参照图1详细叙述本发明的一个实施例如下为了叙述方便起见，先把图1中代号说明如下P0-STD总线及缓冲器。
P1-并行双向多功能接口。
P2-主数据传输计算机。
P3-单道数据传输控制机。
1-协调控制计算机(IBM386微机)。
2-交通信息管理计算机(IBM386微机)。
4-60台交叉路口智能式信号控制机(以下简称交通信号控制机)。
其中1、2和本发明的交通数据多通道并行双向处理装置都安装在中心控制室里，4分布在离中心控制室几千米乃至几十千米以远的各个被控制的交叉路口。
一、数据传输工作过程分为上传数据和下传数据过程由于控制系统协调控制的需要，1、2与4之间，1和2之间都要随时不断地交换各种类型的数据，P2是具有CPU的8051单片机加上相应的控制电路、存贮器组成的，各种来源、各种去向的各类数据都由P2根据数据的重要等级、传输请求命令产生的顺序(迟早)来统一调度，而且P1、P2、P3之间数据交换都要经过P0(STD总线及缓冲器)。
首先介绍一下，所需传输数据的类型和数据交换的特点数据的类型1)由1或2向下传送的各种操作命令，控制参数(以下简称下传数据)。
2)由4向上传送的各种交通状态数据(包括机动车流量、自行车流量、停车等待的机动车排队长度、等待造成的延误时间、4本身的工作状态，4对中心控制设备的请求等)(以下简称上传数据)。数据(信息)交换的特点a)信息源不是固定的，既可能是上传数据4之中任何一台产生的数据，也可能是下传数据是由(1)或(2)产生的数据。
b)数据是随机产生的，没有固定的顺序，也没有固定的时间。
c)数据的类型繁多，按大类来计，有23种，按小类来计，有上千种，而且各类数据的长度和内容均不相同。
d)接收数据的去向(终端)设备也不是固定的，上传数据中有的要送到1，有的要送到2，下传数据去向设备可能是4中的任何一台。
从上述看出本装置的任务就是要完成没有确定规律的、传输时刻不同、传输的数据类型不同、数据源及数据去向也是变化的复杂条件下的数据传输。
1.下传数据的工作过程即1或2产生的数据要送往4之中任何一台设备。
第一步 1或2通过P1、P0先把数据传输给P2，1或2与P2之间数据传输是以中断方式进行的，其过程如下1)首先由1或2发出输出指令经P1、P0通知P2，有数据要下传。
2)当P2响应输出指令时，P2发出一个回答信号，经P0、P1传给1或2。
3)1或2接到回答信号后，即向P2一个一个地发送数据(一个数据为八位，P1是双向并行接口，一次同时处理八位)。
4)1或2每发一个数据要判断一下数据是否发送完毕，P2是否已把要接收的数据都取走了。判断这一次数据传输是否完全结束，以一批数据尾部出现FF表示这一批数据已结束。
第二步 P2对数据进行处理。
1)下传数据到达P2后，判断传输数据的类别。
2)下传数据到达P2后，判断传输数据的去向，因为每台设备都编有号码，P2以号码判别出应该传给哪一台设备。
3)把去向设备号码相同的数据归结在一起。
第三步 P2把数据传给某号码的一台4对应的P3。
P2与P3之间是采取巡回查询方式工作的，即P2不断地巡回查询P3的工作状态(P3的数据交换存贮器是否“空闲”，P3是否有数据要求上传等)。
第四步 下传数据从某号码的一台4对应的P3传给4。由于P3与4之间相距至少数千米，所以P3要把下传数据调制成相应的音频信号，此信号经过专用电话电缆传给4，4再把它解调成数字信号(数据)。
2.上传数据的工作过程即由4中任何一台设备向1或2传输数据的过程。
第一步 4中某号码的一台把上传数据发送给相应号码的P3，因相距很远，4先把数据调制成音频信号，经专用电话电缆发送给相应号码的P3，P3再解调成数字信号(数据)，相应号码的P3收到数据后，建立起有“数据要求上传的标志”。
第二步 相应号码的P3把数据送往P2，当P2巡回查询到该相应号码的P3有“数据要求上传标志”时，即从该相应号码的P3的专用数据交换存贮器中，把该数据经P0取走。
第三步 P2对数据进行处理与下传数据时相同，只是传向设备号码1或2之中的一个设备号码。
第四步P2把数据传给1或2。
P2接到有要传送给1或2的数据后，立即建立起一个“要求上传数据标志”，1或2是不断通过P1和P0查询P2工作状态(即是否有“要求上传数据标志”)，二次查询之间最长间隔为50毫秒，一般为2毫秒。当查到有此标志时，则由1或2发出中断信号(输入指令)，输入指令同样经P1和P0传给P2，P2接到输入指令后即通过P0、P1向1或2发送数据，判断数据是否结束，由1或2来判断是否有FF，即表示是否结束。
二、本发明的几个主要设备说明如下(一)并行双向多功能接口P1(参见图2及图2a)为了叙述方便起见，先把图2及图2a中代号的名称说明如下P11-双向数据缓冲器。
P12-输出数据销存器。
P13-输入/输出25线插口(端口)。
P14-输入数据及外部状态缓冲器。
P15-控制译码逻辑器。
P16-控制数据锁存器。
P1的功能是改变微机PC常规接口的传输方式，使之满足和适用于高速、双向(输入/输出)并行传输。
1.下传数据的传输过程由1或2发出的有三种信号a)控制数据 b)数据地址 c)数据信号。
数据信号经内部数据总线至P11，又送至P16输入端。控制数据和数据地址送P15进行译码，输入P16内锁存，并立即将这些控制内容送至P13输出给P2。而1或2的数据本身是送给P11、再输送到P12，至P13端口，此时P2是否取数据，还需要由P1发出选通信号而定，选通信号前沿将P2端“数据满标志位”置成高电平，该电平逻辑与前面相继发出选通信号的后沿，即二者同为高电平时，使P2满足取数条件，便从P13将数据取走;同时P2将其端口的“数据满标志位”置成低电平送到P13表示数据已取走，此时P1使用输入指令将P13上的信息通过P14再送至P11，然后送入1或2判断P2是否已将数据取走，若为真，再发第二个数据及第二个选通信号，若不为真，则等待，以此循环，直至发送完毕(每次发送8位数据)。
2.上传数据的传输过程首先置P2的“数据满标志位”为高电平，1或2用输入指令通过P13、P14、P11送至1或2进行判断，若为真，则向P2发出控制数据和数据地址，其过程同下传数据传输过程。P2，通过P13，送至P16，再送至P12，将P12封锁(此时P2→P13→P14→P11→向1或2传送数据信息)。用输入指令取P2的选通信号为负电平，判断为真，则将P13中的外部数据，通过P14、P11送至1或2进行存贮和处理，而后向P2发回答信号，表示数据已取走，可以再发第二个数据，以此循环，直至传送完毕。
(二)主数据传输计算机P2(参见图3)为了叙述方便起见，先把图3中代号说明如下P21-数码校验器P22-中断处理器P23-主控制器P24-存贮器
P25-数据类型鉴别器P26-数据去向鉴别器。
下传数据(即由P1向P3传输的数据)传输过程由P1传来1或2的中断命令(即输入指令、输出指令)进入P22，P23查到P22有中断命令时，按照此命令与P23正在处理的其它命令等级分别轻重缓急，查到此次中断命令等级高时，即进入此中断处理，发出指令给P0，把P0中收到的P1数据送入P21进行数码校验，然后存入P24接着P23发出指令将此数据送入P25进行数据类型鉴别，根据数据类型可以确定该数据的长度，该处理的工作方式及步骤，然后P23发出指令把数据送到P26判定此数据该送到什么设备上去。根据设备码，确定P3的选通，通过P0的地址总线和数据总线把数据从P24送至对应号码的P3中去，这样就完成了下传数据过程。
上传数据(即由P3向P1传输数据)这个过程与下传输数据有所区别，主要是P23在未做传输数据操作时，在通过P0不断地查询P3的传数状态，当查询到某一个号码要求传输P3数据的标志时，则通过P0把数据取到P21(下面的过程与下传完全一样，从略)P26鉴别出来的接收设备必定是1或2，因此P26控制信号和P24中的数据是通过P0的地址总线和数据总线送到P1中去的。
(三)单道数据传输控制机P3(参见图4及图4a)为了叙述方便起见，先把图4及图4a中代号的名称说明如下P31(采用8031)-单道数据传送控制器。
P32(采用6264)-数据交换存贮器。
P33(采用6264集成件)-数据传输存贮器。
P34(采用LS74集成件)-数据类型鉴别器。
P35-调制解调器。
K1、K3(采用LS244，含U1、U4)-地址总线控制门。
K2、K4(采用LS245及LS244，含U2、U3、U5)-数据总线控制门。
1.下传数据的处理当P2下传数据时，查询P32是否空闲，如不空闲则需短时等待，当空闲时，P2将P32自动置成“忙”(已被占用)状态，以防止与P3争用P32，此时P2将K1K2控制门打开，将K3K4控制门关闭，P2高速地将数据发至P32，并在P32中建立起“数据已到”的标志，然后撤消P2建立的“忙”标志(表示P2已不使用P32)，P2退出P32，完成了从P2向P32传送数据。
2.数据类型鉴别及转存P31总是处在不断巡回查询状态，查询由P2发来的数据，当查询到P32中有P2发来的数据时，由P31控制P34对数据类型进行鉴别，按不同类型分别作不同的处理，当P3使用P32时，首先查P32是否“闲”，如为“忙”，则等待短暂时间，当P32为闲时，由P31控制P32置成P3占用的“忙”状态，防止P2与之争用，把K1K2控制门关闭，把K3K4控制门打开，经过鉴别后数据，高速地由P32转存至数据传输存贮器P33的相应存贮区，退出P32，并撤消“忙”标志，完成了数据类型鉴别及数据转存过程。
3.数据发送当P3接到P2发来的数据，在P31控制下，经P34数据类型鉴别，并已转存入P33后，P31立即将该数据调制成音频信号(将数字信号调制在音频信号上)，以每秒300bit的速度，以异步串行方式，通过专用电话电缆发送给对应的智能式路口控制机，在发送数据过程中，P3是从P33中取数据，而与P2使用P32过程无关，从而达到发送数据的同时，不会影响P2与P3交换数据的的要求，进一步提高了数据传输的速度。
4.上传数据的处理当4有数据要向上传送时，先把数据(数字信号)调制成音频信号，通过专用电话电缆发送至P35，P35还原(解调)成数字信号，P31立即响应而产生中断，将数据存入P33中，然后P31发出控制信号将P33中存的一组数据的类型码(第一、二字节)取出送至P34进行数据类型鉴别，同时P31查询P32的工作状态标志，如P32标志为“忙”(即已被占用)，则暂时把上传数据保存在P33中，若查到P32标志为“闲”(未被占用)则P31发出控制信号关闭K1K2，打开K3K4，根据P34鉴别出来的数据类型规定的地址，把数据地址及数据内容分别经K3K4送入P32，并建立起“有上传数据标志”，当P2查到此标志时，打开K1K2，关闭K3、K4把上传数据从P32取走。
权利要求
1.一种交通数据多通道并行双向处理装置，其特征在于设有接收协调控制计算机1或交通信息管理计算机2的控制信号，并发出选通信号的并行双向多功能接口P1，设有接收交叉路口智能式控制机4发送的音频信号的单道数据传输控制机P3，设有接收P1的下传数据和P3的上传数据的主数据传输计算机P2，以及设有P1、P2、P3之间数据交换所必须经过的STD总线及缓冲器P0，其中1或2与P2之间数据传输为中断方式，P2与P3之间数据传输为巡回查询方式。
2.按权利要求1所述的交通数据多通道并行双向处理装置，其特征在于并行双向多功能接口P1由双向数据缓冲器P11、输出数据锁存器P12、输入/输出25线插口(端口)P13、输入数据及外部状态缓冲器P14、控制译码逻辑器P15以及控制数据锁存器P16所组成。
3.按权利要求1所述的交通数据多通道并行双向处理装置，其特征在于主数据传输计算机P2由数码校验器P21、中断处理器P22、主控制器P23、存贮器P24、数据类型鉴别器P25以及数据去向鉴别器P26所组成。
4.按权利要求1所述的交通数据多通道并行双向处理装置，其特征在于单道数据传输控制机P3由单道数据传送控制器P31、数据交换存贮器P32、数据传输存贮器P33、数据类型鉴别器P34、调制解调器P35以及地址总线控制门K1、K3和数据总线控制门K2、K4所组成。
全文摘要
本发明涉及一种交通数据传输装置，它用于城市交通多个交叉口联网协调控制中，起到整个网内设备的信息交流、数据传输及处理作用。这种数据传输装置设有并行双向多功能接口、主数据传输计算机，通过STD总线及缓冲器构成对60个单道数据传输控制机的管理控制，整个传输过程采用中断方式、并行传输和增加数据交换存贮器，克服了多路传输中的“瓶颈”现象，在保障交通控制系统的实时性前提下，达到数据传输速度高和数据安全等指标。
文档编号G08G1/00GK1057352SQ9110444
公开日1991年12月25日 申请日期1991年7月9日 优先权日1991年7月9日
发明者蔡秀江, 李巧真, 王宏宾, 崔晓序, 林庶荣 申请人:天津大学系统工程研究所, 天津市交通工程科学研究所