专利名称：可变图案交通信号灯的制作方法
技术领域：
本实用新型专利涉及一种交通信号指示灯，该信号灯能由用户通 过人工或控制器现场改变信号灯的显示图案。
背景技术：
在交通信号控制领域根据指挥对象和功能的不同采用多种图案 的交通信号灯，如满盘灯、箭头灯、非机动车道灯、人行灯、倒计时 器等。目前普遍采用的设计方法是为每种信号灯定制固定图案或动画 图案序列的信号灯片，采用静态方式驱动信号灯的亮灭。若用户需要 改变信号灯图案，需要重新更换和安装整组信号灯，给投资和使用方 造成很大的不便和资源浪费。同时生产商需要根据用户要求不断设计 信号灯图案，造成巨大的重复劳动和投资。 发明内容
为了克服当前交通信号灯一旦建成就不能改变信号灯图案的缺 点，本实用新型提供一种新的交通信号灯设计方案，通过使用该信号 灯，用户能现场通过手动或交通信号控制器方便地改变信号灯的显示 图案，实现对信号灯控制路口的控制方式的切换。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是-
一种可变图案交通信号灯，包括依次串接红、黄、绿三色LED灯 盘、交通信号控制器和供电电源，所述供电电源和LED灯盘之间设有 主控制电路，所述主控制电路包括采样电路、图案预存芯片、图案选择开关、微处理器及扫描输出接口；所述采样电路输入端与交通信号
控制器连接，输出端与微处理器输入端相连，用于将交通信号控制器
发出的灯盘亮灭信号发送至微处理器；图案预存芯片和图案选择开关
输出端分别与微处理器输入端相连，图案预存芯片内存入预置信号灯
图案，图案选择开关用于命令微处理器在亮灯时选择合适的信号灯图
案，微处理器MCU输出端与扫描驱动接口输入端相连，扫描驱动接口
输出端与LED灯盘输入端相连，微处理器MCU根据采样电路所采集到
的信号和图案选择开关的设定，从图案预存芯片中选择合适的信号灯
图案，通过扫描驱动接口驱动灯盘显示相应图案。 所述图案选择开关为三位拨码开关。
所述主控制电路还包括控制输出满盘信号或图案信号的CTL信 号源，CTL信号源输出端与微处理器输入端相连。
每个灯盘均设有扫描输入接口和扫描输出接口 ，主控制电路输出 的扫描驱动接口接到红灯灯盘的扫描输入接口 ，红灯盘的扫描输出接 口接到黄灯盘的扫描输入接口，黄灯盘的扫描输出接口接到绿灯盘的 扫描输入接口。
所述扫描驱动接口采用四行扫描驱动形式，扫描频率为125Hz。 灯盘内LED按16行X 16列排列。
本实用新型的有益效果是使用本信号灯的用户能方便地通过拨 码开关或者交通信号控制器自行定制信号灯的显示图案，从而更加灵 活和有效地进行交通指挥和控制，减少用户的重复投资和建设；减少 灯盘的数目进而减少了可能的故障点，工作更加稳定可靠。
图1为传统信号灯电气连接原理图； 图2为本实用新型的结构框图；图3为本实用新型控制电路原理图； 图4为灯盘电气连接原理图5为满盘显示和倒计时显示相结合的灯盘显示示意图； 图6为利用CTL信号分时段显示的灯盘显示箭头示意图； 图7为利用CTL信号夜间灯盘满盘显示示意图； 图8为同时显示左转红灯、直行绿灯的灯盘示意图； 图9为同时显示直行红灯、左转绿灯的灯盘示意图； 图10为左转和直行均为红灯时红灯盘满盘显示示意图； 图11为左转和直行均为绿灯时绿灯盘满盘显示示意图；具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明-参见图l，传统LED交通信号灯的设计方案将LED发光管在灯 盘上排列成一定的图案(如满盘、箭头等)，根据发光管数量和电源 电压将若干个LED发光管以正负串联的形式组成若干串联LED组1'， 并将每组正负极连接到电源模块2'。当交通信号控制器2'给AC/DC 电源模块3'输入220V交流电时，电源模块3'驱动灯盘上排列成预 设图案的全部LED点亮。
本实用新型组成框图如图2所示，包括依次串接红、黄、绿三色 LED灯盘ll、 12、 13、交通信号控制器2和供电电源3，供电电源3 和LED灯盘ll、 12、 13之间设有主控制电路4，供电电源3采用开 关电源模式，其作用是将220V交流电转换成直流5V，为主控制电路 4和灯盘11、 12、 13提供工作电源。本实用新型改变了传统LED信 号灯设计思路，不再由AC/DC电源3直接控制LED信号灯的亮灭，而是在AC/DC电源3和LED灯盘11、 12、 13之间加入主控制电路4，
通过动态扫描方式实现对组成灯盘的LED发光管的亮灭控制。
主控制电路4包括采集由交通信号控制器2发出的信号灯亮灭信 号的采样电路41、图案预存芯片42、图案选择开关43、微处理器(MCU) 44、扫描驱动接口45。本实施例中微处理器(MCU)选用高性能8位 微处理器ATMEGA8芯片，其功能是采集交通信号控制器发出的灯组信 号即红、黄、绿三种LED灯的亮灭信号，根据采样电路41所采集到 的信号和图案选择开关的设定，从图案预存芯片42中选择合适的图 案，通过扫描驱动接口 45驱动灯盘的亮灭。
主控制电路电路原理图如图3所示，采样电路41输入端与交通 信号控制器2连接，输出端与微处理器44输入端相连，用于将交通 信号控制器2发出的灯盘亮灭信号发送至微处理器44;图案预存芯 片42和图案选择开关43输出端与微处理器44输入端相连，用于选 择显示图案；微处理器44输出端与扫描驱动接口45输入端相连，通 过处理采样信号和图案选择开关43的设定给扫描驱动接口 45发送相 应灯盘显示信号；扫描驱动接口 45输出端与灯盘扫描输入端相连， 驱动灯盘显示相应图案；第一灯盘11的扫描输入接口与扫描驱动接 口 45相连，后一灯盘的扫描输入接口与前一灯盘的扫描输出接口相 连。以下具体介绍主控制电路4各组成部分
1)采样电路41:由于交通信号控制器2发出的灯色信号为高压 交流信号，不能直接送入主控制电路4，本采样电路41首先利用限 流电阻将高压交流信号转换为交流弱电流信号，送入光电耦合器输入 侧，禾拥光电耦合器的电流传导特性在光耦输出侧输出弱电流，再利用上拉电阻将电流信号转变成直流方波电压信号送入MCU。当某路有 交流信号时，在该路的输出侧则出现方波信号，反之则无。
2) 图案预存芯片42，采用串行电可擦除存储芯片，预先在该芯 片内存入预置信号灯图案，MCU45可以通过串行接口从图案预存芯片 42的任意地址读出图案信息。
3) 图案选择开关43，由三位拨码开关组成，可以通过该选择开 关命令MCU在亮灯时选择合适的信号灯图案。
4) 扫描驱动接口45，用于驱动LED灯盘工作，参见图4，由串 行列数据输出接口和并行行驱动接口线组成，并通过串行-并行接口 转换驱动电路连接，上一灯盘的串行输出数据经串行-并行接口转换 驱动电路转换成并行信号传送到下一灯盘的扫描输入接口 。在某一时 间片段内通过串行数据接口送出第一行LED点阵的亮灭数据，尔后通 过并行驱动线驱动点亮该行；在下一时间片段内通过串行数据接口送 出第二行LED点阵的亮灭数据，尔后通过并行驱动线驱动点亮该行， 一直到最后一行数据送出并点亮，如此周而复始。根据人眼的视觉残 留原理，当一个发光源两次点亮的时间间隔不超过20ms时，人眼基 本上感觉不到该发光源的闪烁。同时只要点亮每一行的时间间隔相 同，人眼也就感觉不到整个发光阵列的闪烁或滚动，本实施例中扫描 驱动接口采用四行扫描驱动形式，扫描频率为125Hz。
图3中，主控制电路4还包括控制输出满盘信号或图案信号的 CTL信号源46， CTL信号源46输出端与微处理器44输入端相连。通 过交通信号控制器2发出"CTL"信号，当有"CTL"信号时，信号灯 显示由拨码开关选择的图案预存芯片43中的图案，否则满盘显示。本实用新型信号灯盘与传统设计的信号灯灯盘的最大区别在于
不再将组成信号灯图案的LED发光管排列成特殊的图案形式。参见图 4，在电路设计中也不再通过将发光管串联形式进行电气连接，而是 按阵列扫描方式进行电气连接，将所有发光管分成四行，每行相同位 置的发光管的负极并联接到串并驱动芯片的其中一个驱动接口，每行 所有发光管的正极并联到由MCU输出的其中一个行驱动接口驱动的 大功率驱动管输出。每个灯盘均设有扫描输入接口和扫描输出接口。 三个灯盘的排列方式和电气连接方式一致，接口统一。与主控制电路 的连接为将扫描驱动接口 45接到红灯灯盘的扫描输入接口，红灯 盘11的扫描输出接口接到黄灯盘12的扫描输入接口，黄灯盘12的 扫描输出接口接到绿灯盘13的扫描输入接口，如图2所示，从而实 现了用一个控制电路控制三个灯盘的亮灭。
为保证具有较佳的视觉效果，灯盘LED按16行X16列排列，扫 描驱动接口采用四行扫描驱动方式，即扫描驱动接口输出一行信号对 应灯盘中4行LED灯。灯盘可以为圆形也可以为方形，圆形灯盘尺寸 包含从①200mm到O400ram的所有规格，方形灯盘尺寸包含从200X 200mm到400X400mm的所有规格。
采用本实用新型电路结构的交通信号灯可实现可变图案的多相 位交通信号控制，根据需要选择显示图案，现将几种常用显示状态介 绍如下
参见图5，利用可变图案交通信号灯实现满盘信号灯内倒计时的 嵌入式显示。传统的信号灯倒计时由于受电气连接原理的限制，只能 采用独立式倒计时器设计，不但增加了投资成本，也增加了使用过程中的电力资源耗费。利用可变图案交通信号灯，可以将倒计时器和图 案显示灯盘组合在同一个信号灯灯盘内，从而省去独立的倒计时灯 盘，其原理是在点亮某一颜色的信号灯的同时，将信号灯内倒计时数
字所覆盖的LED发光管熄灭。
参见图6和图7，利用可变图案交通信号灯实现信号灯在不同时 间段显示不同的图案，从而丰富了交叉口的控制方式。如对于一些不 同时间段其车流量相差悬殊的交叉口，可以通过该信号灯实现在高峰 和白天显示箭头灯图案实现多相位交通指挥，而在夜间将信号灯图案 转为满盘灯，实现二相位运行方式。具体实现方法为，通过交通信号 控制器发出"CTL"信号，当有"CTL"信号时，信号灯显示箭头图案， 如图6所示；当没有"CTL"信号时，则显示满盘图案，如图7所示。
参见图8至图11，本实用新型可利用一组信号灯实现交叉口的 多相位控制，信号灯控制电路采集交通信号控制器发出的直行和左转 信号，当左转红灯、而直行绿灯时，在红灯盘显示左转红灯，而在绿 灯灯盘内显示直行绿灯，如图8所示；当直行红灯、而左转绿灯时， 在红灯盘显示直行红灯，而在绿灯灯盘内显示左转绿灯，如图9所示；
当左转和直行均为红灯时，在红灯灯盘内显示红满盘，如图IO所示;
当左转和直行均为绿灯时，则信号灯显示绿满盘，如图11所示。从
而节省LED灯盘的数目，减少了可能的故障点，工作更加稳定可靠。
权利要求1、一种可变图案交通信号灯，包括依次串接红、黄、绿三色LED灯盘(11、12、13)、交通信号控制器(2)和供电电源(3)，其特征在于所述供电电源(3)和LED灯盘(11、12、13)之间设有主控制电路(4)，所述主控制电路(4)包括采样电路(41)、图案预存芯片(42)、图案选择开关(43)、微处理器(44)及扫描输出接口(45)；所述采样电路(41)输入端与交通信号控制器(2)连接，输出端与微处理器(44)输入端相连，用于将交通信号控制器(2)发出的灯盘亮灭信号发送至微处理器(44)；图案预存芯片(42)和图案选择开关(43)输出端分别与微处理器(44)输入端相连，图案预存芯片(42)内存入预置信号灯图案，图案选择开关(43)用于命令微处理器(44)在亮灯时选择合适的信号灯图案，微处理器(44)输出端与扫描驱动接口(45)输入端相连，扫描驱动接口(45)输出端与LED灯盘(11)输入端相连，微处理器(44)根据采样电路(41)所采集到的信号和图案选择开关(43)的设定，从图案预存芯片(42)中选择合适的信号灯图案，通过扫描驱动接口(45)驱动灯盘显示相应图案。
2、 根据权利要求1所述的一种可变图案交通信号灯，其特征在于 所述图案选择开关(43)为三位拨码开关。
3、 根据权利要求1或2所述的一种可变图案交通信号灯，其特征在 于所述主控制电路(4)还包括控制输出满盘信号或图案信号的CTL 信号源(46) ， CTL信号源(46)输出端与微处理器(44)输入端相连。
4、 根据权利要求1或2所述的一种可变图案交通信号灯，其特征在于灯盘(11、 12、 13)均设有扫描输入接口和扫描输出接口，主控制电路(4)输出的扫描驱动接口 (45)接到红灯盘(11)的扫描输 入接口，红灯盘(11)的扫描输出接口接到黄灯盘(12)的扫描输入 接口，黄灯盘(12)的扫描输出接口接到绿灯盘(13)的扫描输入接 [□。
5、 根据权利要求4所述的信号灯，其特征在于所述扫描驱动接口 (45)采用四行扫描驱动形式，扫描频率为125Hz。
6、 根据权利要求1或2所述的一种可变图案交通信号灯，其特征在 于灯盘(11、 12、 13)内LED按16行X16列排列。
专利摘要本实用新型提供一种可变图案交通信号灯，包括依次串接红、黄、绿三色LED灯盘、交通信号控制器和供电电源，供电电源和LED灯盘之间设有主控制电路，其包括采样电路、图案预存芯片、图案选择开关、微处理器及扫描输出接口；采样电路输入端与交通信号控制器连接，输出端与微处理器输入端相连；图案预存芯片和图案选择开关输出端分别与微处理器输入端相连，微处理器MCU输出端与扫描驱动接口输入端相连，扫描驱动接口输出端与LED灯盘输入端相连。本实用新型的有益效果是通过拨码开关或者交通信号控制器自行定制信号灯的显示图案，从而更加灵活和有效地进行交通指挥和控制，减少用户的重复投资和建设。
文档编号H05B37/02GK201344454SQ20092011250
公开日2009年11月11日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者施国能, 楼雄钢, 沈侠敏 申请人:宁波华路德交通设备科技有限公司