CN106448228A - 一种交通信号智能检测方法及其智能控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交通信号智能检测方法及其智能控制器，由控制模块，通信模块，电源检测切换模块，电流采样检测模块，电源输入，通信接口，信号灯输入，信号灯输出组成；通过用交通信号智能管理器对交通信号灯进行检测；如果检测结果为出现故障，交通信号智能管理器通过手机短信上报给上位机，上位机把手机短信自动发送给预设联系人，预设联系人对故障进行处理，结束后反馈信息给上位机，上位机验证处理结果并记录整个处理过程；本发明能够准确检测交通设备实时状态，为路***通信号设备提供一种高效、低成本的交通信号控制机故障智能检测方法和装置。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种能够对交通设备故障进行实时检测的智能检测方法及其智能控制器。
背景技术
交通控制信号机是控制交叉路***通信号的重要设备，是交通信号控制***的重要组成部分，各种交通控制方案，最终都由交通控制信号机来实现。目前在我国的大部分城市交通管理中，已经普遍使用了交通控制信号机对交叉路***通信号的控制。由于交通控制信号机安装在城市路口，工作环境恶劣，容易受到外界干扰，会产生信号灯故障、交通信号冲突、信号灯故障等，如果不能对这些故障进行及时诊断和处理，可能会诱发交通事故、引起交通阻塞，造成严重的后果。现在有些交通信号控制机不具备故障监测功能，或故障监测功能单一，比如只具备绿冲突检测功能及信号控制机自身的电流电压功能，甚至只具备其中单一的一种功能，所以需要对交通控制信号机的运行状态进行实时检测，并进行故障诊断，在发生异常时采取适当措施。
现有的大部分交通控制信号机在设计生产过程中，比较注重信号机的控制功能的实现，而对信号机的故障诊断技术考虑较少，不能很好地满足实际工作环境的需求。一些具有故障检测功能的信号机一般没有独立的故障检测模块，而是集成到信号控制机中，因此一旦信号控制器运行失效，故障检测功能也随之失效，达不到故障检测和诊断的作用，而且检测故障类型单一，一般只有绿冲突故障的检测。
现今对路***通信号灯的故障检测主要分为无检测模式和有检测模式。由于检测装置结构复杂、价格昂贵等原因，有些交通信号控制器不具有针对信号灯的故障进行检测的功能。当信号灯发生故障，信号机因不具检测功能而不采取任何措施，继续照常控制信号灯。此种方法使信号灯出现故障方向的车辆陷入混乱状态，造成机动车不知道是该停车等候还是正常行驶，最终导致交叉口的拥堵，甚至交通事故。信号机不具有信号灯故障检测等原因，信号灯工作状态只能依靠用户的反馈或是监管人员的人工排查、检测、确认然后维修，最终导致交通监管人员不能及时获得交叉口信号灯工作状态、损坏状况等信息，不能进行及时的信号灯故障维修，使故障等待解决的时间很长，对路口控制影响非常大。
现有技术还推出了具有信号灯故障检测功能的信号机。此种信号机能实时监测信号灯是否故障，当检测到红绿同亮或绿冲突等严重故障时，信号机在把故障信息上报给上级请求解决的同时对信号灯进行降级控制。通过切断信号灯电源，独立驱动黄灯进行黄闪控制，使整个交叉口的信号灯都进入黄闪模式。但是，信号机对交通设备故障的降级黄闪控制，会使整个交叉口陷入无信号控制，虽然信号机对信号灯故障有检测和上报功能，可以提醒监管人员对故障问题进行及时的处理，但是信号灯的安装位置远离交通监控中心等客观原因，从故障上报到故障解决，中间至少需要1～2个小时，如果遇到维修人员任务繁忙、交通高峰期、恶劣天气环境等特殊情况时，时间就会更加长。同时智能交通信号机产品厂家众多，然而产品质量却良莠不齐，特别是对信号灯故障的检测，直接影响人们的交通安全。有些厂家的信号机不具备检测功能，造成无法及时解决故障。
发明内容
本发明旨在提供独立于交通信号控制机外的故障诊断方法及其智能控制器，可对信号控制机的运行状态进行实时监测和故障分析，为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种交通信号智能检测方法，其步骤如下：
S101用交通信号智能管理器对交通信号灯进行检测；
S102如果检测结果为出现故障，交通信号智能管理器通过手机短信上报给上位机，上位机把手机短信自动发送给预设联系人，预设联系人对故障进行处理，结束后反馈信息给上位机，上位机验证处理结果并记录整个处理过程。
交通信号智能管理器，包括电源检测切换模块，电流采样检测模块，控制模块，所述控制模块包括检测单片机和管理单片机，对交通信号灯进行检测的步骤如下：
S201交通信号灯的电流输入到电流采样检测模块，转化成数字信号进入检测单片机；
S202电源检测切换模块获取电源输入的电压，通过电路进入检测单片机；
S203检测单片机对上述步骤的电流和电压进行分析；
S204管理单片机接收检测单片机的报警信息，把检测结果输出给上位机，并把结果反馈给检测单片机。
所述检测单片机的检测流程如下：
S301启动程序；
S302对检测单片机进行初始化，包括SPI、串口和定时器的设置；
S303读取接线情况、绿灯最长最短时间、信号灯稳定工作电流；
S304检测电源电压情况；连续取8次电源电压，去掉一个最高电压，去掉一个最低电压，剩下的6个电压值取平均值，以此作为电源的实时电压；之后每取得一个新的电压值，就将之前的第一个电压值进行替换，用最新的8个电压值来计算实时电压，以1秒检测10次为一周期，如果实时电压大于等于40伏，则设置计数器加1，1秒内如果计数器数字小于5时报警；
S305从电流采样检测模块获取电流，如果绿灯最长最短输出时间、信号灯稳定工作电流还没学习完，则对电流和绿灯输出时间进行学习；如果绿灯最长最短输出时间、信号灯稳定工作电流已经学习完，则设定电流参考值，绿灯最长输出时间值和绿灯最短输出时间值；
S306如果信号灯是黄闪，则处理SPI数据，返回步骤S304；
S307如果信号灯不是黄闪，则进行信号灯冲突检测、灯长灭或灯长亮冲突检测、绿灯输出时间异常检测、信号灯电流异常检测，检测完成后处理SPI数据，返回步骤S304。
所述步骤S305的电流和绿灯输出时间学习，步骤如下：
a) 在一个检测周期内连续取6次电流值，计算平均值，把此平均值设定为电流参考值，每个周期的取值替代第一个周期的取值，再次计算平均值，再次把新平均值设定为电流参考值；
b）取信号灯的绿灯最长输出时间加上阀值为绿灯最长输出时间值，取信号灯的绿灯最短输出时间减去阀值为绿灯最短输出时间值。
所述步骤S307信号灯冲突检测，具体采用如下方法：
a) 检测灯色是否冲突，否则结束，是则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
b) 检测是否绿冲突，否则结束，是则检测冲突是否已报警，没有报警则报警。
所述步骤S307灯长灭或灯长亮冲突检测，具体采用如下方法：
a) 对信号灯进行检测，如果在600秒周期内一直亮或者没有亮，则进入下面步骤；
b）如果造成绿冲突，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
c）如果造成同一灯组两个或两个以上的信号灯同时亮，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
d）如果没有出现步骤b）或步骤c）的情况，则不处理。
所述步骤S307绿灯输出时间异常检测，具体采用如下方法：
aa）如果绿灯输出时间大于绿灯最长输出时间值，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
bb）如果绿灯输出时间小于绿灯最短输出时间值，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
所述步骤S307信号灯电流异常检测，具体采用如下方法：
aaa）如果平均值大于电流参考值的2倍，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
bbb）如果平均值小于电流参考值的1/3，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
所述管理单片机的流程如下：
S401读取信号灯接线配置、中心号码、联系人、是否开启***等信息；
S402接收检测单片机的报警信息，对报警信息进行手机短信管理；
S403通过***把手机短信发送给上位机，由上位机向预设联系人发送。
所述手机短信管理还包括设置用户权限、进行参数设置、设置联系人、设置群发功能。
一种用于交通信号智能检测方法的智能电源控制器，由控制模块，通信模块，电源检测切换模块，电流采样检测模块，电源输入，信号灯输入口，信号灯输出口组成，电源检测切换模块由电源检测模块和电源切换模块组成；控制模块由管理单片机和检测单片机组成，电源检测切换模块与电源输入相连接，电源检测模块通过信号调理电路与检测单片机相连接，管理单片机与通信模块相连接，检测单片机与电流采样检测模块相连接，电流采样检测模块与信号灯输入和信号灯输出相连接。
电源检测模块由高精度电压互感器组成。
信号调理电路由变压器和整流桥组成。
电源输入由主电源输入，备用电源输入和不间断电源输入组成。
管理单片机还包括GSM手机管理模块。
电流采样检测模块处理后的电流经过数字信号处理装置处理成数字信号，通过通信模块和管理单片机相连接。
通信模块由RS485通信口、RS485扩展口、备用扩展口和RS232通信口构成。
本发明能够准确检测交通设备实时状态，防止因交通设备故障影响道路的通行能力，造成交通拥堵和交通事故，为路***通信号设备提供一种高效、低成本的交通信号控制机故障智能检测装置和方法。
附图说明
图1 是本发明的流程图；
图2是本发明的***原理图；
图3是本发明智能电源控制器的结构示意图；
图4是本发明智能管理控制器的***原理图。
说明：1：电流采样检测模块；2：信号灯输入口；3：电源切换模块；4：电源输入；5：电源检测模块；6：检测单片机；7：RS485扩展口；8：信号灯输出口；9：数字信号处理装置；10：RS485通信口；11：备用扩展口；12：管理单片机；13：RS232通信口。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1，2，3和4所示，交通信号智能检测方法，包括以下步骤：
S101用交通信号智能管理器对交通信号灯进行检测；
S102如果检测结果为出现故障，交通信号智能管理器通过手机短信上报给上位机，上位机把手机短信自动发送给预设联系人，预设联系人对故障进行处理，结束后反馈信息给上位机，上位机验证处理结果并记录整个处理过程。
步骤S101中采用的智能电源控制由控制模块，通信模块，电源检测切换模块，电流采样检测模块，电源输入，通信接口，信号灯输入，信号灯输出组成，所述电源检测模块由电源检测模块和电源切换模块组成，电源检测模块由高精度电压互感器组成，电源输入由主电源输入，备用电源输入和不间断电源输入组成；所述控制模块由管理单片机和检测单片机相连接组成，所述电源检测切换模块与电源接入相连接，所述电源检测模块通过由变压器和整流桥组成的信号调理电路与检测单片机相连接，所述管理单片机与通信模块相连接，所述检测单片机与电流采样检测模块相连接，所述电流采样检测模块与信号灯输入和信号灯输出相连接，所述通信模块与通信接口相连接。
步骤S101的检测通过下述步骤进行：
S201交通信号灯的电流输入到电流采样检测模块，转化成数字信号进入检测单片机；
S202电源检测切换模块获取电源输入的电压，通过电路进入检测单片机；
S203检测单片机对上述步骤的电流和电压进行分析；
S204管理单片机接收检测单片机的报警信息，把检测结果输出给上位机，并把结果反馈给检测单片机。
检测单片机的检测流程如下：
S301启动程序；
S302对检测单片机进行初始化，包括SPI、串口和定时器的设置；
S303读取接线情况、绿灯最长最短时间、信号灯稳定工作电流；
S304检测电源电压情况，即连续取8次电源电压，去掉一个最高电压，去掉一个最低电压，剩下的6个电压值取平均值，以此作为电源的实时电压；之后每取得一个新的电压值，就将之前的第一个电压值进行替换，用最新的8个电压值来计算实时电压，以1秒检测10次为一周期，如果实时电压大于等于40伏，则设置计数器加1，1秒内如果计数器数字小于5时报警，所取电源电压来自主电源，当主电源不工作时，取备用电源，当备用电源不工作时，取不间断电源；
S305从电流采样检测模块获取电流，对电流和绿灯输出时间进行学***均值，把此平均值设定为电流参考值，每个周期的取值替代第一个周期的取值，再次计算平均值，再次把新平均值设定为电流参考值；取信号灯的绿灯最长输出时间加上阀值为绿灯最长输出时间值，取信号灯的绿灯最短输出时间减去阀值为绿灯最短输出时间值；
S306如果信号灯是黄闪，则处理SPI数据，返回步骤S304；
S307如果信号灯不是黄闪，则进行信号灯冲突检测、灯长灭或灯长亮冲突检测、绿灯输出时间异常检测、信号灯电流异常检测，检测完成后处理SPI数据，返回步骤S304。
步骤S307信号灯冲突检测，具体采用如下方法：
a) 检测灯色是否冲突，否则结束，是则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
b) 检测是否绿冲突，否则结束，是则检测冲突是否已报警，没有报警则报警。
步骤S307灯长灭或灯长亮冲突检测，具体采用如下方法：
a) 对信号灯进行检测，如果在600秒周期内一直亮或者没有亮，则进入下面步骤；
b）如果造成绿冲突，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
c）如果造成同一灯组两个或两个以上的信号灯同时亮，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
d）如果没有出现步骤b）或步骤c）的情况，则不处理。
步骤S307绿灯输出时间异常检测，具体采用如下方法：
a）获取绿灯输出时间；
b）如果绿灯输出时间大于绿灯最长输出时间值，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
c）如果绿灯输出时间小于绿灯最短输出时间值，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
步骤S307信号灯电流异常检测，具体采用如下方法：
a）如果平均值大于电流参考值的2倍，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
b）如果平均值小于电流参考值的1/3，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
管理单片机的流程如下：
S401读取信号灯接线配置、中心号码、联系人、是否开启***等信息；
S402接收检测单片机的报警信息，对报警信息进行手机短信管理，所述手机短信管理还包括设置用户权限、进行参数设置、设置联系人、设置群发功能；
S403通过***把手机短信发送给上位机，由上位机向预设联系人发送，所述***在18秒内没有给管理单片机回复短信发送成功标识，则管理单片机认为***出现故障，会自动复位***。
一种用于交通信号智能检测方法的智能电源控制器，由控制模块，通信模块，电源检测切换模块，电流采样检测模块1，电源输入4，信号灯输入口2，信号灯输出口8组成，电源检测切换模块由电源检测模块5和电源切换模块3组成；控制模块由管理单片机12和检测单片机6组成，电源检测切换模块与电源输入4相连接，电源检测模块5通过信号调理电路与检测单片机6相连接，管理单片机12与通信模块相连接，检测单片机11与电流采样检测模块1相连接，电流采样检测模块1与信号灯输入2和信号灯输出8相连接。
电源检测模块5由高精度电压互感器组成。
信号调理电路由变压器和整流桥组成。
电源输入4由主电源输入，备用电源输入和不间断电源输入组成。
管理单片机12还包括GSM手机管理模块。
电流采样检测模块处理后的电流经过数字信号处理装置9处理成数字信号，通过通信模块和管理单片机12相连接。
通信模块由RS485通信口10、RS485扩展口7、备用扩展口11和RS232通信口13构成。
本发明给出了独立于交通信号控制机外的故障诊断设备和方法，同时兼容于不同厂家生活的各种信号控制机，安装便捷，便于移植于到各种类型的信号控制机，可对信号控制机的运行状态进行实时监测和故障分析，同时也可对路口信号灯的运行状态进行实时监测和故障分析。
Claims (10)
1.一种交通信号智能检测方法，其步骤如下：
S101用交通信号智能管理器对交通信号灯进行检测；
S102如果检测结果为出现故障，交通信号智能管理器通过手机短信上报给上位机，上位机把手机短信自动发送给预设联系人，预设联系人对故障进行处理，结束后反馈信息给上位机，上位机验证处理结果并记录整个处理过程。
2.如权利要求1所述的交通信号智能检测方法，所述步骤S101的交通信号智能管理器，包括电源检测切换模块，电流采样检测模块，控制模块，所述控制模块包括检测单片机和管理单片机，对交通信号灯进行检测的步骤如下：
S201交通信号灯的电流输入到电流采样检测模块，转化成数字信号进入检测单片机；
S202电源检测切换模块获取电源输入的电压，通过电路进入检测单片机；
S203检测单片机对上述步骤的电流和电压进行分析；
S204管理单片机接收检测单片机的报警信息，把检测结果输出给上位机，并把结果反馈给检测单片机。
3.如权利要求2所述的交通信号智能检测方法，所述检测单片机的检测流程如下：
S301启动程序；
S302对检测单片机进行初始化，包括SPI、串口和定时器的设置；
S303读取接线情况、绿灯最长最短时间、信号灯稳定工作电流；
S304检测电源电压情况；连续取8次电源电压，去掉一个最高电压，去掉一个最低电压，剩下的6个电压值取平均值，以此作为电源的实时电压；之后每取得一个新的电压值，就将之前的第一个电压值进行替换，用最新的8个电压值来计算实时电压，以1秒检测10次为一周期，如果实时电压大于等于40伏，则设置计数器加1，1秒内如果计数器数字小于5时报警；
S305从电流采样检测模块获取电流，如果绿灯最长最短输出时间、信号灯稳定工作电流还没学习完，则对电流和绿灯输出时间进行学习；如果绿灯最长最短输出时间、信号灯稳定工作电流已经学习完，则设定电流参考值，绿灯最长输出时间值和绿灯最短输出时间值；
S306如果信号灯是黄闪，则处理SPI数据，返回步骤S304；
S307如果信号灯不是黄闪，则进行信号灯冲突检测、灯长灭或灯长亮冲突检测、绿灯输出时间异常检测、信号灯电流异常检测，检测完成后处理SPI数据，返回步骤S304。
4.如权利要求3所述的交通信号智能检测方法，所述步骤S305的电流和绿灯输出时间学习，步骤如下：
a) 在一个检测周期内连续取6次电流值，计算平均值，把此平均值设定为电流参考值，每个周期的取值替代第一个周期的取值，再次计算平均值，再次把新平均值设定为电流参考值；
b）取信号灯的绿灯最长输出时间加上阀值为绿灯最长输出时间值，取信号灯的绿灯最短输出时间减去阀值为绿灯最短输出时间值。
5.如权利要求3所述的交通信号智能检测方法，所述步骤S307信号灯冲突检测，具体采用如下方法：
a) 检测灯色是否冲突，否则结束，是则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
b) 检测是否绿冲突，否则结束，是则检测冲突是否已报警，没有报警则报警。
6.如权利要求3所述的交通信号智能检测方法，所述步骤S307灯长灭或灯长亮冲突检测，具体采用如下方法：
a) 对信号灯进行检测，如果在600秒周期内一直亮或者没有亮，则进入下面步骤；
b）如果造成绿冲突，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
c）如果造成同一灯组两个或两个以上的信号灯同时亮，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
d）如果没有出现步骤b）或步骤c）的情况，则不处理；
所述步骤S307绿灯输出时间异常检测，具体采用如下方法：
aa）如果绿灯输出时间大于绿灯最长输出时间值，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
bb）如果绿灯输出时间小于绿灯最短输出时间值，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
所述步骤S307信号灯电流异常检测，具体采用如下方法：
aaa）如果平均值大于电流参考值的2倍，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警；
bbb）如果平均值小于电流参考值的1/3，则检测冲突是否已报警，没有报警则报警。
7.如权利要求3所述的交通信号智能检测方法，所述管理单片机的流程如下：
S401读取信号灯接线配置、中心号码、联系人、是否开启***等信息；
S402接收检测单片机的报警信息，对报警信息进行手机短信管理；
S403通过***把手机短信发送给上位机，由上位机向预设联系人发送。
8.如权利要求7所述的交通信号智能检测方法，所述手机短信管理还包括设置用户权限、进行参数设置、设置联系人、设置群发功能。
9.一种用于交通信号智能检测方法的智能电源控制器，由控制模块，通信模块，电源检测切换模块，电流采样检测模块，电源输入，信号灯输入口，信号灯输出口组成，电源检测切换模块由电源检测模块和电源切换模块组成；控制模块由管理单片机和检测单片机组成，电源检测切换模块与电源输入相连接，所述电源检测模块由高精度电压互感器组成；所述电流采样检测模块处理后的电流经过数字信号处理装置处理成数字信号，通过通信模块和管理单片机相连接，电源检测模块通过信号调理电路与检测单片机相连接，所述信号调理电路由变压器和整流桥组成，管理单片机与通信模块相连接，检测单片机与电流采样检测模块相连接，电流采样检测模块与信号灯输入和信号灯输出相连接。
10.如权利要求9所述的智能电源控制器，其特征在于：所述管理单片机还包括GSM手机管理模块。
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