CN107170248A - 基于can总线的分布式信号控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的分布式信号控制***，包括一个主控单元和若干个方向分控区域，每个方向分控区域包括一个方向分控单元和若干信号灯控制单元，信号灯控制单元包括若干个车道信号灯单元和对应的行人信号灯单元，主控单元生成路口信号灯控制方案并通过CAN总线传送到每个方向分控单元，每个方向分控单元通过CAN总线与对应的信号灯控制单元连接，方向分控单元对路口信号灯控制方案解析，将解析结果通过CAN总线发送到对应的信号灯控制单元，信号灯控制单元按照控制方案控制信号灯状态。本发明通讯线路简单可靠、能简化施工难度和降低施工成本、提高可靠性及简化后续维护难度、扩展性较好、提高交通信号控制***的智能化水平。

Description

基于CAN总线的分布式信号控制***

技术领域

本发明涉及智能交通技术和信号控制领域，特别涉及一种基于CAN总线的分布式信号控制***。

背景技术

目前，国内现有交通信号控制机基本上都是集中控制，也就是说信号控制机和信号灯之间都是采用220V电压进行控制，每个路口信号灯和信号控制机之间都需要大量的线缆，所以无论是安装、施工管道布线都非常复杂，需要大量的线缆，工程量大，施工难度高，施工对周边设施影响较大，工程费用高，而且维护难度很大，***可靠性较低。

另外，目前信号控制机大多采用的是多时段定周期，部分信号控制机采用感应式控制方案。多时段固定周期主要依靠的是经验值以及以往统计数据确定路口相位设定以及信号灯时间，无法实现道路交通控制的智能化，通行效率较低；感应信号控制机则需要整理路口各个方向的实时检测的车辆信息数据对路口信号灯相位和信号灯时间进行动态调整，提高道路的通行效率，但是这种情况下每个方向都需要许多的车检器来检测车辆信息和道路信息，数据都是通过RS422/RS485发送到信号控制机，所以信号控制机需要大量的RS422/RS485接口，而且由于采用的是集中控制方式，信号控制机由于内部接口有限，只能采用串口轮询的方式进行通讯，这样导致通讯实时性和灵活性都较差，而且每个RS422/RS485接口都需要一组通讯线，因此也需要很多通讯线，同样存在施工复杂、可靠性低、不方便调试、维护难度大等问题。

当前信号控制机基本上都是集中控制的信号机，所有数据处理都是需要信号控制机主控处理，处理的数据量很大，但是因为处理器资源和性能有限，已经无法满足当前越来越多新增功能的要求。同时在路口方案确定施工完成之后，管道布线就已经完成。如果在后续应用中需要添加检测器设备或者需要增加信号灯数量，将会变得非常麻烦，需要重新添加和铺设线路，导致可扩展性很差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种通讯线路简单可靠、能简化施工难度和降低施工成本、提高可靠性及简化后续维护难度、扩展性较好、提高交通信号控制***的智能化水平的基于CAN总线的分布式信号控制***。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于CAN总线的分布式信号控制***，包括一个主控单元和若干个方向分控区域，每个所述方向分控区域均包括一个方向分控单元和若干个信号灯控制单元，每个所述信号灯控制单元均包括若干个车道信号灯单元和对应的行人信号灯单元，所述主控单元生成整个路口信号灯控制方案并定时将其通过一组CAN总线分别传送到每个所述方向分控单元，每个所述方向分控单元均通过另外一组CAN总线与对应方向分控区域中的信号灯控制单元连接，所述方向分控单元收到所述路口信号灯控制方案并对其解析后，将解析结果通过所述另外一组CAN总线发送到对应方向分控区域中的车道信号灯单元和行人信号灯单元，并按照所述路口信号灯控制方案控制信号灯的状态，所述信号灯控制单元实时监控各个信号灯的状态，并将信号灯状态信息发送到对应的方向分控单元，所述方向分控单元将所述信号灯状态信息发送到所述主控单元。

在本发明所述的基于CAN总线的分布式信号控制***中，每个所述方向分控单元均具有一个唯一的与方向相关联的ID号，每个所述车道信号灯单元和行人信号灯单元均具有唯一的ID号。

在本发明所述的基于CAN总线的分布式信号控制***中，每个所述方向分控区域还均包括一组车检器，所述车检器与对应方向分控区域中的方向分控单元连接。

在本发明所述的基于CAN总线的分布式信号控制***中，所述主控单元包括第一电源***和第一控制***，所述第一电源***包括第一交流供电电源、第一蓄电池、第一电源转换模块和第一电源防护电路，所述第一交流供电电源通过所述第一电源防护电路与所述第一电源转换模块连接，所述第一蓄电池与所述第一电源转换模块连接；

所述第一控制***包括第一主控制器、第一人机交互模块、第一GPS/GPRS模块、无线遥控接口、第一故障检测电路、第一***存储模块、第一以太网通讯接口、第一监控MCU、第一看门狗、第一RTC实时时钟、RS232接口、第一RS422/RS485接口、第一CAN总线通讯接口、第一接口防护电路、第二接口防护电路和第三接口防护电路，所述第一人机交互模块与所述第一主控制器连接、用于实现路口信号灯控制方案参数的设定和状态查看，所述第一GPS模块/GPRS与所述第一主控制器连接、用于实现GPS卫星授时或实现与平台中心或配置客户端进行无线通讯，所述无线遥控接口与所述第一主控制器连接、用于通过无线遥控器对信号灯状态进行控制，所述第一故障检测电路与所述第一主控制器连接、用于对***各种故障进行实时检测并在检测到异常后进行紧急干预，所述第一***存储模块与所述第一主控制器连接、用于实现***文件的存储、日志文件记录和参数保存，所述第一以太网通讯接口与所述第一主控制器连接、用于实现所述第一主控制器与外部进行以太网通讯，所述第一监控MCU分别与所述第一主控制器和第一看门狗连接、用于作为关键运行参数备份以及实现外部看门狗功能，所述第一RTC实时时钟与所述第一主控制器连接、用于为***提供精确时间信息，所述RS232接口的一端与所述第一主控制器连接，所述RS232接口的另一端通过所述第一接口防护电路连接所述车检器或外部通讯设备，所述第一RS422/RS485接口的一端与所述第一主控制器连接，所述第一RS422/RS485接口的另一端通过所述第二接口防护电路连接所述车检器或外部通讯设备，所述第一CAN总线通讯接口的一端与所述第一主控制器连接，所述第一CAN总线通讯接口的另一端通过所述第三接口防护电路连接所述方向分控单元，所述第一电源转换模块还与所述第一主控制器连接。

在本发明所述的基于CAN总线的分布式信号控制***中，所述方向分控单元包括第二电源***和第二控制***，所述第二电源***包括第二交流供电电源、第二蓄电池、第二电源转换模块和第二电源防护电路，所述第二交流供电电源通过所述第二电源防护电路与所述第二电源转换模块连接，所述第二蓄电池与所述第二电源转换模块连接；

所述第二控制***包括第二主控制器、第二人机交互模块、第二GPS/GPRS模块、第二故障检测电路、第二***存储模块、第二以太网通讯接口、第二监控MCU、第二看门狗、第二RTC实时时钟、第二RS422/RS485接口、第二CAN总线通讯接口、第三CAN总线通讯接口、第四接口防护电路、第五接口防护电路和第六接口防护电路，所述第二人机交互模块与所述第二主控制器连接、用于实现路口信号灯控制方案参数的设定和状态查看，所述第二GPS/GPRS模块与所述第二主控制器连接、用于实现GPS卫星授时或实现与配置客户端进行无线通讯，所述第二故障检测电路与所述第二主控制器连接、用于对***各种故障进行实时检测并在检测到异常后进行紧急干预，所述第二***存储模块与所述第二主控制器连接、用于实现***文件的存储、日志文件记录和参数保存，所述第二以太网通讯接口与所述第二主控制器连接、用于实现所述第二主控制器与外部进行以太网通讯，所述第二监控MCU分别与所述第二主控制器和第二看门狗连接、用于作为关键运行参数备份以及实现外部看门狗功能，所述第二RTC实时时钟与所述第二主控制器连接、用于为***提供精确时间信息，所述第二RS422/RS485接口的一端与所述第二主控制器连接，所述第二RS422/RS485接口的另一端通过所述第四接口防护电路连接所述车检器，所述第二CAN总线通讯接口的一端与所述第二主控制器连接，所述第二CAN总线通讯接口的另一端通过所述第五接口防护电路连接所述信号灯控制单元，所述第三CAN总线通讯接口的一端与所述第二主控制器连接，所述第三CAN总线通讯接口的另一端通过所述第六接口防护电路连接所述主控单元，所述第二电源转换模块还与所述第二主控制器连接。

在本发明所述的基于CAN总线的分布式信号控制***中，所述信号灯控制单元包括第三电源***、信号灯控制***和信号灯组显示模块，所述第三电源***包括第三交流供电电源、第三蓄电池、第三电源转换模块和第三电源防护电路，所述第三交流供电电源通过所述第三电源防护电路与所述第三电源转换模块连接，所述第三蓄电池与所述第三电源转换模块连接；

所述信号灯控制***包括第三主控MCU、第三监控MCU、第三看门狗、第三RTC实时时钟、第四CAN总线通讯接口、第三RS485接口、第七接口防护电路、第八接口防护电路、亮度调节电路、信号灯控制电路和信号灯状态采集电路，所述第三监控MCU与所述第三主控MCU连接、用于通过心跳监控所述第三主控MCU的状态并备份所述第三主控MCU的运行关键参数，所述第三看门狗与所述第三监控MCU连接、用于实现对所述第三监控MCU的异常检测和复位，所述第三RTC实时时钟与所述第三主控MCU连接、用于为***提供精确时间信息，所述第四CAN总线通讯接口的一端与所述第三主控MCU连接，所述第四CAN总线通讯接口的另一端与所述第七接口防护电路的一端连接，所述第七接口防护电路的另一端通过CAN总线分别连接交通信号管理主机和环境传感器，所述第三RS485接口的一端与所述第三主控MCU连接，所述第三RS485接口的另一端与所述第八接口防护电路连接，所述亮度调节电路分别与所述第三主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于实现对所述信号灯组显示模块显示亮度的控制，所述信号灯控制电路分别与所述第三主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于根据所述第三主控MCU的路口信号灯控制方案实现对所述信号灯组显示模块的图案和颜色的显示控制，所述信号灯状态采集电路分别与所述第三主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于采集所述信号灯组显示模块的显示状态，所述信号灯组显示模块根据所述路口信号灯控制方案显示不同图案和箭头形状，所述第三电源转换模块还与所述信号灯组显示模块连接。

实施本发明的基于CAN总线的分布式信号控制***，具有以下有益效果：由于设有一个主控单元和若干个方向分控区域，每个方向分控区域均包括一个方向分控单元和若干个信号灯控制单元，每个信号灯控制单元均包括若干个车道信号灯单元和对应的行人信号灯单元，主控单元生成整个路口信号灯控制方案并定时将其通过一组CAN总线分别传送到每个方向分控单元，每个方向分控单元均通过另外一组CAN总线与对应方向分控区域中的信号灯控制单元连接，方向分控单元收到路口信号灯控制方案并对其解析后，将解析结果通过另外一组CAN总线发送到对应方向分控区域中的车道信号灯单元和行人信号灯单元，并按照路口信号灯控制方案控制信号灯的状态，每个单元都具有独立的控制器进行控制，所以可以根据功能需求不同执行不同操作，具有极高的灵活性和数据处理能力，CAN总线可以实现总线级联，实时性高、安全可靠、抗干扰能力强，因此其通讯线路简单可靠、能简化施工难度和降低施工成本、提高可靠性及简化后续维护难度、扩展性较好、提高交通信号控制***的智能化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于CAN总线的分布式信号控制***一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中主控单元的结构示意图；

图3为所述实施例中方向分控单元的结构示意图；

图4为所述实施例中信号灯控制单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明基于CAN总线的分布式信号控制***实施例中，该基于CAN总线的分布式信号控制***的结构示意图如图1所示。图1中，该基于CAN总线的分布式信号控制***包括一个主控单元1和若干个方向分控区域2，每个方向分控区域2分别对应不同的方向，每个方向分控区域2均包括一个方向分控单元21和若干个信号灯控制单元，主控单元1负责整个路***通信号方案的控制和管理，主控单元1与各个方向分控区域2中的方向分控单元21均采用一组CAN总线进行通讯，每个方向分控单元21都具有一个唯一的ID号，确保各个ID号能够与路口方向相关联，所以主控单元1可以针对每个方向分控单元21进行点对点通讯，同时也可以对所有方向分控单元21进行广播通讯。具体的，主控单元1负责生成整个路口信号灯控制方案，并根据该路口信号灯控制方案定时将其通过一组CAN总线分别传送到每个方向分控单元21，也就是说，同时负责监控所有方向分控单元21以及信号灯控制单元的运行状态，并且记录日志信息，在异常情况下能够进行本地日志记录以及远程上发进行报警等。

在方向分控区域2中，每个方向分控单元21均通过另外一组CAN总线与对应方向分控区域2中的信号灯控制单元连接，每个信号灯控制单元均包括若干个车道信号灯单元22和对应的行人信号灯单元23，值得一提的是，每个信号灯控制单元中车道信号灯单元22的个数可以是一个，也可以是多个。每个车道信号灯单元22和行人信号灯单元23均具有唯一的ID号。同样可以实现方向分控单元21与每个信号灯点对点通讯或者方向分控单元21与信号灯控制单元进行广播。

方向分控单元21收到主控单元1传送的路口信号灯控制方案并对其解析后，将解析结果通过另外一组CAN总线发送到对应方向分控区域2中的车道信号灯单元22和行人信号灯单元23，并按照路口信号灯控制方案控制信号灯的状态，同时，方向分控单元21监控自身的运行状态以及信号灯控制单元的状态，定时将状态发送到主控单元1，信号灯控制单元实时监控各个信号灯的状态，并将信号灯状态信息发送到对应的方向分控单元21，方向分控单元21将信号灯状态信息发送到主控单元1。

主控单元1、方向分控单元21和信号灯控制单元都是作为一个节点，都具有相应的数据处理能力，每个节点通过设定的CAN总线进行级联通讯，不同节点处理不同的数据，真正实现交通信号控制***分布式数据处理和控制。另外，CAN总线具有实时性强、传输距离远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点，被广泛运用于工业自动化、工业设备等方面。该基于CAN总线的分布式信号控制***具有结构简单，通过CAN总线对各个方向进行级联，具有更强的自适应能力和扩展能力，每个节点都具有数据处理功能，主节点通过将各个节点的数据整合，结合先进的控制策略，能够大大提高交通信号控制***的智能化水平。

由于本发明采用基于CAN总线通讯的分布式控制方式，不仅能够提供信号控制机的基本功能，还能够提供更加完善的扩展需求，实现更多数据接入和处理，提高整个路口信号灯控制***的智能化水平；基于分布式控制方式，简化了信号灯安装、调试的难度，降低施工的成本和维护的成本，进而提高整个交通信号控制***的可靠性。因此其通讯线路简单可靠、能简化施工难度和降低施工成本、提高可靠性及简化后续维护难度、扩展性较好、提高交通信号控制***的智能化水平。

本实施例中，每个方向分控区域2还均包括一组车检器24，车检器24与对应方向分控区域2中的方向分控单元21连接。

由此可见，主控单元1负责路口信号灯控制方案的确定，同时主控单元1也负责与外部配置客户端、平台中心远程通讯，实现路口信号灯控制方案的上传下载、日志文件上传、报警信息上发等。主控单元1通过CAN总线与方向分控单元21进行通讯，所有的方向分控单元21都通过一组CAN总线组成一个基于CAN总线的通讯网络，在此网络中，主控单元1和各个方向分控单元21能够实现点对点通讯，也能够实现广播通讯，同样方向分控单元21之间也能够实现点对点通讯和广播通讯。主控单元1将路口信号灯控制方案下发到各个方向分控单元21，并且定时发送信号命令进行时间同步，方向分控单元21再将接收到的路口信号灯控制方案按照自己的方向进行解析，将解析之后的方案信息下发到信号灯控制单元进行信号灯控制，信号灯控制单元接收到方案信息之后按照最新方案进行信号灯控制，直至接收到新的方案信息，同时信号灯控制单元实时监控各个信号灯的状态，并且将状态发送到方向分控单元21，方向分控单元21根据信号灯的状态情况发送到主控单元1。

图2为本实施例中主控单元的结构示意图，图2中，主控单元1包括第一电源***11和第一控制***12，其中，第一电源***11包括第一交流供电电源111、第一蓄电池112、第一电源转换模块113和第一电源防护电路114，第一交流供电电源111(即220V交流电)通过第一电源防护电路114与第一电源转换模块113连接，第一蓄电池112与第一电源转换模块113连接。第一电源转换模块113将220V交流电转换为12V和5V供电，第一电源防护电路114用于确保外部雷电和浪涌情况下不会损坏设备。

本实施例中，第一控制***12包括第一主控制器121、第一人机交互模块122、第一GPS/GPRS模块123、无线遥控接口124、第一故障检测电路125、第一***存储模块126、第一以太网通讯接口127、第一监控MCU128、第一看门狗129、第一RTC实时时钟130、RS232接口131、第一RS422/RS485接口132、第一CAN总线通讯接口133、第一接口防护电路134、第二接口防护电路135和第三接口防护电路136，其中，第一人机交互模块122与第一主控制器121连接、用于实现路口信号灯控制方案参数的设定和状态查看，第一人机交互模块122包括LCD显示器和键盘，能够通过触摸或者物理的键盘实现方案参数设定和状态查看等。第一GPS模块/GPRS模块123与第一主控制器121连接、用于实现GPS卫星授时或实现与平台中心或配置客户端进行无线通讯，其中，第一GPS模块123能够实现GPS卫星授时功能，确保时间的可靠性，第一GPRS模块123可以是3G模块或4G模块，能够实现与平台中心或配置客户端进行无线通讯，实现远程路口信号灯控制方案的上传、下载、日志管理和异常报警等功能。

无线遥控接口124与第一主控制器121连接、用于通过无线遥控器对信号灯状态进行控制，实现人控的手动操作；第一故障检测电路125与第一主控制器121连接、用于对***各种故障进行实时检测并在检测到异常后进行紧急干预，第一***存储模块126与第一主控制器121连接、用于实现***文件的存储、日志文件记录和参数保存等。第一以太网通讯接口127与第一主控制器121连接、用于实现第一主控制器121与外部进行以太网通讯，通过第一以太网通讯接口127可以实现现场参数配置下载、路口信号灯控制方案的远程上传和下载等。

本实施例中，第一监控MCU128分别与第一主控制器121和第一看门狗129连接、用于作为关键运行参数备份以及实现外部看门狗功能，通过采用第一主控制器121和第一监控MCU128双处理器模式，第一主控制器121采用高性能，高可靠性处理器，负责整个路口信号灯控制方案的控制，数据的处理、接口的管理等功能，第一监控MCU128采用一个高可靠、性能一般的处理器，主要实现实时对第一主控制器121运行关键参数的备份、监控第一主控制器121的运行状态，在检测到第一主控制器121异常时能够进行快速复位并且将关键运行参数恢复，实现热启动功能，这样就能确保第一主控制器121进行控制的同时，第一监控MCU128进行***状态监控，作为关键运行参数备份及实现外部看门狗功能。第一RTC实时时钟130与第一主控制器121连接、用于为***提供精确时间信息，结合第一GPS模块123确保***的时钟精准。主控单元1处理的数据主要是通过CAN总线过来的方向分控单元21的数据以及通过第一RS422/RS485接口132过来的外部其他扩展设备数据。

本实施例中，RS232接口131的一端与第一主控制器121连接，RS232接口131的另一端通过第一接口防护电路134连接车检器24或外部通讯设备，RS232接口131可以现场进行配置和程序更新，或者与配置客户端连接后进行配置和程序更新，同时也能够通过RS232接口131与外部模块进行通讯。第一RS422/RS485接口132的一端与第一主控制器121连接，第一RS422/RS485接口132的另一端通过第二接口防护电路135连接车检器24或外部通讯设备，第一RS422/RS485接口132实现与车检器24或者外部通通讯设备进行通讯，根据外部设备通讯接口情况能够选择使用第一RS422接口132实现全双工通讯，或者通过第一RS485接口132实现半双工通讯。

本实施例中，第一CAN总线通讯接口133的一端与第一主控制器121连接，第一CAN总线通讯接口133的另一端通过第三接口防护电路136连接方向分控单元21，第一CAN总线通讯接口133提供多达5路CAN总线与外部的方向分控单元21、外部信号控制单元进行通讯，不同功能使用不同组CAN总线，使得通讯干扰降到最低。上述第一接口防护电路134、第二接口防护电路135和第三接口防护电路136能够有效抵制外部雷电、浪涌、静电等影响，保证***在恶劣环境下正常可靠运行。主控单元1采用低功耗设计，结合内置第一蓄电池112，可以实现在外部220V交流电源异常时，直接切换到内置的第一蓄电池112供电，确保***依然正常运行，保证路口通行秩序，在检修恢复220V交流电源供电之后自动给第一蓄电池112实现充电。上述第一电源转换模块113还与第一主控制器12连接，用于给第一主控制器12供电。

本实施例中，方向分控单元21分控单元分为第一级方向分控单元、第二级方向分控单元、……、第n级方向分控单元，具体分级视路口需求设计而定，第一级方向分控单元负责各方向路口信号灯状态的控制。方向分控单元21上下级通过另外一组CAN总线进行级联，同时方向分控单元21与同级别信号灯控制单元之间也是通过CAN总线进行通讯，在接收到上一级的路***通信号方案之后，会将路***通信号方案根据需要发送到同级别信号灯控制单元和下一级别方向分控单元；同时方向分控单元21还负责接入当前方向分控区域2的车检器24的数据，并且对数据进行相应的处理。

图3为本实施例中方向分控单元的结构示意图，图3中，方向分控单元21包括第二电源***211和第二控制***212，第二电源***211包括第二交流供电电源213、第二蓄电池214、第二电源转换模块215和第二电源防护电路216，第二交流供电电源213通过第二电源防护电路216与第二电源转换模块215连接，第二蓄电池214与第二电源转换模块215连接。第二电源***211为220V交流电源，第二电源转换模块215用于将220V交流电源转换为12V和5V供电，第二电源防护电路216确保外部雷电和浪涌情况下不会损坏设备。

本实施例中，第二控制***212包括第二主控制器221、第二人机交互模块222、第二GPS/GPRS模块223、第二故障检测电路224、第二***存储模块225、第二以太网通讯接口226、第二监控MCU227、第二看门狗228、第二RTC实时时钟229、第二RS422/RS485接口230、第二CAN总线通讯接口231、第三CAN总线通讯接口232、第四接口防护电路233、第五接口防护电路234和第六接口防护电路235。

其中，第二人机交互模块222与第二主控制器221连接、用于实现路口信号灯控制方案参数的设定和状态查看，第二人机交互模块222包括LCD显示器和键盘，能够通过触摸或物理的键盘实现路***通信号方案的参数设定和状态查看等，第二GPS/GPRS模块223与第二主控制器221连接、用于实现GPS卫星授时，确保时间的可靠性，或者实现与配置客户端进行无线通讯。第二故障检测电路224与第二主控制器221连接、用于对***各种故障进行实时检测并在检测到异常后进行紧急干预，第二***存储模块225与第二主控制器221连接、用于实现***文件的存储、日志文件记录和参数保存等，第二以太网通讯接口226与第二主控制器221连接、用于实现第二主控制器221与外部进行以太网通讯，通过以太网通讯接口226可以实现现场参数配置下载、路***通信号方案的远程上传和下载、日志文件上传等。

本实施例中，第二监控MCU227分别与第二主控制器221和第二看门狗228连接，通过设置第二主控制器221和第二监控MCU227的双处理器模式，确保第二主控制器221进行控制的同时，第二监控MCU227进行***状态监控，用于作为关键运行参数备份以及实现外部看门狗功能。第二主控制器221采用高性能，高可靠处理器，负责整个路口信号灯控制方案的控制，数据的处理、接口的管理等功能，第二监控MCU227则采用一个高可靠、性能一般处理器即可，主要实现实时对第二主控制器221的运行关键参数的备份、监控第二主控制器221的运行状态，在检测到第二主控制器221异常时能够进行快速复位并且将关键运行参数恢复，实现热启动功能。

方向分控单元21除了通过一组CAN总线与主控单元1通讯以外，还通过另外一组CAN总线与信号灯控制单元通讯，再通过第二RS422/RS485接口230与车检器24通讯，实时接收外部车检器24发送过来的车流量信息和车道状态信息等，在对车检器24的数据处理之后，根据设计的策略判断是直接对信号灯控制还是将结果发送到主控单元1，经由主控单元1处理之后进行信号灯控制。

本实施例中，第二RTC实时时钟229与第二主控制器221连接、用于为***提供精确时间信息，结合第二GPS模块223确保***的时间精准。第二RS422/RS485接口230的一端与第二主控制器221连接，第二RS422/RS485接口230的另一端通过第四接口防护电路233连接车检器24，第二RS422/RS485接口230实现与车检器24或外部通讯设备进行通讯，根据外部通讯设备的通讯接口情况能够选择使用第二RS422接口230实现全双工通讯或者通过第二RS485接口230实现半双工通讯。

第二CAN总线通讯接口231的一端与第二主控制器221连接，第二CAN总线通讯接口231的另一端通过第五接口防护电路234连接信号灯控制单元，第三CAN总线通讯接口232的一端与第二主控制器221连接，第三CAN总线通讯接口232的另一端通过第六接口防护电路235连接主控单元1，第二电源转换模块215还与第二主控制器221连接。第二CAN总线通讯接口231和第三CAN总线通讯接口232提供多达5路CAN总线与外部的方向分控单元21、外部信号控制单元进行通讯，不同功能使用不同组CAN总线，使得通讯干扰降到最低。第四接口防护电路233、第四接口防护电路234和第五接口防护电路235能够有效抵制外部雷电、浪涌、静电等影响，保证***在恶劣环境下正常可靠运行。第二控制***212采用低功耗设计，结合内置第二蓄电池214，可以实现在外部220V交流电源异常时，直接切换到内置的第二蓄电池214供电，确保***依然正常运行，保证路口通行秩序，在检修恢复220V交流电源供电之后自动给第二蓄电池214实现充电。

信号灯控制单元负责接收方向分控单元21下发的控制方案，根据控制方案对信号灯尽心控制，同时上发对应的信号灯状态到对应的分控，以及实现异常方案控制。信号灯单元每个信号灯组都内置一个后备电池，实现短时间无外部供电情况下信号灯正常工作。

图4为本实施例中信号灯控制单元的结构示意图，图4中，该信号灯控制单元包括第三电源***31、信号灯控制***32和信号灯组显示模块33，其中，第三电源***31包括第三交流供电电源311、第三蓄电池312、第三电源转换模块313和第三电源防护电路314，其中，第三交流供电电源311通过第三电源防护电路314与第三电源转换模块313连接，第三蓄电池312与第三电源转换模块313连接。第三交流供电电源311为外部220V交流电源，第三蓄电池312为12V DC蓄电池，第三交流供电电源311接入之后首先经过第三电源防护电路314抑制外部浪涌信号，然后经由内部的第三电源转换模块313产生12V DC和5V DC，同时也能够对第三蓄电池312进行充电，12V DC和5V DC是为信号灯控制单元和信号灯组显示模块33进行供电。该第三电源***31还具有220V AC-OK信号检测，实时检测交流供电是否正常，并且输出状态到信号灯控制单元；同时还能够在外部220V断电之后快速切换到第三蓄电池312供电。另外，第三蓄电池312输出电压也能够被信号灯控制单元采集。

信号灯控制***包括第三主控MCU321、第三监控MCU322、第三看门狗323、第三RTC实时时钟324、第四CAN总线通讯接口325、第三RS485接口327、第七接口防护电路326、第八接口防护电路328、亮度调节电路329、信号灯控制电路330和信号灯状态采集电路331，其中，第三主控MCU321用于实现与外部通讯，完成通讯和控制逻辑实现，实现对信号灯组显示模块33的控制以及采集信号灯组显示模块33的状态，实现与第三监控MCU322之间交互。

第三监控MCU322与第三主控MCU321连接、用于通过心跳监控第三主控MCU321的状态并备份第三主控MCU321的运行关键参数，当第三主控MCU321出现异常时，能够及时对第三主控MCU321进行硬件复位，第三主控MCU321启动之后将关键参数还原。第三看门狗323与第三监控MCU322连接、用于实现对第三监控MCU322的异常检测和复位，第三RTC实时时钟324与第三主控MCU321连接、用于为***提供精确时间信息，能够进行时间的读取和设计，第四CAN总线通讯接口325的一端与第三主控MCU321连接，第四CAN总线通讯接口325的另一端与第七接口防护电路326的一端连接，第七接口防护电路326的另一端通过CAN总线分别连接交通信号管理主机和环境传感器，第四CAN总线通讯接口325通过CAN物理层交互，实现信号灯控制单元与外部CAN总线设备进行通讯。

本实施例中，第三RS485接口327的一端与第三主控MCU321连接，第三RS485接口327的另一端与第八接口防护电路328连接，第三RS485接口327实现与外部RS485外部设备进行控制，实现与外部设备的交互，亮度调节电路329分别与第三主控MCU321和信号灯组显示模块33连接、用于实现对信号灯组显示模块33显示亮度的控制，信号灯控制电路330分别与第三主控MCU321和信号灯组显示模块33连接、用于根据第三主控MCU321的路口信号灯控制方案实现对信号灯组显示模块33的图案和颜色的显示控制，信号灯状态采集电路331分别与第三主控MCU321和信号灯组显示模块33连接、用于采集信号灯组显示模块33的显示状态，信号灯组显示模块33根据路口信号灯控制方案显示不同图案和箭头形状，包含红、黄、绿三种颜色等；第三电源转换模块313还与信号灯组显示模块33连接。第三主控MCU321能够对第三电源***31相关状态进行采集，包括AC-OK信号、第三蓄电池312的电压情况等，实现对电源状态的监控。

总之，本发明通过CAN总线通讯方式，可以有效改善当前交通信号控制器存在的一些问题，可以有效提高通讯可靠性、降低施工难度、节省施工成本，减少故障发生概率，降低维护难度和成本；本发明大大提高整个控制***的数据处理能力，同时也提高控制***的扩展性能，满足不同条件下功能需求，实现分别采用不同的模块处理相关数据，提高信号灯控制的智能化水平；通过各单元内置的蓄电池能够实现在外部电源异常的情况下，路口能够保持正常运行，确保在检修和维护情况下能够不影响路口正常通行秩序。在硬件和软件两方面的多重可靠性设计，极大提高整个信号灯的可靠性。

本发明的外部接口丰富，能够采集外部大量车检器24等传感器的数据，通过有效的数据处理算法得到精确的道路信息数据，结合先进的交通信号控制理论，使得交通信号控制***具有更好的自适应能力及整体设备协调能力，提高整个交通信号控制***的智能化水平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于CAN总线的分布式信号控制***，其特征在于，包括一个主控单元和若干个方向分控区域，每个所述方向分控区域均包括一个方向分控单元和若干个信号灯控制单元，每个所述信号灯控制单元均包括若干个车道信号灯单元和对应的行人信号灯单元，所述主控单元生成整个路口信号灯控制方案并定时将其通过一组CAN总线分别传送到每个所述方向分控单元，每个所述方向分控单元均通过另外一组CAN总线与对应方向分控区域中的信号灯控制单元连接，所述方向分控单元收到所述路口信号灯控制方案并对其解析后，将解析结果通过所述另外一组CAN总线发送到对应方向分控区域中的车道信号灯单元和行人信号灯单元，并按照所述路口信号灯控制方案控制信号灯的状态，所述信号灯控制单元实时监控各个信号灯的状态，并将信号灯状态信息发送到对应的方向分控单元，所述方向分控单元将所述信号灯状态信息发送到所述主控单元。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的分布式信号控制***，其特征在于，每个所述方向分控单元均具有一个唯一的与方向相关联的ID号，每个所述车道信号灯单元和行人信号灯单元均具有唯一的ID号。

3.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的分布式信号控制***，其特征在于，每个所述方向分控区域还均包括一组车检器，所述车检器与对应方向分控区域中的方向分控单元连接。

4.根据权利要求3所述的基于CAN总线的分布式信号控制***，其特征在于，所述主控单元包括第一电源***和第一控制***，所述第一电源***包括第一交流供电电源、第一蓄电池、第一电源转换模块和第一电源防护电路，所述第一交流供电电源通过所述第一电源防护电路与所述第一电源转换模块连接，所述第一蓄电池与所述第一电源转换模块连接；

所述第一控制***包括第一主控制器、第一人机交互模块、第一GPS/GPRS模块、无线遥控接口、第一故障检测电路、第一***存储模块、第一以太网通讯接口、第一监控MCU、第一看门狗、第一RTC实时时钟、RS232接口、第一RS422/RS485接口、第一CAN总线通讯接口、第一接口防护电路、第二接口防护电路和第三接口防护电路，所述第一人机交互模块与所述第一主控制器连接、用于实现路口信号灯控制方案参数的设定和状态查看，所述第一GPS模块/GPRS与所述第一主控制器连接、用于实现GPS卫星授时或实现与平台中心或配置客户端进行无线通讯，所述无线遥控接口与所述第一主控制器连接、用于通过无线遥控器对信号灯状态进行控制，所述第一故障检测电路与所述第一主控制器连接、用于对***各种故障进行实时检测并在检测到异常后进行紧急干预，所述第一***存储模块与所述第一主控制器连接、用于实现***文件的存储、日志文件记录和参数保存，所述第一以太网通讯接口与所述第一主控制器连接、用于实现所述第一主控制器与外部进行以太网通讯，所述第一监控MCU分别与所述第一主控制器和第一看门狗连接、用于作为关键运行参数备份以及实现外部看门狗功能，所述第一RTC实时时钟与所述第一主控制器连接、用于为***提供精确时间信息，所述RS232接口的一端与所述第一主控制器连接，所述RS232接口的另一端通过所述第一接口防护电路连接所述车检器或外部通讯设备，所述第一RS422/RS485接口的一端与所述第一主控制器连接，所述第一RS422/RS485接口的另一端通过所述第二接口防护电路连接所述车检器或外部通讯设备，所述第一CAN总线通讯接口的一端与所述第一主控制器连接，所述第一CAN总线通讯接口的另一端通过所述第三接口防护电路连接所述方向分控单元，所述第一电源转换模块还与所述第一主控制器连接。

5.根据权利要求4所述的基于CAN总线的分布式信号控制***，其特征在于，所述方向分控单元包括第二电源***和第二控制***，所述第二电源***包括第二交流供电电源、第二蓄电池、第二电源转换模块和第二电源防护电路，所述第二交流供电电源通过所述第二电源防护电路与所述第二电源转换模块连接，所述第二蓄电池与所述第二电源转换模块连接；

所述第二控制***包括第二主控制器、第二人机交互模块、第二GPS/GPRS模块、第二故障检测电路、第二***存储模块、第二以太网通讯接口、第二监控MCU、第二看门狗、第二RTC实时时钟、第二RS422/RS485接口、第二CAN总线通讯接口、第三CAN总线通讯接口、第四接口防护电路、第五接口防护电路和第六接口防护电路，所述第二人机交互模块与所述第二主控制器连接、用于实现路口信号灯控制方案参数的设定和状态查看，所述第二GPS/GPRS模块与所述第二主控制器连接、用于实现GPS卫星授时或实现与配置客户端进行无线通讯，所述第二故障检测电路与所述第二主控制器连接、用于对***各种故障进行实时检测并在检测到异常后进行紧急干预，所述第二***存储模块与所述第二主控制器连接、用于实现***文件的存储、日志文件记录和参数保存，所述第二以太网通讯接口与所述第二主控制器连接、用于实现所述第二主控制器与外部进行以太网通讯，所述第二监控MCU分别与所述第二主控制器和第二看门狗连接、用于作为关键运行参数备份以及实现外部看门狗功能，所述第二RTC实时时钟与所述第二主控制器连接、用于为***提供精确时间信息，所述第二RS422/RS485接口的一端与所述第二主控制器连接，所述第二RS422/RS485接口的另一端通过所述第四接口防护电路连接所述车检器，所述第二CAN总线通讯接口的一端与所述第二主控制器连接，所述第二CAN总线通讯接口的另一端通过所述第五接口防护电路连接所述信号灯控制单元，所述第三CAN总线通讯接口的一端与所述第二主控制器连接，所述第三CAN总线通讯接口的另一端通过所述第六接口防护电路连接所述主控单元，所述第二电源转换模块还与所述第二主控制器连接。

6.根据权利要求5所述的基于CAN总线的分布式信号控制***，其特征在于，所述信号灯控制单元包括第三电源***、信号灯控制***和信号灯组显示模块，所述第三电源***包括第三交流供电电源、第三蓄电池、第三电源转换模块和第三电源防护电路，所述第三交流供电电源通过所述第三电源防护电路与所述第三电源转换模块连接，所述第三蓄电池与所述第三电源转换模块连接；

所述信号灯控制***包括第三主控MCU、第三监控MCU、第三看门狗、第三RTC实时时钟、第四CAN总线通讯接口、第三RS485接口、第七接口防护电路、第八接口防护电路、亮度调节电路、信号灯控制电路和信号灯状态采集电路，所述第三监控MCU与所述第三主控MCU连接、用于通过心跳监控所述第三主控MCU的状态并备份所述第三主控MCU的运行关键参数，所述第三看门狗与所述第三监控MCU连接、用于实现对所述第三监控MCU的异常检测和复位，所述第三RTC实时时钟与所述第三主控MCU连接、用于为***提供精确时间信息，所述第四CAN总线通讯接口的一端与所述第三主控MCU连接，所述第四CAN总线通讯接口的另一端与所述第七接口防护电路的一端连接，所述第七接口防护电路的另一端通过CAN总线分别连接交通信号管理主机和环境传感器，所述第三RS485接口的一端与所述第三主控MCU连接，所述第三RS485接口的另一端与所述第八接口防护电路连接，所述亮度调节电路分别与所述第三主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于实现对所述信号灯组显示模块显示亮度的控制，所述信号灯控制电路分别与所述第三主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于根据所述第三主控MCU的路口信号灯控制方案实现对所述信号灯组显示模块的图案和颜色的显示控制，所述信号灯状态采集电路分别与所述第三主控MCU和信号灯组显示模块连接、用于采集所述信号灯组显示模块的显示状态，所述信号灯组显示模块根据所述路口信号灯控制方案显示不同图案和箭头形状，所述第三电源转换模块还与所述信号灯组显示模块连接。