CN109348594A - 一种交通信号灯控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交通信号灯控制***，包括主控模块、环境光强检测模块、通信模块和太阳能电源管理模块；环境光强检测模块，用于采集外界环境的光强度，并将所述光强度发送给主控模块；通信模块，用于在路口信号灯子***的各个信号灯之间进行通信，以及在路口信号灯子***和指挥中心之间进行通信；太阳能电源管理模块，用于实时检测太阳能电池板和蓄电池的电压，对蓄电池的充电状态进行管理，以及为信号灯供电；主控模块预设有分级机制，主控模块根据外界环境的光强度、太阳能电池板的电压和分级机制，对信号灯的亮度进行调节；所述***根据外界环境光强和太阳能电池板的电压对信号灯的亮度进行调节，节能效果好，通信稳定性较佳。
Description
技术领域
本发明涉及交通信号控制领域，更具体地，涉及一种交通信号灯控制***。
背景技术
随着城市化进程的加快，城市的机动车保有量不断增加，城市的道路交通拥堵状况也变得越来越严重。交通信号灯用来控制城市交通***日常运行的有序化，随着交通信号灯数量呈几何级数增加，路口信号灯的管理和维护逐渐处于近似失控的状态，管理起来存在极大不便。信号灯通常不具备故障检测功能，使得在信号灯出现异常情况时管理人员无法及时获得相关通知。交通信号灯在采用无线通信方式与后台指挥中心联系的时候，通常采用470/433/325MHZ无线通信，这些通信方式受环境影响大，稳定性不高，进而会影响信号灯工作的稳定性。
另一方面，交通信号灯的光强通常都是固定不变的，这会导致在环境光强较弱的情况下，造成光污染，并且对驾驶员的视线造成干扰；同时也会造成电力浪费，不够节能。所以，如何设计一种节能效果好，通信稳定性强，并且能够对信号灯的运行状态实时监测的交通信号灯控制***，是目前面临的一个主要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交通信号灯控制***，实现了根据环境光照强度和太阳能电池实时电压对信号灯亮度进行调节，节能效果好，通信稳定性强。
为实现上述目的，本发明提供了一种交通信号灯控制***，包括主控模块、环境光强检测模块、通信模块和太阳能电源管理模块，所述环境光强检测模块、近端通信模块、远端通信模块和太阳能电源管理模块均与主控模块连接；
环境光强检测模块，用于采集外界环境的光强度，并将所述光强度发送给主控模块；
通信模块，用于在路口信号灯子***的各个信号灯之间进行通信，以及在路口信号灯子***和指挥中心之间进行通信；
太阳能电源管理模块，用于实时检测太阳能电池板和蓄电池的电压，对蓄电池的充电状态进行管理，以及为信号灯供电；
主控模块，预设有分级机制，所述主控模块根据外界环境的光强度、太阳能电池板的电压和所述分级机制，对信号灯的亮度进行调节。
优选地，所述通信模块包括近端通信模块和远端通信模块，所述近端通信模块用于在路口信号灯子***的各个信号灯之间进行通信，所述远端通信模块用于在路口信号灯子***和指挥中心之间进行通信。
优选地，所述主控模块还用于检测信号灯是否工作异常，并判断太阳能电池板和蓄电池的电压是否正常。
优选地，主控模块根据外界环境的光强度、太阳能电池板的电压和所述分级机制，获得外界环境的光强度和太阳能电池板的电压对应的等级，依据对应的等级获取相应供电功率，依据供电功率对信号灯的亮度进行调节。
优选地，所述太阳能电源管理模块包括太阳能电池板检测电路、蓄电池检测电路、充电管理电路以及信号灯供电电路，所述太阳能电池板检测电路用于检测太阳能电池板的电压，所述蓄电池检测电路用于检测蓄电池的电压，所述充电管理电路用于对蓄电池的充电状态进行管理，所述信号灯供电电路用于提供合适的供电电压，驱动信号灯。
优选地，所述***还包括GPS授时模块，用于获取位置信息和时间，以及将所述位置信息和时间发送给主控模块。
优选地，所述环境光强检测模块是光敏传感器，光敏传感器的型号是OPT3001。
优选地，所述近端通信模块采用WirelessHART通信协议，近端通信模块的型号为HT1200M。
优选地，所述远端通信模块的型号为USR-LTE-7S4。
优选地，所述主控模块的型号为AM335X，所述GPS授时模块的型号为ATGM331C。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
本发明提供的一种交通信号灯控制***通过环境光强检测模块实时检测外界环境的光强，通过太阳能电源管理模块检测太阳能电池板的电压，根据外界环境光强和太阳能电池板的电压对信号灯的亮度进行调节，这样实现了在多云的天气相应地降低信号灯的亮度，避免了资源浪费，节能效果好；该***采用基于WirelessHART通信协议的通信模块在路口信号灯子***内各个信号灯之间通信，以及采用4G网络在路口信号灯子***与指挥中心之间进行通信，保证了通信的安全可靠性。
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为本发明实施例公开的一种交通信号灯控制***的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种交通信号灯控制***中太阳能电源管理模块的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种交通信号灯控制***，包括环境光强检测模块101、近端通信模块102、远端通信模块103、太阳能电源管理模块104、主控模块105和GPS授时模块106。
环境光强检测模块101，用于采集外界环境的光强度，并将采集到的光强度发送给主控模块105。具体来说，环境光强检测模块101采集信号灯周围的外界环境的光强度，然后将采集到的外界环境光强度发送给主控模块105，主控模块105根据预设的分级机制判断上述采集到的光强度所处的等级，获得该等级相应的供电功率，依据该供电功率对信号灯亮度进行调节。本实施例中，环境光强检测模块101采用的是光敏传感器，并且光敏传感器采用光敏电阻和精密电阻串联，光敏电阻的阻值低于10KΩ时，主控模块105就判断环境光强过低，相应地调低信号灯的亮度，即该控制***开始降功率供电。进一步地，本实施例光敏传感器的型号是OPT3001，光敏电阻的型号是21K1990。
近端通信模块102，用于在路口信号灯子***的各个信号灯之间进行通信。本实施例中，近端通信模块102是基于WirelessHART(wireless highway addressable remotetransducer，无线可寻址远程传感器数据公路)通信协议进行通信的，保证了通信链路的可靠稳定性。在***开始工作后，路口信号灯子***内的一个信号灯作为主控节点，与指挥中心建立通信连接，并接收指挥中心下发的指令。同时此子***内的其他信号灯作为受控节点，主控节点和受控节点之间利用网关广播的方式下发信号灯态和倒计时数据，保证了数据传输的实时性。进一步地，本实施例近端通信模块102采用型号为HT1200M的芯片。
远端通信模块103，用于在路口信号灯子***和指挥中心之间进行通信。本实施例中，远端通信模块103采用4G通信网络与指挥中心进行通信，保证了通信链路的稳定可靠性；同时通信链路采用VPN(Virtual Private Network,虚拟专用网络)虚拟专网传输数据，保证了数据安全传输且不被窃取、篡改。进一步地，本实施例远端通信模块103采用型号为USR-LTE-7S4的通信模块。
太阳能电源管理模块104，用于实时检测太阳能电池板和蓄电池的电压，对蓄电池的充电状态进行管理，以及为信号灯供电。如图2所示，本实施例公开了太阳能电源管理模块104的电路，太阳能电源管理模块104包括太阳能电池板检测电路201、蓄电池检测电路202、充电管理电路203以及信号灯供电电路204，太阳能电池板检测电路201用于检测太阳能电池板的电压，然后将检测结果发送给主控模块105；蓄电池检测电路202用于检测蓄电池的电压，并将检测结果发送给主控模块105；充电管理电路203用于对蓄电池的充电状态进行管理，具体来说，蓄电池在充电时，充电管理电路203若检测到蓄电池充满电，则降低供电电路的电流，保护蓄电池。
信号灯供电电路204用于提供合适的供电电压，驱动信号灯；具体来说，开关电源U3将输入电压调整为适合信号灯的驱动电压，并将该驱动电压提供给信号灯供电电路204，信号灯供电电路204中的CMOS管作为电子开关，将输入电流调整为合适的驱动电流，信号灯供电电路204通过光耦控制CMOS管以脉冲的方式驱动信号灯盘107，信号灯供电电路204通过恒流源芯片提供稳定的不随环境温度和湿度改变的恒定电流，达到为信号灯提供稳定电流的目的。
本实施例中，开关电源采用型号为LM2596-ADJ的芯片，光耦采用型号为EL817的芯片，CMOS管采用型号为IRF9540的芯片，恒流源芯片采用型号为ME2215的芯片。
主控模块105，预设有分级机制，用于根据外界环境的光强度、太阳能电池板的电压和所述分级机制，对信号灯的亮度进行调节。具体来说，主控模块105预设有用于对光强和太阳能电池板电压进行分级的分级机制，当主控模块105从环境光强检测模块101获得外界环境的光强度，以及从太阳能电源管理模块104获得太阳能电池板的电压之后，依据上述分级机制判断光强度和太阳能电池板电压分别对应的等级，并获得对应等级的供电功率，然后按照该供电功率调节信号灯亮度。
具体来说，本实施例主控模块105中的分级机制将外界环境的光强度分为6级，相应地，信号灯亮度也分为6级。比如，外界环境光强在13000lx以上时，此时信号灯亮度设置为6档，即全功率输出；外界环境光强在8000lx～13000lx之间时，信号灯亮度设置为5档，此时按照全功率的85％为信号灯供电；外界环境光强在5000lx～8000lx之间时，信号灯亮度设置为4档，此时按照全功率的70％为信号灯供电；外界环境光强在2000lx～5000lx之间时，信号灯亮度设置为3档，此时按照全功率的55％为信号灯供电；外界环境光强在1000lx～2000lx之间时，信号灯亮度设置为2档，此时按照全功率的40％为信号灯供电；外界环境光强在1000lx以下时，信号灯亮度设置为1档，此时按照全功率的30％为信号灯供电。如果外界环境光强的变化波动在1个级别超过10秒，则输出对应级别的信号灯亮度。在其他实施例中，外界环境光强的具体分级机制也可以根据实际需要进行设置。
对于太阳能电池板电压和信号灯亮度对应的分级机制，也可以参照上述设置方法，对太阳能电池板的电压进行分级设置。
主控模块105还用于检测信号灯是否工作异常，并判断太阳能电池板和蓄电池的电压是否正常。信号灯的工作异常包括但不限于信号灯的亮度异常、非正常点亮或者熄灭、电流异常以及电压异常。当主控模块105检测到信号灯工作异常、太阳能电池板电压异常或者蓄电池电压异常，则将对应的异常信息以报文数据的形式发送给指挥中心，以便于指挥中心及时通知维修人员进行维护。主控模块105在向指挥中心发送报文数据时，采取压缩模式进行发送，将信号灯态压缩至1个字节表示2个信号灯组信号灯态，节约网络带宽。本实施例中，主控模块105采用型号为AM335X的芯片。
GPS授时模块106，用于提供位置信息和时间，以及将上述位置信息和时间发送给主控模块105，实现了对信号灯位置的自动更新。本实施例中，GPS授时模块106采用型号为ATGM331C的芯片。
本实施例公开的交通信号灯控制***在工作时，选取路口信号灯子***内的一组信号灯作为通信接入点与指挥中心建立联系，同时该组信号灯节点作为主控节点，以主机模式运行，该组信号灯从内置的GPS授时模块106中获得时钟和位置信息，实时执行指挥中心发来的指令。其他组信号灯作为受控节点，以从机模式运行，然后主控节点内的主控模块105开始检测信号灯是否工作异常，若存在异常信息，则将相关异常信息发送给指挥中心。接着主控模块105通过从太阳能电源管理模块104获得太阳能电池板的电压，以及从环境光强检测模块101获得外界环境的光强，对信号灯亮度进行实时控制。
本发明提供的一种交通信号灯控制***通过环境光强检测模块实时检测外界环境的光强，通过太阳能电源管理模块检测太阳能电池板的电压，根据外界环境光强和太阳能电池板的电压对信号灯的亮度进行调节，这样实现了在多云的天气相应地降低信号灯的亮度，避免了资源浪费，节能效果好；并且通过主控模块对信号灯的工作状态进行检测，可以在信号灯状态异常时及时将相关情况上报给指挥中心，及时地通知维修人员；该***采用基于WirelessHART通信协议的近端通信模块在路口信号灯子***内各个信号灯之间通信，采用基于4G通信的远端通信模块在路口信号灯子***与指挥中心之间进行通信，保证了通信的安全可靠性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种交通信号灯控制***，其特征在于，包括主控模块、环境光强检测模块、通信模块和太阳能电源管理模块，所述环境光强检测模块、近端通信模块、远端通信模块和太阳能电源管理模块均与主控模块连接；
环境光强检测模块，用于采集外界环境的光强度，并将所述光强度发送给主控模块；
通信模块，用于在路口信号灯子***的各个信号灯之间进行通信，以及在路口信号灯子***和指挥中心之间进行通信；
太阳能电源管理模块，用于实时检测太阳能电池板和蓄电池的电压，对蓄电池的充电状态进行管理，以及为信号灯供电；
主控模块，预设有分级机制，所述主控模块根据外界环境的光强度、太阳能电池板的电压和所述分级机制，对信号灯的亮度进行调节。
2.如权利要求1所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，所述通信模块包括近端通信模块和远端通信模块，所述近端通信模块用于在路口信号灯子***的各个信号灯之间进行通信，所述远端通信模块用于在路口信号灯子***和指挥中心之间进行通信。
3.如权利要求1所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，所述主控模块还用于检测信号灯是否工作异常，并判断太阳能电池板和蓄电池的电压是否正常。
4.如权利要求1所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，主控模块根据外界环境的光强度、太阳能电池板的电压和所述分级机制，获得外界环境的光强度和太阳能电池板的电压对应的等级，依据对应的等级获取相应供电功率，依据供电功率对信号灯的亮度进行调节。
5.如权利要求1所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，所述太阳能电源管理模块包括太阳能电池板检测电路、蓄电池检测电路、充电管理电路以及信号灯供电电路，所述太阳能电池板检测电路用于检测太阳能电池板的电压，所述蓄电池检测电路用于检测蓄电池的电压，所述充电管理电路用于对蓄电池的充电状态进行管理，所述信号灯供电电路用于提供合适的供电电压，驱动信号灯。
6.如权利要求1所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，所述***还包括GPS授时模块，用于获取位置信息和时间，以及将所述位置信息和时间发送给主控模块。
7.如权利要求1所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，所述环境光强检测模块是光敏传感器，光敏传感器的型号是OPT3001。
8.如权利要求2所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，所述近端通信模块采用WirelessHART通信协议，近端通信模块的型号为HT1200M。
9.如权利要求2所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，所述远端通信模块的型号为USR-LTE-7S4。
10.如权利要求6所述的一种交通信号灯控制***，其特征在于，所述主控模块的型号为AM335X，所述GPS授时模块的型号为ATGM331C。
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