專利名稱：無線交通信號燈控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)和交通信號燈控制管理技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)城市交叉路口交通信號燈的控制管理系統(tǒng)，普遍使用道 口機(開關(guān)控制柜)控制管理的方式，即在每一個，或幾個路口安裝 一個道口機來對這一個或幾個路口的交通4言號燈進行集中控制。交通 信號燈路口的每一個信號燈的開關(guān)，都安置在道口機機柜中，在理想 的情況下，這些道口機將通過光纖或其它通信電纜連接在一起，通向 城市交通控制中心。
現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在如下問題
1. 由于使用一個道口機，來對整個交通信號燈路口的所有交通 信號燈進行集中控制，因而，每一個信號燈的電源線都必須 從道口機引出，這樣，每一個道口機所引出的電源線的數(shù)量， 將是一個不小的數(shù)目，特別是由 一個道口機控制幾個路口的 情況更是如此。這些眾多數(shù)目的電源線不僅需要花費較多的 材料，在鋪設(shè)安裝時，需要對道路進行"開膛剖肚"，十分 影響交通，而且檢修維護都非常不便。
2. 由于道口機的成本較髙，安裝工作量較大，在許多城市新擴 展的交通路口，往往沒法及時安裝道口機，因而常常產(chǎn)生一 些不必要的交通事故；在不得已的情況下，只好使用臨時電 子警察來替代。而電子警察不僅在某種程度上占用了通行道路，而且需要隨時充電和專人保管，使用十分不便。
3. 由于城市的快速發(fā)展，在許多地方，由于各種原因，都沒能 預(yù)埋所需的通信線纜。為了將整個城市的道口機連接在一 起，而對城市已建好的道路重新進行開挖，以鋪設(shè)通信線纜， 將是一件十分困難的事情，因而，許多道口機實際上是"人 自為戰(zhàn)"式的獨立工作，并沒有聯(lián)網(wǎng)，這對實現(xiàn)整個城市交 通的現(xiàn)代化管理，無疑是一個極大的問題。另外，道路的改 建，擴建，甚至重新規(guī)劃的情況，在我國十分普遍，因而， 市場急需要一種靈活的，便于移動和安裝的無線交通信號燈 控制管理系統(tǒng)。
4. 在許多特殊情況下，例如突發(fā)交通事故，國賓來訪等，都需 要值勤的交警，臨時來改變交通信號燈的工作模式，而現(xiàn)有 的系統(tǒng)顯然不能滿足這種需求。
5. 另外，由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，原有交通信號燈使用的是 功耗大的白熾燈，而如今交通信號燈普遍使用的是低功耗的 發(fā)光二極管，人們開始考慮利用太陽能和風(fēng)能等新的能源， 來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋪設(shè)線纜供電的方式，顯然，由老式道口機集 中控制路口所有信號燈的方式，己不能滿足這種新的需要。
綜上所述，現(xiàn)有的城市道路交通信號燈控制系統(tǒng)不僅體積龐 大，線路復(fù)雜，建設(shè)成本和維護成本都十分高，而且使用也非常 不方便，顯然已經(jīng)不能跟上經(jīng)濟和城市快速發(fā)展的需要，也不能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的現(xiàn)實，市場急需要一個經(jīng)濟高效，使用 方便靈活，安裝和維護簡單，并能適應(yīng)城市交通現(xiàn)代化管理需要 的，新一代的交通信號燈控制管理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是針對現(xiàn)有交通信號燈控制管理 系統(tǒng)的缺陷，以及城市交通現(xiàn)代化管理的需要，提供了一種全新的， 經(jīng)濟高效的無線交通信號燈控制系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是-
一. 基本結(jié)構(gòu)
使用一個,或多個分散安裝在同一路口不同方向上的，高度集成的 信號燈控制模塊，來代替對整個路口信號燈進行集中控制的道口機； 再利用無線通信的方式進行協(xié)調(diào)，使這些分散的控制模塊，能夠協(xié)調(diào) 一致地共同指揮路口所有信號燈的工作，并通過無線或有線的方式， 與城市交通控制中心相連接。
二. 系統(tǒng)工作原理
首先，我們在交通信號燈路口每一個方向上，需要控制的每一個 或一組交通信號燈處，安裝一個獨立的交通信號燈控制模塊(以后簡 稱控制模塊)，這個控制模塊通過有線的方式，直接與這個或這組交 通信號燈相連接，并負(fù)責(zé)指揮這個或這組交通信號燈的工作，如圖一 所示。
這個獨立控制模塊是由一個無線收發(fā)模塊，和對應(yīng)的信號燈開關(guān)控制電路所組成；控制模塊中的這個無線收發(fā)模塊，通常是由一個高 度集成的，抗干擾能力強的微功率無線單芯片收發(fā)機制成(我們將利 用這種微功率無線單芯片收發(fā)機所進行的無線通信，叫做微功率無線 通信，例如Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的通信)；控制模塊中的這個無線收 發(fā)模塊，也可以是現(xiàn)有的其它大型無線通f言網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個終端模塊 (例如現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)，我們將利用這種大型無線通信網(wǎng)絡(luò)所進行 的通信，叫做外部無線網(wǎng)通信，以區(qū)別小范圍內(nèi)的微功率通信網(wǎng)絡(luò))； 每一個控制模塊都有自己無線地址編碼。
在每一個路口的所有控制模塊中，至少有一個控制模塊，儲存有 該路口所需的，各種交通信號燈工作模式和運行程序；根據(jù)控制方式 的不同，也可以在所有控制模塊中，都儲存這些工作模式和運行程序。
這些控制模塊，將根據(jù)城市交通控制中心預(yù)先設(shè)定的某一種工作 模式，來指揮它們各自負(fù)責(zé)的每一個信號燈的開起和關(guān)閉。
這里的交通信號燈工作模式，是指在一個交通信號燈路口內(nèi)的所 有信號燈，為了能夠相互協(xié)調(diào)一致的工作，在使用同一個時鐘標(biāo)準(zhǔn)前 提下，在一個變化的周期內(nèi)，所規(guī)定的各種不同的固定開起和關(guān)閉時 間表，它也可以是在一天，或一周，或一年的不同時段內(nèi)，選用不同 的開起和關(guān)閉時間表，而形成的同一路口所有交通信號燈，在一個較 長的固定時段內(nèi)的各種固定工作方式，每一種工作模式，都有一個具 體的編號。
這里的運行程序，是指儲存在控制模塊中的單片機程序，這個程 序?qū)⒁罁?jù)這些不同的信號燈工作模式，來控制信號燈的開關(guān)。這個運行程序，每次只能從控制模塊所儲存的多個工作模式中，選出一種工 作模式來指揮信號燈的開關(guān)。
城市交通控制中心，可以在這些模塊安裝以前，預(yù)先通過有線的
方式將所有需要的信號燈工作模式和運行程序，寫入這些控制模塊； 也可以在這些模塊安裝以后，通過無線的方式，利用手持無線工作模 式和運行程序上載器，或便攜式計算機寫入。
每一個路口具體信號燈工作模式的選擇指令，是通過無線的方式 來下達的，這包括使用無線控制器在現(xiàn)場下達，也包括由交通控制中 心通過無線網(wǎng)絡(luò)來下達。
當(dāng)有多個控制模塊共同控制一個路口的信號燈時，這些各自獨立 的控制模塊，將使用無線通信的方式來進^1工作協(xié)調(diào)。
每一個路口的控制系統(tǒng)，可以直接通過現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)，或其 它有線和無線的網(wǎng)絡(luò)，與城市交通控制中心相連，從而管理人員可以 很方便地，對每一個交通信號燈路口的工作模式加以控制指揮。
三.三種基本控制方式
1.兩相交通信號燈路口控制方式-
當(dāng)一個路口只設(shè)置一組信號燈時，例如部分兩相交通信號燈系統(tǒng)， 系統(tǒng)就只需要一個與這組信號燈直接相連的控制模塊，此時，這個控 制模塊儲存有該路口所需的，所有交通信號燈工作模式和運行程序； 這個控制模塊的功能，就像現(xiàn)有信號燈路口的道口機一樣，只不過它 的體積要小得多，價格要低得多，同時它還可以使用無線的方式，與城市交通控制中心相連，并使用無線的方式，來進行工作模式和運行 程序的上載，工作模式指令的選擇和變更，以及時鐘效正等工作。
2. 多相信號燈路口的無線直接控制方式
使用這種方式時，在同一交通信號燈路口的多個控制模塊中，只 需要有一個控制模塊儲存有交通信號燈工作模式和運行程序，這個控 制模塊就是該路口的中心控制模塊，其余控制模塊為子控制模塊；中 心控制模塊利用微功率無線通信的方式，向各子控制模塊，直接發(fā)送 每一個信號燈開啟和關(guān)閉的無線指令，直接指揮控制路口每一個交通 信號燈的工作。此時，中心控制模塊也相當(dāng)于一個道口機，只不過它 與路口的每個交通信號燈的連接，從過去的有線連接方式變?yōu)闊o線連 接方式而已，而每一個子控制模塊，則只相當(dāng)于中心控制模塊與信號 燈之間的一個無線連接端口而已，如圖二所示。
3. 多相信號燈路口的有線連接，無線協(xié)調(diào)的控制方式
使用這種方式時，在同一交通信號燈路口的多個控制模塊中的每 一個控制模塊，都必須要儲存它們各自所控制的交通信號燈所需的各 種工作模式和運行程序。
管理整個路口工作模式的控制程序，控制了路口所有交通信號燈 的開關(guān)信號，而在路口每一個方向上的控制模塊，僅只控制其中與它
直接相連接的幾個信號燈的開關(guān)信號；哪一個控制模塊控制哪幾路開 關(guān)信號，是根據(jù)控制模塊的編號來分配的，而每一個控制模塊的編號， 又與它所在的路口以及它在該路口的位置相對應(yīng)。
每一個路口在何時，選用何種工作模式，完全由城市交通控制中心決定。
同一路口的各個控制模塊之間，將通過接收無線時鐘同步信號， 和無線工作模式選擇指令信號，來協(xié)調(diào)它們之間的工作，以便同一路 口所有交通信號燈控制模塊，使用同一時鐘標(biāo)準(zhǔn)計時，使用同一個工 作模式工作，從而保證所有信號燈能夠協(xié)調(diào)一致地工作。
這種無線協(xié)調(diào)的方式又分使用外部無線網(wǎng)協(xié)調(diào)，和微功率無線通 信方式協(xié)調(diào)兩種
A:外部無線網(wǎng)協(xié)調(diào)當(dāng)這種無線協(xié)調(diào)工作是通過外部無線網(wǎng)來實 現(xiàn)時，同一路口的各控制模塊，將直接從這個外部無線網(wǎng)來接收時鐘 同步信號，和工作模式選擇指令信號，并在出現(xiàn)故障時，直接通過這 個外部無線網(wǎng)，向控制中心發(fā)出故障報警信號；同時，每一個來自城 市交通控制中心的，變更交通信號燈路口工作模式的指令，將直接傳 給同一路口的所有控制模塊，如圖三所示。
B.微功率無線通信協(xié)調(diào)當(dāng)這種無線協(xié)調(diào)工作是通過微功率無線 通信來實現(xiàn)時，每一個路口的所有控制模塊中，至少有一個為中心控 制模塊，其余為子控制模塊；中心控制模塊有一個可以通過GPS，或 移動通信終端，或其它有線或無線方式，與交通控制中心時鐘同步的 一個時鐘；每隔一定時間，中心控制模塊將利用微功率無線通信的方 式，向同一路口的所有子控制模塊，發(fā)射自身的時鐘信號，要求它們 與這個時鐘同步；另外，當(dāng)任何一個控制模塊工作出現(xiàn)故障時，中心 控制模塊將利用這個微功率無線通信網(wǎng)絡(luò)，或與控制中心相連接外部 無線網(wǎng)絡(luò)，向控制中心發(fā)出故障信號，如圖四所示。每一個變更交通信號燈路口工作模式的指令，將利用經(jīng)過授權(quán)的 手持無線控制器，或通過與城市交通控制中心相連有線或無線網(wǎng)絡(luò)， 先傳給路口的中心控制模塊，然后再通過這個中心控制模塊，以微功 率無線通信的方式，傳給該交通信號燈路口其它方向上的子控制模
塊；如果我們在中心控制模塊上，再安裝一個外部無線網(wǎng)的通信終端 模塊，我們還可以利用外部無線網(wǎng)，將城市交通控制中心的指令發(fā)給 中心控制模塊后，再由中心控制模塊，通過微功率無線通信的方式， 傳給同一路口的其他子控制模塊；這里的手持無線控制器，就是一個 可以對中心模塊下達工作模式選擇指令的一個遙控器，它安裝有一個 與控制模塊相同的微功率無線單芯片收發(fā)機模塊，因而，可以使用無 線的方式與中心控制模塊進行通信。
當(dāng)我們采用這種"有線控制，無線協(xié)調(diào)"的工作方式時，系統(tǒng)的 正常運行并不依賴于無線通信-
在沒有接收到任何經(jīng)過授權(quán)的更改運營模式的指令，包括路口執(zhí) 勤交警由于突發(fā)事件的發(fā)生，而發(fā)來的臨時變更路口交通信號燈工作 模式的指令以前，交通信號燈路口各個方向上的所有信號燈，將按照 預(yù)先選定的，儲存在與它們直接相連接的控制模塊中的一個工作模式 運行，除了每隔一定時間，需要通過無線的方式，傳輸時鐘同步信號 外，系統(tǒng)的正常運行并不依賴無線通信。因而，新系統(tǒng)比現(xiàn)有系統(tǒng)具 有更高的運行可靠性。
三.系統(tǒng)的無線連接系統(tǒng)與城市交通控制中心的連接有如下幾種方式
1. 外部無線網(wǎng)方式，使用這種方式時，系統(tǒng)中所有的控制模塊， 包括手持無線控制器，都安裝有一個外部無線網(wǎng)的通信終端模塊，這 樣，系統(tǒng)中的所有控制模塊便通過外部無線網(wǎng)，連接在一起了。使用 這種連接方式時，控制模塊中的信號燈工作模式和運行程序，就可以 在城市交通控制中心，直接通過外部無線網(wǎng)來上載，而不必在現(xiàn)場使 用無線工作模式和運行程序上載器來上載了，如圖三所示。
2. 微功率無線通信的方式，使用這種方式時，系統(tǒng)中所有的控制 模塊，包括手持無線控制器，和無線工作模式和運行程序上載器，都 安裝有一個微功率無線單芯片收發(fā)機，此時，交通信號燈路口的每一 個子控制模塊，都可通過一個近距離微功率無線單芯片收發(fā)機，與同 一路口的中心控制模塊，以及手持無線控制器和無線工作模式和運行 程序上載器實現(xiàn)通信連接，然后，該路口的中心控制模塊，再通過長 距離的微功率無線單芯片收發(fā)機，與相鄰路口的中心控制模塊相連，
從而，在有限的范圍內(nèi)形成一個微功率無線通信網(wǎng)絡(luò)，例如Zigbee 網(wǎng)絡(luò)，并在方便的地方接入連接城市交通控制中心的網(wǎng)絡(luò)。
3. 混合無線網(wǎng)方式，使用這種方式時，除了系統(tǒng)中所有的控制模 塊，包括手持無線控制器，和無線工作模式和運行程序上載器，都安 裝有一個微功率無線單芯片收發(fā)機外，在路口的中心控制模塊中，還 安裝了一個外部無線網(wǎng)絡(luò)的通信終端，此時，交通信號燈路口的每一 個子控制模塊，通過近距離微功率無線單芯片收發(fā)機，可與同一路口 的中心控制模塊，手持無線控制器，以及無線工作模式和運行程序上載器實現(xiàn)通信連接，然后再利用中心控制模塊中的外部無線網(wǎng)絡(luò)通信 終端，通過外部無線網(wǎng)與城市交通控制中心相連。 4.無線網(wǎng)絡(luò)的選擇
針對本發(fā)明系統(tǒng)和城市交通信號燈控制的特點-
a. 系統(tǒng)運行時，由于所有信號燈工作模式和運行程序，可以 預(yù)先儲存在信號燈控制模塊中，每一種工作模式都有自己 的編號，每一個信號燈路口也都有自己的編號，因而，需
要傳輸?shù)慕煌ㄐ盘枱艄ぷ髂Ｊ竭x擇指令，僅僅是編號而以， 因而，數(shù)據(jù)量非常有限；同時，來自城市交通控制中心的 更改信號燈工作模式的指令，往往可以預(yù)先下達給各交通 信號燈路口的中心控制模塊，這種指令，可以有一定的時 延，外部無線網(wǎng)和微功率無線通信的方式都可以承擔(dān)這個 工作，但外部無線網(wǎng)一般覆蓋面大，因而，往往選擇外部 無線網(wǎng)更方便；
b. 因為道路突發(fā)事故等特殊情況，發(fā)自執(zhí)勤交警的更改路口 信號燈工作模式指令必須要及時下達，不能有任何時延， 而現(xiàn)有移動通信網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性得不到保證，因而使 用微功率無線通信的方式的無線手持控制器，在現(xiàn)場直接 下達，顯然是最好的選擇；
c. 信號燈工作模式和運行程序數(shù)據(jù)量較大，通過連接中心的 無線網(wǎng)絡(luò)來傳輸，將大大增加網(wǎng)絡(luò)的流量，加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù) 擔(dān)，而一般微功率無線單芯片收發(fā)機在以點對點，或點對多點的方式進行數(shù)據(jù)傳輸時，速率都比較高，如果在現(xiàn)場 使用一個手持無線工作模式和運行程序上載器，或帶有微 功率無線單芯片收發(fā)機的筆記本電腦，通過無線的方式，
直接寫入控制模塊將會十分快捷方便；
d. 因而采用在現(xiàn)場利用無線工作模式和運行程序上載^，通 過微功率無線通信的方式，直接寫入控制模塊更經(jīng)濟快捷 和合理；
e. 另外采用微功率無線通信不僅成本低，而且無運營費。
顯然，系統(tǒng)中的無線網(wǎng)絡(luò)連接，選擇微功率無線通信的方式，或 混合無線網(wǎng)連接的方式顯得更加合理。
四.系統(tǒng)工作模式和運行程序的寫入和修改
控制模塊所儲存的交通信號燈工作模式和運行程序，可以是控制 模塊在現(xiàn)場安裝以前，通過有線的方式寫入的，也可以是在控制模塊 安裝以后，通過專門授權(quán)的手持無線工作模式和運行程序上載器寫入 的，(它可以是在現(xiàn)有道口機工作模式上載器上，加一個微功率無線 單芯片收發(fā)機模塊即可)，也可使用一個與微功率無線單芯片收發(fā)機 模^i線連接的，經(jīng)過授權(quán)的筆記本電腦，在現(xiàn)場以一對一或廣播的方 式，直接上載到交通信號燈路口的各個控制模塊中，如圖五所示；另 外，還可以利用連接各交通信號燈路口中心控制模塊的，有線或無線 的網(wǎng)絡(luò)先上載到中心模塊中，然后再通過中心控制模塊，加載到交通 信號燈路口其它方向上的子控制模塊中。如果使用微功率通信的方式，在現(xiàn)場直接寫入控制模塊，每個交通信號燈路口的寫入工作只需 幾秒鐘就可完成。同樣，采用相同的方式，我們也可根據(jù)需要，上載 新的工作模式或刪除某些舊有的工作模式。
控制模塊中的無線收發(fā)機平常處于接收狀態(tài)，以便隨時可以接收 通過無線方式發(fā)來的各種指令。
本發(fā)明的有益效果
1， 由于現(xiàn)有交通信號燈路口價格昂貴的道口機，已由一個 或幾個體積小(手掌大小)，成本低，高度集成的控制 模塊所替代，這就大大降低了系統(tǒng)的造價。
2, 由于控制模塊，可直接安裝在路口燈桿上的交通信號燈 組附近，或兩相交通信號燈的盒體內(nèi)。我們只需從每一 個交通信號燈組的所在位置，就地引出一對電源線到燈 桿上的控制模塊，再由控制模塊引線與燈組的每一個信 號燈直接相連即可，這就減少了電源線路，降低了材料 成本，大大簡化了安裝和維修工作。
3, 由于控制模塊緊靠交通信號燈，因而可以就地取電，安 裝搬遷都十分方便靈活。而且，還免"開膛剖腹"挖路 工程，以鋪設(shè)道口機與每一個道路方向上的交通信號燈 相連接的過街電纜，以及其后的十分麻煩的檢修維護工 作。這將是一個很大的節(jié)約。
4， 利用本發(fā)明，在那些新擴展的城市交通路口，很容易就可以安裝一個兩相交通信號燈控制系統(tǒng)，只要接上電 源，馬上就可以投入使用，遠(yuǎn)比使用臨時充電電子警察 方便了許多，這將避免許多不必要的交通事故。
5， 由于現(xiàn)有的交通信號，已經(jīng)改為低功耗的LED，因而， 使用諸如太陽能和風(fēng)能驅(qū)動等其它能源驅(qū)動，完全拋開 與城市有線電源供電已經(jīng)成為可能,這樣，利用本發(fā)明， 整個交通信號燈路口將完全實現(xiàn)真正的"無線化"，這 樣的好處是顯而易見的。
6, 另外，由于中心控制模塊中的交通信號燈工作模式和運 行程序，可以利用經(jīng)過授權(quán)的筆記本電腦，或其它手持 專用設(shè)備，采用無線的方式，快速上載到中心控制模塊 中，因而我們可以預(yù)先在電腦上編制好我們所需要的各 種交通信號燈工作模式和運行程序，并加以編號，存入 電腦，然后，在行進中的車輛中，我們就可以很容易地 完成上載工作，十分方便。
7， 由于本發(fā)明使用的是無線控制模塊，值勤交警便可在授 權(quán)范圍內(nèi)使用經(jīng)過授權(quán)的手持無線遙控器，很方便地對 交通信號燈工作模式加以臨時調(diào)整，以應(yīng)對突發(fā)交通事 故，或其它諸如國賓來訪等特殊情況時。
8， 由于本發(fā)明系統(tǒng)采用了無線網(wǎng)絡(luò)連接的方式，因而，在 還沒有使用通信電纜連接的路口之間，就可以使用無線 的方式來連接，并接入已經(jīng)鋪設(shè)好的通信電纜網(wǎng)絡(luò)，這就解決了目前城市中，仍然存在的由于無通信電纜連接 的"交通信號燈孤島"問題，控制中心便可以對每個路 口的交通信號燈進行遙控。在新建的路口和道路改造路 段，也就不再需要預(yù)埋和重新埋設(shè)光釬或線纜了。無線 網(wǎng)絡(luò)的造價遠(yuǎn)比鋪設(shè)光釬或使用其它方式來建立連接 低得多，更不要說安裝和維護費用了。
9， 雖然，本發(fā)明系統(tǒng)使用了高度集成的，保密性好，可靠 性和抗干擾能力都非常高的直序擴頻通信模塊，來保證 系統(tǒng)通信的可靠性，但系統(tǒng)平常的運行，并不依賴這個 無線通信系統(tǒng)，只有偶爾需要更改路口交通信號燈工作 模式的時候才使用，短暫使用時， 一般也僅只傳輸有限 數(shù)據(jù)的更改工作模式的指令，因而系統(tǒng)可靠性非常髙。
10， 本發(fā)明系統(tǒng)不僅造價低，不到原有系統(tǒng)的造價的十分之 一，而且安裝，維護管理都十分方便，管理運營成本也 非常低。 一個子控制模塊的生產(chǎn)成本約為200元人民幣 左右， 一個中心控制模塊的的生產(chǎn)成本也不到600元人 民幣，加上安裝施工，運行維護和聯(lián)網(wǎng)等費用的節(jié)約， 每一個交通信號燈路口，可見的直接節(jié)約的費用就可達 好幾萬元。


圖1.控制模塊工作示意圖
圖2.多相位信號燈路口采用無線直接控制方式示意圖
圖3.多相位信號燈路口采用有線連接控制，外部無線網(wǎng)協(xié)調(diào)的工作方式示意圖
圖4.多相位信號燈路口采用有線連接控制，微功率無線通信
協(xié)調(diào)的工作方式示意圖 圖5.信號燈工作模式和運行程序的無線上載示意圖
具體實施例方式
1. 在交通信號燈路口各個方向的信號燈燈桿上，分別安裝 一個使用2.4G免費頻段，抗干擾的控制模塊，例如成都 西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司生產(chǎn)的，戶外使用的功率為 3毫瓦和50毫瓦的，帶有開關(guān)控制電路的WV2436C和 WV2436B模塊，其中WV2436B為具有遠(yuǎn)距離通信能力 的中心控制模塊，兩種模塊都使用金屬防水盒封裝，并 帶有一根4.5厘米長的天線，防水盒可直接固定在燈桿 上的信號燈附近，將每一個信號燈分別與控制模塊對應(yīng) 的信號燈控制接口相連，(必要時，行人交通信號燈也可 單獨使用一個子控制模塊)再將信號燈的驅(qū)動電源與控 制模塊的電源接口相連。每個方向上的信號燈將根據(jù)控 制模塊預(yù)先設(shè)定的工作模式工作，每個方向上信號燈所 需的電源，可以就地取自常規(guī)交流電源，或其它電源， 例如太陽能或風(fēng)力電源等。
2. 中心控制模塊應(yīng)盡可能安裝交通信號燈路口中心，以便 與該路口其它子控制模塊，以及相鄰路口的中心控制模 塊通信。中心控制模塊同時還安裝有一個GPRS移動終端模塊，利用它，城市交通控制中心便可直接下達每一 個路口的工作模式選擇指令，直接指揮各個路口信號燈 的運行。
3. 將現(xiàn)有可能需要的所有的交通信號燈工作模式進行編 號，并存入計算機中，(也可直接使用各道口機廠家用于 對道口機進行程序上載的手持上載器)，將這個計算機或 上載器通過RS232接口，或USB接口，與一個不帶開 關(guān)控制電路的WV2436C無線通信模塊相連，為了彼此 之間能夠相互通信，我們這里所使用的WV2436C與 WV2436B都將使用一個相同的通信信道，和一個預(yù)先編 制好的通信協(xié)議，包括控制中心和執(zhí)勤交警指令編號以 及授權(quán)密碼等。
4. 將預(yù)先編制好的帶有編號的各種交通信號燈工作模式和 運行程序，通過便攜式計算機，利用無線的方式，上載 到已經(jīng)安裝好的各個方向上的控制模塊中，控制模塊在 收到所有上載程序后，將返還給計算機一個確認(rèn)信息。
5. 工作模式和運行程序上載完成后，交通控制中心即可通 過手持無線控制器，或其他有線或無線的方式，下達選 用哪種具體工作模式的指令，系統(tǒng)便可開始工作了。
6. 本方案施工十分快捷簡便，造價也十分低廉，WV2436C 模塊的成本造價不超過200元人民幣， 一個WV2436B 模塊的成本造價也不超過600元人民幣。本方案不僅不需要昂貴的道口機，煩瑣的電纜鋪設(shè)和維護，而且，也 不需要預(yù)埋昂貴的光纖或通信電纜，就可以輕而易舉的 實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。
權(quán)利要求
1.用于城市交通信號燈路口的無線交通信號燈控制系統(tǒng)，其特征在于它是由一個或一組，分別與同一路口不同方向上的信號燈直接相連接的，交通信號燈控制模塊所組成；當(dāng)系統(tǒng)由一組分別安裝在不同方向上的多個控制模塊所組成時，它們彼此之間通過無線通信的方式進行協(xié)調(diào)，共同負(fù)責(zé)指揮同一個路口所有交通信號燈，協(xié)調(diào)一致的工作；系統(tǒng)中所有控制模塊都有自己的無線地址編碼，每一個控制模塊都是由一個無線收發(fā)模塊，和對應(yīng)的信號燈開關(guān)控制電路所組成；每一個控制模塊通過有線的方式，與受它控制的一個或多個交通信號燈直接相連，并直接開啟或關(guān)閉受它控制的這一個或多個交通信號燈的開關(guān)；在每一個路口的所有控制模塊中，至少有一個控制模塊，儲存有控制交通信號燈運行所需的各種工作模式和運行程序；系統(tǒng)控制模塊中的無線收發(fā)模塊，通常是由一個高度集成的，抗干擾能力強的微功率無線單芯片收發(fā)機制成，它也可以是其它外部無線網(wǎng)的一個通信終端模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線交通信號燈控制系統(tǒng)，其特征在于: 當(dāng)一個路口只設(shè)置一組信號燈時，系統(tǒng)就只需要一個與這組信號燈直接相連的控制模塊，此時，這個控制模塊儲存有該路口所需的， 各種交通信號燈工作模式和運行程序；這個控制模塊的功能，與現(xiàn)有 信號燈路口的道口機一樣，只不過它可以使用無線的方式，與城市交 通控制中心相連，并可以使用無線的方式，來進行工作模式和運行程 序的上載，運行指令的選擇和變更，以及時鐘效正等工作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線交通信號燈控制系統(tǒng),其特征在于 當(dāng)同一路口的交通信號燈控制系統(tǒng)，是由多個控制模塊所組成，同一 路口所有控制模塊之間，通過無線的方式所進行工作同步的協(xié)調(diào)，僅 僅是指所有控制模塊必須要使用同一個時鐘標(biāo)準(zhǔn)計時，使用同一種工 作模式運行的協(xié)調(diào)，這種協(xié)調(diào)工作，既可以通過微功率無線通信來實 現(xiàn)，也可通過外部無線網(wǎng)來實現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的無線交通信號燈控制系統(tǒng)，其特征 在于當(dāng)同一路口的交通信號燈控制系統(tǒng)，是由多個控制模塊所組成， 系統(tǒng)的運行，只需要利用其中一個儲存有該路口所需的，各種交通信 號燈工作模式和運行程序的中心控制模塊，通過微功率無線通信的方 式，向該路口的其余各子控制模塊，直接發(fā)送每一個信號燈開關(guān)的指 令，各子控制模將根據(jù)所接收到的開啟或關(guān)閉每一個信號燈的具體指 令，來指揮它們各自控制的一個或多個交通信號燈的工作，從而實現(xiàn) 對整個路口交通信號燈的控制管理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的無線交通信號燈控制系統(tǒng)，其特征 在于當(dāng)同一路口的交通信號燈控制系統(tǒng),是由多個控制模塊所組成， 同一路口所有控制模塊之間，通過無線的方式所進行工作同步的協(xié)調(diào) 是通過徼功率無線通信來實現(xiàn)時，該路口的中心控制模塊，除通過微 功率無線通信的方式，每隔一定的時間，向同一路口的其它子控制模 塊，發(fā)送時鐘同步的信號，必要時包括工作模式校對信號外，中心控 制模塊不需要發(fā)送，具體開啟和關(guān)閉每一個信號燈指令的信號；各子控制模塊，只需要在自身已經(jīng)儲存的所有工作模式中，按照預(yù)先設(shè)定的，該路口所有其它控制模塊共同使用的同一工作模式，來直接指揮 受它控制的交通信號燈的開關(guān)，此時，整個系統(tǒng)的正常運行并不依賴 于無線通信。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2， 3， 4或5所述的無線交通信號燈控制系 統(tǒng)，其特征在于儲存在系統(tǒng)所有控制模塊中的交通信號燈工作模式 和運行程序，是在現(xiàn)場使用無線工作模式和運行程序上載器，或便攜 式計算機，利用微功率無線通信的方式寫入和更改的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1， 2, 3， 4, 5或6所述無線交通信號燈控制系統(tǒng)， 其特征在于每一個交通信號燈路口的交通信號燈控制系統(tǒng)，可以通 過包括Zigbee網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的微功率無線通信方式，或外部無線通信網(wǎng) 絡(luò)的無線連接方式，以及其它有線通信網(wǎng)絡(luò)連接方式，與相鄰路口的 交通信號燈控制系統(tǒng)，以及城市交通控制中心相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l, 2， 3， 4， 5， 6或7所述無線交通信號燈控 制系統(tǒng)，其特征在于每一個路口的所有控制模塊中，至少有一個控 制模塊，帶有一個可使用GPS,移動通信網(wǎng)絡(luò)，或其它手段來進行校 對的時鐘，以與城市交通控制中心的時鐘一致。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l, 3， 5， 6， 7，或8所述無線交通信號燈控制 系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中所有控制模塊都儲存有該路口所需的各種 工作模式和運行程序，同一路口所有控制模塊，只能按照同一個工作 模式和運行程序來工作，具體選擇哪一個工作模式來工作的指令，只 能通過該路口中心控制模塊來下達，以保證同一路口所有控制模塊的 工作協(xié)調(diào)一致；中心控制模塊所要下達的工作模式指令，既可直接來自經(jīng)過授權(quán)的手持無線控制器，也可通過其它有線或無線的通信方 式，發(fā)自城市交通控制中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求l, 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8或9所述的無線交通 信號燈控制系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中所涉及的微功率無線通信，都 是由采用2.4G免費頻段的，髙度集成的微功率單芯片收發(fā)機完成的， 而且，這些微功率單芯片收發(fā)機，釆用了抗干擾能力強的直序擴頻通 信方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及交通信號燈的無線控制。本發(fā)明所要解決的問題，就是針對現(xiàn)有信號燈控制系統(tǒng)不僅體積龐大，造價高，而且安裝，維護和使用非常不方便的缺陷，利用當(dāng)今最新的，具有高度集成度和可靠性的微功率無線通信技術(shù)，提供了一種經(jīng)濟高效，靈活可靠的無線控制系統(tǒng)。本發(fā)明用分散安裝在同一路口不同方向上的，多個直接與信號燈相連接的，高度集成的信號燈控制模塊，來代替對整個路口信號燈進行集中控制的道口機，并通過無線的方式，將這些分散的控制模塊有機地連接在一起，實現(xiàn)協(xié)調(diào)一致地工作。它不僅極大地降低了系統(tǒng)的建設(shè)成本和維護成本，方便了安裝和使用，而且它還將大大地提高整個城市交通管理的水平。
文檔編號G05B19/418GK101290714SQ20071004887
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者廖應(yīng)成 申請人:成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司