專利名稱：多協議交通信號控制機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種交通信號控制領域，特別是涉及一種與上位機的通信協議不 僅已有多種可選，而且易于擴充定制的多協議交通信號控制機。
背景技術：
在道路交通的智能控制系統中，路口交通信號控制機(簡稱信號機)是非常關鍵 的設備。目前國內各城市采用的交通信號控制系統(包括國外進口和國內自制系統)，信號 機和上位機(控制中心軟件)間的通信普遍使用企業各自的私有協議，對外不開放，相互之 間難以替用，其它廠商很難在系統擴容和更新中獲得參與競爭的機會。這就形成相對的封 閉和壟斷格局，極大加重了系統的維護、更新和續建成本，同時也使系統的生命周期維系于 承建公司的興衰，加大了系統的安全風險。為了實現各種信號機的通用化，打破城市交通控制系統中的封閉局面，國家質檢 總局和國家標準化管理委員會于2007年7月聯合頒布了《交通信號控制機與上位機間的數 據通信協議》的國家標準(編號GB/T 20999-2007)，并規定從2008年1月1日開始實施。 這一開放式標準與現存許多私有協議差異極大，難以兼容，加以標準本身也需要一個完善 的過程，因而目前還極少得到信號機廠家的響應和實現。另一方面，城市交通信號控制系統 投資巨大，建成后又處于連續運行狀態，大量已建和在建的系統短期內不可能推倒重來，因 而新標準的推行面臨一系列難題。在交通信號控制系統中推行符合國家標準的通信協議是行業發展的必然趨勢，只 是實現這一目標的過程同時需要保護原有系統龐大的投資，因而標準的推行不可能一蹴而 就，需要經歷漫長的過程逐步過渡。這就迫切需要尋求一種適應市場需求，能夠實現平穩過 渡的解決方案。

實用新型內容本實用新型的目的在于推出一種多協議信號控制機，為現有交通信號控制系統推 行標準化通信協議提供平穩過渡的解決方案。為實現上述目的，本實用新型的技術解決方案是本實用新型是一種多協議交通信號控制機，它主要由電源板、主板、檢測器板、檢 測器接口板和多塊燈控板組成；所述的主板采用ARM為核心的控制電路，電源板、檢測器 板、檢測器接口板和多塊燈控板都由單片機構成智能電路通過串行總線與主板連接，單片 機不僅與主板上的ARM通信，接受和執行主板的指令、反饋狀態給主板且對本電路的事件、 狀態進行檢測。所述的主板上的主CPU采用工業級嵌入式ARM微處理器，內置的TCP/IP協議，其 外圍電路主要由電源管理模塊、時鐘模塊、閃存FLASH、隨機存儲器RAM ；外部設備包括通信 接口、顯示接口、鍵盤接口、輸入接口板和輸出接口板。采用上述方案后，本實用新型具有以下優點[0010](1)由于本實用新型的協議集中遵從GB/T 20999-2007國家標準的通信協議棧與 其它各種通信協議棧始終并存，因而一旦時機成熟，比如所在交通信號控制系統所用信號 機已經逐步更新為所述多協議信號機，所用控制中心軟件也已升級支持GB/T 20999-2007 協議，則該系統的通信協議轉瞬可以切換為符合國家標準的通信協議。從此可使系統走上 開放型的良性發展道路，避免封閉型系統在經濟、技術、安全等方面受制于特定公司導致的 種種弊端。而在此之前，由于逐步替換的多協議信號機運行的是系統原有通信協議，分期替 換過程并不影響控制系統的正常運行，從而真正實現了預期中的平穩過渡。(2)傳統采用單一通信協議的信號機適用面較窄，市場容量有限。即使采用符合國 家標準的通信協議，由于目前該標準的大規模推廣應用條件尚不具備，因而短期內尚難以 為市場廣泛接受。本實用新型所述多協議信號機內置多種市面上流行信號機的通信協議， 并且具備很強的定制擴展能力，因而其對交通信號控制系統的適用面很廣，市場前景明朗。(3)采用開放型的通信協議使用戶在信號機選擇上擁有足夠的自由度，易于實現 信號機產品的技術更新和性能提升。另外，由于采用國家標準的通信協議，其版本更新是融 合社會的普遍反饋、專家的細致探討和實踐的反復檢驗形成的，因而比起封閉的私有協議 有著更高的先進性、合理性和認同度，有利于國內交通信號控制系統整體技術水平的提升， 同時也降低了技術升級的難度和成本。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明。
圖1為交通信號控制系統結構示意圖；圖2為多協議軟件結構框圖；圖3為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
如圖3所示，本實用新型是一種多協議交通信號控制機，它主要由電源板1、主板 2、檢測器板3、檢測器接口板4和多塊燈控板5組成。所述的主板2采用ARM為核心的控制電路，電源板1、檢測器板3、檢測器接口板4 和多塊燈控板5都由單片機構成智能電路通過串行總線6與主板2連接，單片機不僅與主 板2上的ARM通信，接受和執行主板的指令、反饋狀態給主板，而且對本電路的事件、狀態進 行檢測。所述的主板2上的主CPU采用工業級嵌入式ARM (Advanced RISCMachines)微處 理器，作為系統硬件的核心；外圍電路主要由電源管理模塊、時鐘模塊、閃存FLASH、隨機存 儲器RAM組成。外部設備包括通信接口(RS232數據終端設備接口和以太網口 )、顯示接口、 鍵盤接口、輸入接口板(接收路口各車道車流探測器數據)和輸出接口板(控制路口各方 向信號燈的狀態)。外部設備各控制模塊采用單片機結構組成多機系統。如圖1所示，交通信號控制系統主要由前端10的信號燈101、車輛檢測器102、信 號控制機103，后臺的中心監控子系統20，連接前端10與后臺中心監控子系統20的通信子 系統30組成。信號機是道路交通管理的關鍵設備。智能交通信號控制系統的主要控制方法包括單點定周期多時段多相位信號協調控制(時鐘調用預設方案)、車輛感應實時自適應協 調控制(根據車流實時調整周期、綠信比，增加有效綠燈時間)、特殊用戶優先干線協調控 制(協調周期、相位差，照顧行人、公交車、特種車)、綠波協調控制(協調相位差以便讓在干 線某個方向上按規定速度行馳的車輛可以一路綠燈)、實時自適應區域控制(交通流仿真、 優化效益指標、根據控制策略均衡區域交通流)等。控制中心軟件根據信號機上傳的車流 數據，經過優化計算后給信號機下達控制指令。通信協議規定了信號機與上位機通信的數據格式和傳輸機制，保證了數據傳輸的 可靠性和完整性。多協議通信的軟件結構如圖2所示。軟件給出專有通信模塊用于多協議 的解析及協議間的轉換、并完成各協議的通信處理。數據通信通過消息處理機制完成；信號 機的狀態及工作參數統一映射到工作參數區，信號運行控制程序從工作參數區讀取數據和 反饋狀態，信號運行控制程序與通信協議無關，其控制受消息處理程序控制。國內信號機的處理器大多分為兩類一類采用8/16位單片機作為處理器。這類信 號機交通控制功能簡單，不能支撐復雜的通信協議，不適合作為多協議信號機的支撐平臺。 其以RS 232+Modem或RS485為通訊方式，通信手段單一，長距離傳輸不可靠。另一類則是 基于工控機或PC104，功能雖然強大，但由于工控機或PC104都是按通用計算機標準設計， 并非專門針對信號機應用設計，該類信號機硬件結構復雜且許多功能并不需要，成本較高。本實用新型采用嵌入式系統構成信號機的處理器。嵌入式系統與通用型計算機的 最大不同就在于它是為特定應用設計的，軟硬件可裁剪。它通常具有功耗低、體積小、集成 度高等特點，能夠把通用計算機中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于系 統趨于小型化，增強移動能力，耦合網絡功能。嵌入式系統的這種特點正好適用于對功能、 可靠性、成本、體積、功耗有著嚴格要求的多協議信號機。本實用新型選擇基于ARM核的32 位嵌入式RISC處理器來完成多協議信號機控制板的硬件設計，以達到使信號機在交通系 統中成為收集與處理交通流量數據、通信聯網以及區域協調控制平臺的設計目標。本實用新型的操作系統采用內核經過裁剪、消除冗余的嵌入式Linux操作系統。 嵌入式Linux對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時 間，從而使內部的代碼和內核的執行時間減少到最低限度。嵌入式Linux在系統實時高效 性、硬件的相關依賴性、軟件固態化以及應用的專用性等方面的特點適應了信號實時控制 的需求。其內置的TCP/IP協議棧簡化了多協議信號機通信軟件的設計。嵌入式系統的程序 都固化在Flash ROM上，為了設計一個滿足功能、性能和時限要求的代碼并寫進Flash ROM 中。需要專門的開發平臺進行交叉開發。通信軟件的的開發采用GNU C++/C。軟件設計采用規范的軟構件技術。構件 (component)是可復用的軟件組成成份，具有相對獨立的功能和可復用價值。構件分為構 件類和構件實例，通過給出構件類的參數，生成實例，通過實例的組裝和控制來構造相應的 應用軟件。信號機內嵌的通信軟件采用分層結構，包含設備驅動層、通信傳輸層和應用邏輯 層。恰當的為軟件分層，將會提高軟件的可伸縮性、可維護性、可重用性和可管理性。由于通 信軟件采用分層結構和軟技術開發，因而通過模塊式組件的選用、實例化和組合，信號機與 上位機的通信協議可以在給定協議集中自由選擇，也可以方便地往協議集追加新的協議。
權利要求1.一種多協議交通信號控制機，其特征在于它主要由電源板、主板、檢測器板、檢測 器接口板和多塊燈控板組成；所述的主板采用ARM為核心的控制電路，電源板、檢測器板、 檢測器接口板和多塊燈控板都由單片機構成智能電路通過串行總線與主板連接，單片機不 僅與主板上的ARM通信，接受和執行主板的指令、反饋狀態給主板且對本電路的事件、狀態 進行檢測。
2.根據權利要求1所述的多協議交通信號控制機，其特征在于所述的主板上的主CPU 采用工業級嵌入式ARM微處理器，內置的TCP/IP協議，其外圍電路主要由電源管理模塊、時 鐘模塊、閃存FLASH、隨機存儲器RAM ；外部設備包括通信接口、顯示接口、鍵盤接口、輸入接 口板和輸出接口板。
專利摘要本實用新型公開了一種多協議交通信號控制機，它主要由電源板、主板、檢測器板、檢測器接口板和多塊燈控板組成；所述的主板采用ARM為核心的控制電路，電源板、檢測器板、檢測器接口板和多塊燈控板都由單片機構成智能電路通過串行總線與主板連接，單片機不僅與主板上的ARM通信，接受和執行主板的指令、反饋狀態給主板且對本電路的事件、狀態進行檢測。由于本實用新型的協議集中遵從GB/T 20999-2007國家標準的通信協議棧與其它各種通信協議棧始終并存，為現有交通信號控制系統推行標準化通信協議提供平穩過渡的解決方案。
文檔編號G08G1/07GK201845437SQ20102028754
公開日2011年5月25日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者張標光, 李志忠, 洪笑梅, 陳宗仁, 馬海陽 申請人:廈門市成利吉智能交通科技有限公司