[發明專利]基于FPGA開發模塊的交通信號控制演示箱

在審

• 申請號: 201710122562.7
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106846983A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 譚墍元;鄭國榮;劉小明;冉亮;李建強;黃怡斌
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: G09B19/14
• 分類號: G09B19/14
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司11467
• 代理人: 衛麟

技術領域

本發明屬于智能交通控制與管理相結合的技術領域，涉及一種可編程的多種信號燈控制配時方案的實驗教學裝置，用于交通工程專業相關課程的教學，為學生展示信號機的工作原理，在此基礎上，學生可通過程序的編寫，模擬多種需求下的信號燈配時控制方案。

背景技術

隨著城市交通事業的發展，很多企業和高校都投入到了交通信號控制設備的研發和實驗當中，但是之前的實驗裝置只是信號機外載的一種簡單的展示工具，用戶既不能現場對實驗箱進行編程控制，更換配時方案，而且存在著體積巨大、模擬情況單一、硬件復雜、可擴展性低、系統集成度低等問題，這既給交通信號實驗箱的組裝、系統升級帶來麻煩，增加了成本，也不能直觀的對學生展示信號機的工作原理，更不能針對不同的需求，更換配時方案，因此教學效果不是很理想。由此可見，針對課堂教學實驗需求，設計實驗教學專用的交通信號控制實驗設備是有必要的。

而現有技術中，涉及實驗箱用做信號機的有本申請人早期申請的專利CN201410354935.X，但其只有簡單的信號燈燈組和路口渠化標志，線圈檢測器在外部，只有外接信號機和饋線、線圈檢測器，才會模擬車輛通過的信號，需要通過外接信號機或安裝模擬軟件，來展示封裝好的信號機的控制方案，此實驗箱只是一種便攜式的信號機工作的展示裝置。

為解決現有實驗箱只能用做信號機的展示裝置、教學效果差、價格昂貴、使用者不能隨意改變控制方案的問題，本發明的目的是提供一種在課堂上能夠為學生演示信號機的工作原理，以及根據需求更換配時方案的可編程、便攜式交通信號控制實驗教學設備，該裝置采用FPGA控制模塊，搭載了ARM操作系統，能夠脫離CPU并行執行，簡化了復雜的底層控制操作，比傳統的工控機和外圍接口芯片集成度更高，硬件成本降低，且可帶動更多的輸出端接口，本裝置最多可以使4路口的32組燈組和檢測器組合輸出，系統的擴展性更加靈活；信號機通過以太網接口和PC機相連，可以自由的在Linux環境下進行程序的上傳、編譯、執行，方便使用者開發、在線修改控制程序；實驗箱還可以和數據庫聯接，方便數據的調取和存儲，更換不同的配時方案，實驗裝置的下面板可提供脈沖信號的輸入，搭載線圈檢測器燈板，可根據當前車流量大小，系統自適應控制。這些軟硬件特點能夠使本發明裝置可以提供單、多路口的不同配時方案模擬，本發明裝置集展示、控制于一體。既能滿足高校的學生教學工作，又能提供給相關企業部門多種路口的信號配時控制模擬演示，具有一定的經濟價值。

發明內容

為了實現上述目的，本發明具體采用以下技術方案：交通信號控制演示箱，包括：箱體，用于放置燈板、連接線、電源、以太網線等，所述箱體還包括固定在箱體內的下面板，下面板包括有連接信號燈和檢測器的接口；燈板組件，包括用于模擬交叉口路口信號控制的多種燈板，所述燈板為可拆卸的獨立燈板，多種所述燈板可串聯工作；燈板連接組件，用于固定燈板和所述箱體；顯示模塊，其包括倒計時燈組、指示燈組；以太網接口，用于外接電腦或路由器；所述下面板、顯示模塊均設置在箱體內部；所述燈板正面設置有路口的渠化箭頭、檢測器和信號燈，信號燈包括直行燈、左轉燈、行人燈，用于模擬路口的信號控制狀態；所述燈板還設置有信號燈、行人燈、檢測器接線口；各燈板背面通過磁鐵固定在箱體內；下面板的檢測器接線口用于與燈板檢測器接口相連，當運行程序時，按下相應序號的檢測器控制按鍵，指示燈組亮；箱體與數據庫軟件相連，用于調用儲存各時段交通流數據、配時字段以及多種信號燈的配時方案；所述箱體與燈板內嵌FGPA模塊并搭載高速CPU,支持多組燈組和檢測器的組合輸出。

優選地，還包括活動燈板，其可與下面板連接，用于模擬路口信號控制狀態。

優選地，還包括RS-232接口，用于系統的更新；復位鍵，用于信號機重啟；USB接口，用于文件傳輸、程序上傳。

優選地，還包括燈板存放袋、線纜儲物盒、工具儲物盒。

優選地，還包括單路口信號燈采用如下配時方案：第一個階段，先開始全紅階段，2秒鐘過后，設定的一個相位開始綠燈亮，并綠燈倒計時，其余相位紅燈，紅燈倒計時，當綠燈變黃燈，其余相位更新紅燈時間，再有黃燈變紅，進入第二個階段，循環。

優選地，還包括箱體與數據庫軟件相連后，進行如下感應控制：首先判斷某一階段的運行時間是否到達該階段的最小綠燈時間，如未到達繼續則繼續運行，如到達，則判斷是否有車輛通行需求，如有需求，則給定擴展步長時間，繼續運行該階段同時判斷延長時間是否完成，如未完成繼續運行，若完成則判斷是否到達最大綠燈時間，如達到最大綠燈時間，則進入下一階段。