一种交通信号灯远程监控方法

技术领域

本发明属于交通设施技术领域，尤其涉及一种交通信号灯远程监控方法。

背景技术

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通部门急需解决问题之一，而交通信号灯的正确设计和建设是保证公路和道路交通畅通和安全的基础。因此，信号灯的设计、控制和故障的管理和维修方式显得尤为关键。在交通信号灯方面，关于LED光源的开发已经在如火如荼的进行。国内外有很多示范工程，并且取得了很好的效果。现在LED光源在减少经费支出，降低光污染方法具有很大的优势，同时具有色温好，杂散光少等特点。

然而，当前在LED交通信号灯的实际使用中，仍暴露了一些问题需要解决。例如，缺乏黄灯显示期间的预警信息提供机制，预警信息包括黄灯显示剩余时间以及剩余时间内尚能通行车辆的数量，容易导致车辆驾驶员发生误判，将闯黄灯变为闯红灯，又如，无法进行无线充电，另外，现有的LED交通信号灯的结构仍需要优化，功能仍需要进一步地丰富。

因此，对于远程控制的应用场合，需要一种新的道路交通信号灯设计方案，能够优化现有LED交通信号灯的结构，增加黄灯显示期间的预警信息提供机制和无线充电机制，从而解决了上述问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种交通信号灯远程监控方法。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供一种交通信号灯远程监控方法，包括以下步骤：

步骤一：提供一种可远程监控的道路交通信号灯，所述信号灯位于当前交通路口，包括故障检测设备、频分双工传输接口、LED三色灯设备和行人通行指示灯设备，故障检测设备分别与LED三色灯设备和行人通行指示灯设备连接，用于检测LED三色灯设备或行人通行指示灯设备是否发生故障，频分双工传输接口与故障检测设备连接，用于无线发送故障检测设备的检测结果；

步骤二：运行该信号灯。

所述信号灯包括：

故障检测设备，用于检测所述信号灯在运行时是否出现各种故障，并在发生故障时输出故障对应的故障编号；

频分双工传输接口，与远端的路灯管理服务器建立双向的无线通信链路，还与故障检测设备连接以接收故障编号，并通过无线通信链路将故障编号发送到远端的路灯管理服务器；

电力检测设备，与电源供应设备的电压转换电路连接，用于检测电压转换电路提供的电压是否符合预设电压，当电压转换电路提供的电压低于预设电压时，发出电量不足信号；

定位设备，用于在接收到定位启动信号时，自动寻找附近的LED交通信号灯；

自动通信设备，与定位设备连接，用于在寻找到附近的LED交通信号灯后，向其发送握手信号以建立与其之间的通信链路，并在完成与附近的LED交通信号灯的通信链路建立操作后，发出链路建立完成信号；

自动充电设备，用于在接收到链路建立完成信号时，接收附近的LED交通信号灯对其的无线充电，并在充电完成后替换电源供应设备以进行电力供应；

RS485通信接口，用于实现AVR32芯片与远端中央控制设备之间的RS485通信；

AVR32芯片，分别与电力检测设备、定位设备、自动通信设备、自动充电设备和RS485通信接口连接，用于在接收到电量不足信号后，启动定位设备、自动通信设备和自动充电设备，将电量不足信号通过RS485通信接口发送给远端中央控制设备，并将定位启动信号发送给定位设备，还用于在接收到链路建立完成信号后，通过RS485通信接口向远端中央控制设备发送无线充电启动信号，以启动定位设备寻找到的附近的LED交通信号灯的无线充电操作；

车辆通行时间检测设备，用于检测并输出车辆通过当前交通路口所需的平均时间，包括：

计时单元，用于提供并输出计时信号；

超声波发送单元，位于当前交通路口的正上方，用于向当前交通路口地面发射超声波信号；

超声波接收单元，与超声波发送单元一起位于当前交通路口的正上方，用于接收反射的超声波信号；

检测控制单元，分别与计时单元、目标识别单元、超声波发送单元和超声波接收单元连接，用于基于发射超声波信号和接收反射的超声波信号之间的时间间隔是否发生变化，确定是否发出目标存在信号，还用于基于每一辆通过当前交通路口的车辆的通行时间确定车辆通过当前交通路口所需的平均时间；

目标识别单元，位于当前交通路口的正上方并位于超声波发送单元之后，距离超声波发送单元的径向长度为10毫米，分别与检测控制单元和计时单元连接，用于在接收到目标存在信号后，基于图像识别方式确定通过当前交通路口的目标是否为车辆，以将车辆目标信号或非车辆目标信号发送给检测控制单元，同时计算车辆车头经过当前交通路口预设基线和车辆车尾经过当前交通路口预设基线之间的时间间隔，以作为车辆的通行时间发送给检测控制单元，其中，当前交通路口预设基线在当前交通路口地面上，径向位置在目标识别单元之后，距离目标识别单元的径向长度为30毫米；

剩余通行车辆数量指示设备，用于与车辆通行时间检测设备连接以接收车辆通过当前交通路口所需的平均时间，与黄灯倒计时指示设备连接以接收其输出的倒计时时间，并基于车辆通过当前交通路口所需的平均时间和倒计时时间确定黄LED主灯或黄LED辅灯在关闭前还能够通行的车辆数量以作为剩余通行车辆数量显示和输出；

LED三色灯设备，包括红LED主灯、黄LED主灯、绿LED主灯、红LED辅灯、黄LED辅灯和绿LED辅灯，红LED辅灯、黄LED辅灯和绿LED辅灯分别作为红LED主灯、黄LED主灯和绿LED主灯的替换灯，以在相应主灯发生故障时替换相应主灯进行显示或关闭操作；

黄灯倒计时指示设备，用于在LED三色灯设备中的黄LED主灯或黄LED辅灯显示时，触发对黄LED主灯或黄LED辅灯的显示倒计时操作，并显示对应的倒计时时间；

行人通行指示灯设备，包括行人通行允许灯、行人通行切换灯和行人通行禁止灯，行人通行切换灯显示在行人通行允许灯显示前并在行人通行禁止灯关闭后；

信号灯控制设备，分别与LED三色灯设备、黄灯倒计时指示设备和行人通行指示灯设备连接，用于同时控制LED三色灯设备、黄灯倒计时指示设备和行人通行指示灯设备的显示操作；

LCD显示设备，包括LCD显示屏、显示屏驱动单元和RS232串行通信单元，LCD显示屏集成有触摸屏，显示屏驱动单元与LCD显示屏连接，用于驱动LCD显示屏以实现显示操作或接收触摸屏输入操作，串行通信单元分别与显示屏驱动单元和AVR32芯片连接，用于接收显示内容或发送触摸片输入内容；

车流量检测设备，包括有源环形车辆检测单元和RS485通信单元，有源环形车辆检测单元用于对通行于当前交通路口的车辆的车速、车长、车距和车辆密度进行检测，RS485通信单元分别与有源环形车辆检测单元和远端中央控制设备连接，用于将通行于当前交通路口的车辆的车速、车距和车辆密度发送给远端中央控制设备；

电源供应设备，包括市电接入接口、变压整流电路、滤波稳压电路和电压转换电路，市电接入接口用于接收市电电力供应，变压整流电路与市电接入接口连接，用于对接收的市电电力信号依次进行变压操作和整流操作，以获得整流电力信号，滤波稳压电路与变压整流电路连接，用于对整流电力信号依次进行滤波操作和稳压操作，以获得稳压电力信号，电压转换电路与滤波稳压电路连接，用于对稳压电力信号进行电压转换操作，以获得12V、5V或3.3V电压信号；

其中，红LED主灯、黄LED主灯、绿LED主灯、红LED辅灯、黄LED辅灯和绿LED辅灯中每一个LED灯都包括负极引脚、正极引脚、反射帽、LED芯片和环氧树脂透镜，LED芯片分别与负极引脚和正极引脚连接，反射帽设置在LED芯片的下方，环氧树脂透镜为圆形，设置在LED芯片上方并包裹LED芯片，用于保护LED芯片并对LED芯片发出的光线进行聚光。

定位设备包括测距单元和GPS单元。

替换地，检测控制单元的全部操作由MSP430单片机实现。

黄灯倒计时指示设备和剩余通行车辆数量指示设备被集成在一块集成电路板上。

车辆通行时间检测设备被设置在当前交通路口上方的横杆中央位置，LCD显示设备被设置在当前交通路口附近的控制柜内。

本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，针对现有技术无法为车辆驾驶员提供更多辅助信息以及供电无法有效保障的技术问题，在实现远程监控的同时，通过建立黄灯显示倒计时机制、黄灯显示剩余时间和无线充电机制，解决上述技术问题，另外，还对现有的LED交通信号灯的结构和功能进行了优化和完善。

附图说明

图1是本发明的功能结构方框图。

图中：1-故障检测设备，2-频分双工传输接口，3-LED三色灯设备，4-行人通行指示灯设备。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

本发明提供一种交通信号灯远程监控方法，如图1所示，

相比较由白炽灯或金属卤钨灯为发光源的传统交通信号灯来说，LED交通信号灯具有许多优点。

首先，LED交通信号灯可靠性好，寿命长，已经有实践证明，很多LED信号灯的寿命已经大大超过了5年，却没有损坏，另外，LED信号灯还有一个非常突出的优点就是回应时间快，从而能够大大减少在应用中发性交事故的概率。其次，LED交通信号灯具有单色光和发散角的特性，因为LED所散出来的本身就是单色光，所以，在使用中不需要用色片作用去重新生成红、黄、绿等不同颜色，另外，由于LED所散发出来的光是呈现一定的方向性的，具有特定的发散角，所以，在应用中就避免了以往采用非球面的反光镜的做法。最后，LED信号灯具备冷光源、能耗低的优势。

然而现有的LED交通信号灯还存在以下弊端：首先，缺乏黄灯显示倒计时机制和黄灯显示剩余时间能够通行车辆数量的确定机制，无法为车辆驾驶员提供足够多的信息实现预警功能，从而导致车辆驾驶员在做出闯黄灯决定后，事实上发生了闯红灯的违章行为；其次，缺乏无线充电技术，无法为LED交通信号灯的供电提供有力保障；最后，现有的LED交通信号灯结构过于简单，需要增加一些辅助设备以提高其智能化水平。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种可远程监控的道路交通信号灯，能够同时解决上述弊端，为需要的交通信号灯的车辆和行人提供更多的辅助信息，增强交通信号灯的可靠性和智能化水准，使其更好地服务于城市建设。

图1为根据本发明实施方案示出的可远程监控的道路交通信号灯的结构方框图，所述信号灯位于当前交通路口，包括故障检测设备、频分双工传输接口、LED三色灯设备和行人通行指示灯设备，故障检测设备分别与LED三色灯设备和行人通行指示灯设备连接，用于检测LED三色灯设备或行人通行指示灯设备是否发生故障，频分双工传输接口与故障检测设备连接，用于无线发送故障检测设备的检测结果。

接着，继续对本发明的可远程监控的道路交通信号灯的具体结构进行进一步的说明。

所述信号灯包括：故障检测设备，用于检测所述信号灯在运行时是否出现各种故障，并在发生故障时输出故障对应的故障编号。

所述信号灯包括：频分双工传输接口，与远端的路灯管理服务器建立双向的无线通信链路，还与故障检测设备连接以接收故障编号，并通过无线通信链路将故障编号发送到远端的路灯管理服务器。

所述信号灯包括：电力检测设备，与电源供应设备的电压转换电路连接，用于检测电压转换电路提供的电压是否符合预设电压，当电压转换电路提供的电压低于预设电压时，发出电量不足信号。

所述信号灯包括：定位设备，用于在接收到定位启动信号时，自动寻找附近的LED交通信号灯；自动通信设备，与定位设备连接，用于在寻找到附近的LED交通信号灯后，向其发送握手信号以建立与其之间的通信链路，并在完成与附近的LED交通信号灯的通信链路建立操作后，发出链路建立完成信号；自动充电设备，用于在接收到链路建立完成信号时，接收附近的LED交通信号灯对其的无线充电，并在充电完成后替换电源供应设备以进行电力供应。

所述信号灯包括：RS485通信接口，用于实现AVR32芯片与远端中央控制设备之间的RS485通信。

所述信号灯包括：AVR32芯片，分别与电力检测设备、定位设备、自动通信设备、自动充电设备和RS485通信接口连接，用于在接收到电量不足信号后，启动定位设备、自动通信设备和自动充电设备，将电量不足信号通过RS485通信接口发送给远端中央控制设备，并将定位启动信号发送给定位设备，还用于在接收到链路建立完成信号后，通过RS485通信接口向远端中央控制设备发送无线充电启动信号，以启动定位设备寻找到的附近的LED交通信号灯的无线充电操作。

所述信号灯包括：车辆通行时间检测设备，用于检测并输出车辆通过当前交通路口所需的平均时间，包括：计时单元，用于提供并输出计时信号；超声波发送单元，位于当前交通路口的正上方，用于向当前交通路口地面发射超声波信号；超声波接收单元，与超声波发送单元一起位于当前交通路口的正上方，用于接收反射的超声波信号；检测控制单元，分别与计时单元、目标识别单元、超声波发送单元和超声波接收单元连接，用于基于发射超声波信号和接收反射的超声波信号之间的时间间隔是否发生变化，确定是否发出目标存在信号，还用于基于每一辆通过当前交通路口的车辆的通行时间确定车辆通过当前交通路口所需的平均时间；目标识别单元，位于当前交通路口的正上方并位于超声波发送单元之后，距离超声波发送单元的径向长度为10毫米，分别与检测控制单元和计时单元连接，用于在接收到目标存在信号后，基于图像识别方式确定通过当前交通路口的目标是否为车辆，以将车辆目标信号或非车辆目标信号发送给检测控制单元，同时计算车辆车头经过当前交通路口预设基线和车辆车尾经过当前交通路口预设基线之间的时间间隔，以作为车辆的通行时间发送给检测控制单元，其中，当前交通路口预设基线在当前交通路口地面上，径向位置在目标识别单元之后，距离目标识别单元的径向长度为30毫米。

所述信号灯包括：剩余通行车辆数量指示设备，用于与车辆通行时间检测设备连接以接收车辆通过当前交通路口所需的平均时间，与黄灯倒计时指示设备连接以接收其输出的倒计时时间，并基于车辆通过当前交通路口所需的平均时间和倒计时时间确定黄LED主灯或黄LED辅灯在关闭前还能够通行的车辆数量以作为剩余通行车辆数量显示和输出。

所述信号灯包括：LED三色灯设备，包括红LED主灯、黄LED主灯、绿LED主灯、红LED辅灯、黄LED辅灯和绿LED辅灯，红LED辅灯、黄LED辅灯和绿LED辅灯分别作为红LED主灯、黄LED主灯和绿LED主灯的替换灯，以在相应主灯发生故障时替换相应主灯进行显示或关闭操作；黄灯倒计时指示设备，用于在LED三色灯设备中的黄LED主灯或黄LED辅灯显示时，触发对黄LED主灯或黄LED辅灯的显示倒计时操作，并显示对应的倒计时时间；行人通行指示灯设备，包括行人通行允许灯、行人通行切换灯和行人通行禁止灯，行人通行切换灯显示在行人通行允许灯显示前并在行人通行禁止灯关闭后。

所述信号灯包括：信号灯控制设备，分别与LED三色灯设备、黄灯倒计时指示设备和行人通行指示灯设备连接，用于同时控制LED三色灯设备、黄灯倒计时指示设备和行人通行指示灯设备的显示操作；LCD显示设备，包括LCD显示屏、显示屏驱动单元和RS232串行通信单元，LCD显示屏集成有触摸屏，显示屏驱动单元与LCD显示屏连接，用于驱动LCD显示屏以实现显示操作或接收触摸屏输入操作，串行通信单元分别与显示屏驱动单元和AVR32芯片连接，用于接收显示内容或发送触摸片输入内容。

所述信号灯包括：车流量检测设备，包括有源环形车辆检测单元和RS485通信单元，有源环形车辆检测单元用于对通行于当前交通路口的车辆的车速、车长、车距和车辆密度进行检测，RS485通信单元分别与有源环形车辆检测单元和远端中央控制设备连接，用于将通行于当前交通路口的车辆的车速、车距和车辆密度发送给远端中央控制设备。

所述信号灯包括：电源供应设备，包括市电接入接口、变压整流电路、滤波稳压电路和电压转换电路，市电接入接口用于接收市电电力供应，变压整流电路与市电接入接口连接，用于对接收的市电电力信号依次进行变压操作和整流操作，以获得整流电力信号，滤波稳压电路与变压整流电路连接，用于对整流电力信号依次进行滤波操作和稳压操作，以获得稳压电力信号，电压转换电路与滤波稳压电路连接，用于对稳压电力信号进行电压转换操作，以获得12V、5V或3.3V电压信号。

其中，红LED主灯、黄LED主灯、绿LED主灯、红LED辅灯、黄LED辅灯和绿LED辅灯中每一个LED灯都包括负极引脚、正极引脚、反射帽、LED芯片和环氧树脂透镜，LED芯片分别与负极引脚和正极引脚连接，反射帽设置在LED芯片的下方，环氧树脂透镜为圆形，设置在LED芯片上方并包裹LED芯片，用于保护LED芯片并对LED芯片发出的光线进行聚光。

可选地，在所述信号灯中：定位设备包括测距单元和GPS单元；替换地，检测控制单元的全部操作由MSP430单片机实现；黄灯倒计时指示设备和剩余通行车辆数量指示设备被集成在一块集成电路板上；以及可以将车辆通行时间检测设备设置在当前交通路口上方的横杆中央位置，LCD显示设备设置在当前交通路口附近的控制柜内。

另外，LED，即发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。发光二极管的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

采用本发明的可远程监控的道路交通信号灯，针对现有技术无法为车辆驾驶员提供更多辅助信息以及供电无法有效保障的技术问题，在实现远程监控的同时，通过建立黄灯显示倒计时机制、黄灯显示剩余时间和无线充电机制，解决上述技术问题，另外，还对现有的LED交通信号灯的结构和功能进行了优化和完善。