专利名称：交通信号控制一体化实验教学装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及城市交通信号控制，尤其是一种交通信号控制一体化实验教学装置。
背景技术：
随着计算机技术、控制技术和通信技术在交通运输领域的综合运用，交通信息与控制工程 己成为交通工程专业的主要发展方向之一。社会对交通信息与控制方面技术人才的需求也不 断增强。《交通管理与控制》作为交通运输工程专业的专业基础必修课之一，主要培养学生掌 握交通控制和管理的基本原理，并能够进行区域和城市交通控制系统的开发和设计、制定交 通管理措施、进行交通仿真的实践能力。
目前，用于《交通管理与控制》的课程实验教学设备多为实际工程用的交通信号机与信号 灯，不适合用于实验教学与实验室建设。学生只能通过工程用交通信号机学习交通控制方案 的输入、信号控制机接线与信号灯的控制等，缺少对学生进行交通控制原理、交通信号控制 方案设计、控制方案分析评价、交通信号控制系统模块设计能力等方面的实践培训，只能提 供感性认识，大大降低了实验效果，从而不能达到《交通管理与控制》的课程实践教学目的。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对交通管理与控制的实验教学需要，设计开发了交通信号控制一体 化实验教学装置，以方便交通运输工程专业交通管理与控制方面的实践教学。
本实用新型交通信号控制一体化实验教学装置由嵌入式控制中心、工作直流电源、功能操 作选择按钮、信号控制方案串行通讯接口、信号控制方案网络通讯接口、功能操作LCD显示 屏、交通信号控制模拟演示、交通信号协调控制级联输出接口、弱电驱动强电输出接口和计 算机组成，嵌入式控制中心分别与工作电源、功能操作选择按钮、信号控制方案串行通讯接 口、信号控制方案网络通讯接口、功能操作LCD显示屏、交通信号控制模拟演示、交通信号 协调控制级联输出接口和弱电驱动强电输出接口连接，信号控制方案网络通讯接口和信号控 制方案串行通讯接口与计算机连接。
所述的嵌入式控制中心为交通信号控制一体化实验教学装置的控制处理器件，选用主嵌入 式CPU为S3C44B0X，系统工作频率最高为60MHz，外围扩展16M SDRAM内存和2M FLASH,系 统移植ucLimix操作系统，通过代码编写实现主要功能为保存信号控制实验教学预案、接 受信号控制方案并对交通信号控制模拟演示模块进行显示控制、接受功能操作按钮的功能设 置与选择、控制LCD显示屏显示提醒操作用户、交通信号协调级联控制输出、外围信号灯的 驱动控制。
所述工作直流电源为实用新型装置的外接9V直流电源，为装置工作供电。 所述功能操作选择按钮由16个按钮组成，分别与嵌入式CPU的10接口引脚相连。16个 按钮依次从KEYO到KEY15进行数字编号，工作中根据LCD显示屏提示要求选择相应的工作按钮。
所述信号控制方案串行通讯接口可使用户通过计算机将交叉口信号控制方案通过串口通 信的方式下发到嵌入式控制中心。
所述信号控制方案网络通讯接口可使用户通过计算机将交叉口信号控制方案通过网络接 口通信的方式下发到嵌入式控制中心。
所述功能操作LCD显示屏主要提示用户操作操作流程与操作方法。
所述交通信号控制模拟演示显示为标准十字交叉口信号控制形式，每进口分别有三组(含 红、黄、绿三个发光二极管)模拟机动车信号灯、1组(含红、黄、绿三个发光二极管)模 拟非机动车信号灯、2组(含红、绿二个发光二极管)模拟人行信号灯和1组双位LED数码 显示管模拟倒计时显示牌构成；模拟信号灯组与倒计时牌能根据信号控制方案进行模拟运行 演示。显示实用新型装置的工作控制方式和信号灯配时设置时间。
所述交通信号协调控制级联控制接口可为本实用新型装置进行多交叉口交通信号协调控 制提供通讯通道，嵌入式控制中心对交通信号灯控制采用数据串型移位技术，实现多交叉口 的级联协调控制。
所述弱电驱动强电输出接口可控制交通信号控制模拟演示路数相同的外部220V、 50HZ交 流电工作的交通控制信号灯。
本实用新型装置可对交通运输工程专业的学生进行交通信号控制方案的实验实践教学，教 学实验项目有城市交通管理方案设计、交通信号控制方案设计、交通信号控制机的设计与使 用、交通信号协调控制、交通信控方案仿真与分析评价等。
本装置的工作过程是通电工作后，功能操作LCD显示屏会提示学生用户选择预案演示或 输入学生用户实验信控方案。装置的嵌入式控制中心预先保存10套不同交通条件下的交通信 号控制方案，用户通过功能操作选择按钮选择指定预案后，嵌入式控制中心将控制交通信号 控制模拟演示模块进行交通信号的运行过程模拟演示。学生用户选择输入实验信控方案后， 功能操作LCD显示屏会提示用户选择网络接口输入与串口输入模式，用户确认选择输入模式 后，嵌入式控制中心可与保存实验信控方案的计算机进行通信接受信控方案，嵌入式控制中 心收到完整信控方案后控制交通信号控制模拟演示模块进行交通信号的运行过程模拟演示。
本实用新型的有益效果是 (1)可方便用于交通运输专业学生进行交通信号控制实践教学，并可为学生进行交通信 号控制的模拟演示与工程实训。
学生在学习交通调查分析、交通控制渠化方案设计、信号控制方案设计等基础理论的基础 上，依托本实用新型装置可完成城市交通管理方案设计、交通信号控制方案设计、交通信号 控制机的设计与使用、交通信号协调控制、交通信控方案仿真与分析等实践教学项目。
本实用新型的交通信号控制一体化实验教学装置，嵌入式控制中心主CPU采用S3C44B0X 嵌入式芯片，数据处理能力强，系统工作频率最高为60MHz，且I/O 口丰富；本实用新型装置中外围扩展了 16M SDRAM内存和2M FLASH,可以保存信号控制预案，方便老师与学生进行 信号控制方案的控制过程演示；同时学生可利用本实用新型装置的功能操作选择按钮、信号 控制方案串行通讯接口、信号控制方案网络通讯接口进行实验信号控制方案的输入与控制， 并通过本实用新型装置的交通信号控制模拟演示模块进行信号控制过程的模拟演示；从而可 对学生进行信号控制过程的工程实训。
学生可利用交通信号协调控制级联控制接口进行多交叉口的交通信号协调控制模拟演示； 利用弱电驱动强电输出接口控律l拼部信号灯进行交叉口信号控制的工程训练。本实用新型装 置功能操作LCD显示屏可实时为学生用户提供操作提示与帮助。
嵌入式控制中心系统移植了 ucLinux操作系统，可方便用户利用功能操作选择按钮进行功 能操作，同时也为功能操作LCD显示屏的帮助操作提示提供了便利。
(2) 装置的便携性。
本实用新型的交通信号控制一体化实验教学装置，电源采用9V直流稳压电源，整体面板 尺寸为364*265mm，并装置在便携式试验箱中，方便了装置的搬运、存放与使用。
(3) 装置工作的可靠性。 本实用新型的交通信号控制一体化实验教学装置，采用了外置直流稳压电源，减免了电源
工作故障率；采用成熟的嵌入式CPU，提高了装置工作的可靠性；发光二极管来模拟交通信
号灯，提高了模拟信号灯的工作寿命和工作可靠度。
图1为本实用新型实验教学装置结构框架图2为本实用新型实验教学装置可完成的实验内容及其之间的流程关系图； 图3为本实用新型实验教学装置平面布局与工作流程示意图。
图中l.嵌入式控制中心2.工作直流电源3.功能操作选择按钮4.信号控制方案串行 通讯接口 5.信号控制方案网络通讯接口 6.功能操作LCD显示屏7.交通信号控制模拟演 示7-1.人行道7-2.交通信号倒计时LED 7-3.左转红绿灯7-4.直行红绿灯7-5.右转 红绿灯7-6.非机动车红绿灯7-7.人行道红绿灯8.交通信号协调控制级联输出接口 9. 弱电驱动强电输出接口 10.跳线11.电源指示12.电源开关13.网络测试点14.网络 芯片15.复位按键16.电池具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本实用新型。
参照图1 图3， 一种交通信号控制一体化实验教学装置由嵌入式控制中心1、工作直流 电源2、功能操作选择按钮3、信号控制方案串行通讯接口 4、信号控制方案网络通讯接口 5、 功能操作LCD显示屏6、交通信号控制模拟演示7、交通信号协调控制级联输出接口8、弱电 驱动强电输出接口 9和计算机组成，其结构为嵌入式控制中心1分别与工作直流电源2、 功能操作选择按钮3、信号控制方案串行通讯接口4、信号控制方案网络通讯接口 5、功能操
5作LCD显示屏6、交通信号控制模拟演示7、交通信号协调控制级联输出接口 8和弱电驱动强 电输出接口 9连接，信号控制方案网络通讯接口 5和信号控制方案串行通讯接口 4与计算机 连接。本装置封装在铝合金箱体内，电路上面安装一块有机玻璃板，长宽与印制电路板相同。 控制装置各部分元器件的选择
嵌入式控制中心1模块CPU选用三星生产的S3C44B0X芯片，扩展2M FLASH和16MSDRAM， FLASH的型号为SST39VF160， SDRAM的型号为HY57V641620HC。
功能操作选择按钮3选用通用的四脚封装按钮，采用4*4矩阵电路，由S3C44B0XDE GPC0 GPC7引脚控制。
工作晶振晶振频率为10MHz。
复位电路采用MAX811复位电路，按复位按键15完成复位。
LED计时显示数码管7-2由共阴极的7段LED数码显示管组成，共8个，分别由74HC595 控制。
信号灯组左转红绿灯7-3、直行红绿灯7-4、右转红绿灯7-5、非机动车红绿灯7-6和人 行道红绿灯7-7由4组红、黄、绿LED信号灯组成。每组16个，指示机动车和非机动车左转、 直行、右转状态及人行道7- 1状态。LED信号灯由74HC595控制。
电压转换器主要由三端稳压集成电路7805器件，LM1117-5， LM1117-33， LM1117-25来实 现，分别产生5V， 3.3V， 2.5V电压，电源开关12实现电源供电的开、关，电源指示11反映 电源开关状态。
功能操作LCD显示屏6选用TG12864单色字符显示模块，由S3C44B0X的LCD驱动引脚控制。
串口电路采用MAX232EWE芯片，串口接口为DB9针式插座。
网络电路采用RTL8019网络芯片14，通过网络测试点13进行网络信号的测试，网络接口 为RJ45接口，由跳线10禁止或使能网络接口的使用。
交通信号协调控制级联输出接口 8采用IDC10双排针插座，通过74HC595控制实现级联。 电池16保证系统时间的不间断性。
权利要求1、一种交通信号控制一体化实验教学装置，其特征是它由嵌入式控制中心(1)、工作直流电源(2)、功能操作选择按钮(3)、信号控制方案串行通讯接口、信号控制方案网络通讯接口、功能操作LCD显示屏(6)、交通信号控制模拟演示(7)、交通信号协调控制级联输出接口(8)、弱电驱动强电输出接口(9)和计算机组成，嵌入式控制中心(1)分别与工作电源(2)、功能操作选择按钮(3)、信号控制方案串行通讯接口(4)、信号控制方案网络通讯接口(5)、功能操作LCD显示屏(6)、交通信号控制模拟演示(7)、交通信号协调控制级联输出接口(8)和弱电驱动强电输出接口(9)连接，信号控制方案网络通讯接口和信号控制方案串行通讯接口与计算机连接。
2、 根据权利要求1所述的交通信号控制一体化实验教学装置，其特征是嵌入式控制中 心(1)中的CPU为S3C44B0X芯片，扩展2MFLASH和16MSDRAM， FLASH的型号为SST39VF160， SDRAM的型号为HY57V641620HC。
3、 根据权利要求1所述的交通信号控制一体化实验教学装置，其特征是所述的功能操 作选择按钮(3)为四脚封装按钮，采用4*4矩阵电路，由S3C44B0XDE GPC0 GPC7引脚控 第U,工作晶振晶振频率为10丽z，复位电路采用MAX811复位电路。
4、 根据权利要求1所述的交通信号控制一体化实验教学装置，其特征是所述的功能操 作LED显示屏(6)的LED计时显示数码管(7-2)由共阴极的7段LED数码显示管组成，共 8个，分别有74HC595控制，信号灯组左转红绿灯(7-3)、直行红绿灯(7-4)、右转红绿灯(7-5)、非机动车红绿灯(7-6)和人行道红绿灯(7-7)由4组红、黄、绿LED信号灯组成， 每组16个，指示机动车和非机动车左转、直行、右转状态及人行道状态，LED信号灯由74HC595 控制。
5、 根据权利要求1所述的交通信号控制一体化实验教学装置，其特征是所述的功能操 作LED显示屏(6)选用TG12864单色字符显示模块，由S3C44B0X的LCD驱动引脚控制。
6、 根据权利要求1所述的交通信号控制一体化实验教学装置，其特征是所述的信号控 制方案串行通讯接口 (4)采用MAX232EWE芯片，串口接口为DB9针式插座；网络电路采用 RTL8019芯片，网络接口为RJ45接口；交通信号协调控制级联输出接口 (8)采用IDC10双 排针插座，通过74HC595控制实现级联。
专利摘要本实用新型公开了一种交通信号控制一体化实验教学装置，其特征是嵌入式控制中心分别与工作电源、功能操作选择按钮、信号控制方案串行通讯接口、信号控制方案网络通讯接口、功能操作LCD显示屏、交通信号控制模拟演示、交通信号协调控制级联输出接口和弱电驱动强电输出接口连接，信号控制方案网络通讯接口和信号控制方案串行通讯接口与计算机连接。本实用新型装置可完成城市交通管理方案设计、交通信号控制方案设计、交通信号控制机的设计与使用、交通信号协调控制、交通信控方案仿真与分析等实践教学项目；另外，本装置便于携带，工作可靠性强。
文档编号G09B19/14GK201374128SQ20082011371
公开日2009年12月30日 申请日期2008年12月27日 优先权日2008年12月27日
发明者古天龙, 崔更申, 李文勇, 敏 杨, 童有为, 董荣胜, 陈学武 申请人:桂林电子科技大学