一種基于spi總線控制的信號的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于SPI總線控制的信號機，包括主控模塊和驅動模塊，所述的主控模塊通過SPI總線與驅動模塊相連。所述的主控模塊，用于實現(xiàn)信號燈的黃閃控制、對按鍵觸發(fā)信號的實時監(jiān)測以及控制驅動模塊的運行。所述的驅動模塊，用于實現(xiàn)紅綠信號燈的開關控制以及信號燈狀態(tài)的實時監(jiān)測。所述的主控模塊包括主控CPU、第一SPI芯片、第二SPI芯片、按鍵接口電路和黃燈控制電路。所述的驅動模塊包括第三SPI芯片、第四SPI芯片、紅綠燈控制電路和紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路。由以上技術方案可知，本發(fā)明具備低成本、可適度擴展等特點，能夠滿足當前交通信號控制的一大發(fā)展需求。
【專利說明】—種基于SPI總線控制的信號機

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及道路交通信號控制【技術領域】，具體涉及一種基于SPI總線控制的信號機。
[0002]

【背景技術】
[0003]信號機用于道路交通信號燈的運行控制，保障道路交通的順利通行，是城市交通系統(tǒng)的重要組成部分。當前的信號機主要有兩大類:一類為由單片機直接控制信號燈的低成本單點式信號機，該類型信號機可控制的信號燈路數(shù)受1個數(shù)限制，也無相應的故障檢測管理，無法實現(xiàn)系統(tǒng)故障時的黃閃控制；該類信號機主要應用在部分縣域鄉(xiāng)鎮(zhèn)等信號控制要求不高的區(qū)域，是低成本信號機的發(fā)展基礎。另一類信號機為基于RS485等通信控制的分布式信號機，該類信號機可通過模塊的擴展級聯(lián)實現(xiàn)對更多信號燈的可靠控制，且可實現(xiàn)對信號燈狀態(tài)的實時監(jiān)測，實現(xiàn)在系統(tǒng)故障時模塊的獨立黃閃控制，是大中型城市復雜控制路口信號控制的智能發(fā)展方向，但其控制技術越來越復雜，成本越來越高，無法較好的在中小城市市場中大力推廣。
[0004]因此，隨著智能交通的發(fā)展，以及人們對信號機可靠性要求的提高，單點式信號機越來越滿足不了城鎮(zhèn)等交通路口的發(fā)展需求，而分布式信號機越來越智能化的發(fā)展也無法適應城鎮(zhèn)等低成本信號機的市場應用要求，具備低成本、可適度擴展特點的信號機成為當前交通信號控制的一大發(fā)展需求。
[0005]


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于SPI總線控制的信號機,該信號機具有低成本、可適度擴展等特點，能夠滿足當前交通信號控制的一大發(fā)展需求。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案:
一種基于SPI總線控制的信號機，包括主控模塊和驅動模塊，所述的主控模塊通過SPI總線與驅動模塊相連。
[0008]所述的主控模塊，用于實現(xiàn)信號燈的黃閃控制、對按鍵觸發(fā)信號的實時監(jiān)測以及控制驅動模塊的運行。
[0009]所述的驅動模塊，用于實現(xiàn)紅綠信號燈的開關控制以及信號燈狀態(tài)的實時監(jiān)測。
[0010]進一步的，所述的SPI總線包括2個獨立的第一 SPI總線和第二 SPI總線，可更好的實現(xiàn)每組功能控制的穩(wěn)定可靠性；更易于實現(xiàn)主控模塊對黃燈級聯(lián)個數(shù)及驅動模塊的紅綠燈控制個數(shù)的擴展。
[0011]進一步的，所述的主控模塊包括主控CPU、第一 SPI芯片、第二 SPI芯片、按鍵接口電路和黃燈控制電路。主控CPU通過第一 SPI總線分別與第一 SPI芯片、第二 SPI芯片交互連接。第一 SPI芯片的輸入端與按鍵接口電路的輸出端相連；按鍵接口電路的輸入端接按鍵輸入。第二 SPI芯片的輸出端與黃燈控制電路的輸入端相連；黃燈控制電路的輸出端接黃色信號燈。
[0012]所述的驅動模塊包括第三SPI芯片、第四SPI芯片、紅綠燈控制電路和紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路。第三SPI芯片和第四SPI芯片通過第二 SPI總線與主控CPU交互連接。第三SPI芯片的輸出端與紅綠燈控制電路的輸入端相連；紅綠燈控制電路的輸出端接紅綠信號燈。第四SPI芯片的輸入端與紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路的輸出端相連；紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路的輸入端接紅綠信號燈。
[0013]進一步的，所述的主控模塊還包括以太網(wǎng)接口和RS485總線接口。
[0014]更進一步的，所述的第一 SPI芯片、第二 SPI芯片、第三SPI芯片和第四SPI芯片均采用16位MCP23S17芯片。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明通過采用SPI總線控制芯片，實現(xiàn)了信號機的低成本開發(fā)及應用。利用SPI總線級聯(lián)特點，能夠實現(xiàn)主控模塊對適量驅動模塊的級聯(lián)管理，滿足中小城市等一般路口的信號燈路數(shù)需求。
[0016](2)本發(fā)明通過SPI總線實現(xiàn)了對紅綠信號燈狀態(tài)的監(jiān)控，能夠實時判斷信號燈的故障信息。本發(fā)明通過主控模塊對SPI總線的控制，能夠實現(xiàn)信號燈的獨立黃閃。本發(fā)明通過SPI總線對管制按鍵、人行按鍵的輸入進行實時檢測，能夠實現(xiàn)對多路外部輸入的有效管理。
[0017](3)本發(fā)明主控模塊與驅動模塊之間采用直接線束連接的方式實現(xiàn)，而非分布式信號機多采用的背板連接方式，主控模塊與每個驅動模塊通過3根控制信號線和2個獨立的使能信號線進行連接，可減少采用背板連接時電路板和燈組接插件的成本，降低信號機成本。
[0018]綜上所述，本發(fā)明所述的信號機具有較高的性價比，克服了單點式信號機的燈組控制個數(shù)較少和無法較好的實現(xiàn)故障檢測、無法獨立黃閃控制的缺點，以及分布式信號機成本較高難以推廣應用的不足。該信號機可較好的實現(xiàn)燈組個數(shù)的增加、信號燈狀態(tài)的實時檢測、黃閃控制的獨立控制，且成本較低、安全可靠，可很好的適用快速發(fā)展的中小城市信號機的應用需求。
[0019]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的原理框圖；
圖2是主控模塊內部及SPI連接控制圖；
圖3是驅動模塊內部及SPI連接控制圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
一種基于SPI總線控制的信號機，包括主控模塊和驅動模塊，所述的主控模塊通過SPI總線與驅動模塊相連。SPI總線是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，由主控設備實現(xiàn)對系統(tǒng)的統(tǒng)一控制。所述的主控模塊，用于實現(xiàn)信號燈的黃閃控制、對按鍵觸發(fā)信號的實時監(jiān)測以及控制驅動模塊的運行。所述的驅動模塊，用于實現(xiàn)紅綠信號燈的開關控制以及信號燈狀態(tài)的實時監(jiān)測。一般路口信號燈組數(shù)小于等于16組；本信號機采用具有16個1接口的SPI芯片，每個芯片可實現(xiàn)對16個信號燈或16個按鍵的控制或監(jiān)測。在圖1中，主控模塊通過SPI總線級聯(lián)兩個驅動模塊，實現(xiàn)對16個紅黃綠燈組的管理，通過2組5芯通信線及2根電源線分別連接至兩個驅動模塊。通過增加SPI芯片，主控模塊可增加黃燈控制路數(shù)；通過增加驅動模塊，系統(tǒng)可增加紅綠燈控制路數(shù)。
[0022]進一步的，如圖2所示，所述的主控模塊包括主控CPU、第一 SPI芯片、第二 SPI芯片、按鍵接口電路和黃燈控制電路。主控CPU通過第一 SPI總線分別與第一 SPI芯片、第二SPI芯片交互連接。第一 SPI芯片的輸入端與按鍵接口電路的輸出端相連；按鍵接口電路的輸入端接按鍵輸入。第二 SPI芯片的輸出端與黃燈控制電路的輸入端相連；黃燈控制電路的輸出端接黃色信號燈。
[0023]主控模塊為實現(xiàn)信號控制的核心處理單元，包括第一 SPI總線和第二 SPI總線兩路SPI總線的控制實現(xiàn)。第一 SPI總線，一方面用于連接信號燈的黃閃控制，當系統(tǒng)外部出現(xiàn)故障時，主控CPU通過第一 SPI芯片直接控制信號燈黃閃運行；另一方面用于連接各種外部開關量輸入信號，實現(xiàn)對管制按鍵、人行按鍵等觸發(fā)信號的實時檢測。第二 SPI總線，用于連接驅動模塊，向驅動模塊發(fā)送信號燈的控制方案指令并控制驅動模塊的運行。
[0024]主控CPU通過第一 SPI總線連接按鍵接口電路和黃燈控制電路，需要時鐘SCK、串行數(shù)據(jù)輸入MIS0、串行數(shù)據(jù)輸出MOS1、芯片使能CSl和芯片使能CS2這5根信號線來進行連接。按鍵接口電路有以下三方面的功能:第一，可實現(xiàn)4路管制按鍵(手動控制按鍵、步進控制按鍵、全紅按鍵、黃閃按鍵)輸入的實時狀態(tài)檢測，便于對信號機進行手動管制；第二，可實現(xiàn)4路人行按鍵輸入檢測，便于路口行人過街功能的觸發(fā)；第三，含有8路擴展輸入10，用于特殊功能輸入的信號檢測。由于按鍵接口電路只向主控CPU輸出狀態(tài)信號，因此，第一SPI芯片需要連接時鐘SCK、串行數(shù)據(jù)輸入MISO和芯片使能CSl三根數(shù)據(jù)線。黃燈控制電路，通過第二 SPI芯片來控制16路黃燈的開關管理。由于黃燈控制電路只從主控CPU接收控制指令，因此，第二 SPI芯片需要連接時鐘SCK、串行數(shù)據(jù)輸出MOSI和芯片使能CS2三根數(shù)據(jù)線。
[0025]進一步的，如圖3所示，所述的驅動模塊包括第三SPI芯片、第四SPI芯片、紅綠燈控制電路和紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路。第三SPI芯片和第四SPI芯片通過第二 SPI總線與主控CPU交互連接；第三SPI芯片的輸出端與紅綠燈控制電路的輸入端相連。紅綠燈控制電路的輸出端接紅綠信號燈。第四SPI芯片的輸入端與紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路的輸出端相連。紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路的輸入端接紅綠信號燈。
[0026]驅動模塊通過第二 SPI總線與主控模塊交互連接，用于實現(xiàn)紅綠信號燈的開關控制及紅綠信號燈狀態(tài)的實時監(jiān)測。驅動模塊的紅綠燈控制電路和紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路，采用同一路SPI總線的兩個獨立SPI擴展1芯片(第三SPI芯片和第四SPI芯片)獨立管理。紅綠燈控制電路與第三SPI芯片的1輸出直接相連，并由主控模塊控制。紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路，用于實時監(jiān)測紅綠信號燈的電壓狀態(tài)，并將各輸出信號傳輸?shù)降谒腟PI芯片，再由主控模塊讀取。
[0027]驅動模塊可根據(jù)路口信號燈的數(shù)量進行適量擴展，并級聯(lián)至主控模塊輸出的同一路SPI總線(第二 SPI總線)上。主控模塊通過第二 SPI總線連接各驅動模塊。各驅動模塊可實現(xiàn)8組紅綠信號燈(8個紅燈和8個綠燈)的控制以及信號燈的電壓狀態(tài)監(jiān)測。各驅動模塊的紅綠信號燈控制電路通過交流光耦M0C3063及可控硅BTA10-600控制8個紅燈和8個綠燈的開關，并由一個獨立的SPI芯片驅動所有的交流光耦。由于紅綠燈控制電路只從主控CPU接收輸入控制指令，因此，第三SPI芯片連接時鐘CLK、串行數(shù)據(jù)輸出MOSI和芯片使能CS1三根數(shù)據(jù)線。各驅動模塊的紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路，可檢測8個紅燈和8個綠燈的實時電壓狀態(tài)，各信號燈電壓先通過分壓電路降壓后，再由光耦TLP126轉換為開關量輸出，然后連接至第四SPI芯片的10輸入，最后由主控模塊讀取數(shù)據(jù)。由于紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路只向主控CPU輸出電壓檢測狀態(tài)，因此，第四SPI芯片連接時鐘CLK、串行數(shù)據(jù)輸入MIS0和芯片使能CS2三根數(shù)據(jù)線。
[0028]進一步的，所述的主控模塊還包括以1路以太網(wǎng)接口和1路RS485總線接口。以太網(wǎng)接口，用于信號機的聯(lián)網(wǎng)通信。RS485總線接口，用于連接外部的倒計時模塊以及其它設備。
[0029]更進一步的，所述的第一 SPI芯片、第二 SPI芯片、第三SPI芯片和第四SPI芯片均采用16位MCP23S17芯片。這不僅能夠增加同一個SPI芯片的10管理個數(shù)，還能保持系統(tǒng)中各SPI芯片的統(tǒng)一。
[0030]以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明權利要求書確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于SPI總線控制的信號機，其特征在于:包括主控模塊和驅動模塊，所述的主控模塊通過SPI總線與驅動模塊相連； 所述的主控模塊，用于實現(xiàn)信號燈的黃閃控制、對按鍵觸發(fā)信號的實時監(jiān)測以及控制驅動模塊的運行； 所述的驅動模塊，用于實現(xiàn)紅綠信號燈的開關控制以及信號燈狀態(tài)的實時監(jiān)測。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于SPI總線控制的信號機，其特征在于: 所述的SPI總線包括2個獨立的第一 SPI總線和第二 SPI總線； 所述的主控模塊包括主控CPU、第一 SPI芯片、第二 SPI芯片、按鍵接口電路和黃燈控制電路；主控CPU通過第一 SPI總線分別與第一 SPI芯片、第二 SPI芯片交互連接；第一 SPI芯片的輸入端與按鍵接口電路的輸出端相連；按鍵接口電路的輸入端接按鍵輸入；第二 SPI芯片的輸出端與黃燈控制電路的輸入端相連；黃燈控制電路的輸出端接黃色信號燈； 所述的驅動模塊包括第三SPI芯片、第四SPI芯片、紅綠燈控制電路和紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路?’第三SPI芯片和第四SPI芯片通過第二 SPI總線與主控CPU交互連接?’第三SPI芯片的輸出端與紅綠燈控制電路的輸入端相連；紅綠燈控制電路的輸出端接紅綠信號燈；第四SPI芯片的輸入端與紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路的輸出端相連；紅綠燈狀態(tài)監(jiān)測電路的輸入端接紅綠信號燈。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于SPI總線控制的信號機，其特征在于:所述的主控模塊還包括以太網(wǎng)接口和RS485總線接口。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種基于SPI總線控制的信號機,其特征在于:所述的第一SPI芯片、第二 SPI芯片、第三SPI芯片和第四SPI芯片均采用16位MCP23S17芯片。
【文檔編號】G08G1/07GK104299429SQ201410537055
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權日:2014年10月13日
【發(fā)明者】楊志華, 梁子君, 孫光明, 宣林川, 張博 申請人:安徽科力信息產業(yè)有限責任公司