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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410648257.8(22)申请日 2014.11.14G08G 1/07(2006.01)G08G 1/095(2006.01)H04L 12/24(2006.01)(71)申请人南京蓝泰交通设施有限责任公司地址 210046 江苏省南京市栖霞区尧佳路7号上城风景北苑16栋301(72)发明人吴俊杰 郭鹏飞 刘熙 范文军沈标(74)专利代理机构北京中济纬天专利代理有限公司 11429代理人徐琳淞(54) 发明名称一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统及其工作方法(57) 摘要本发明公开了一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统及其。
2、工作方法，包括信号机、标准交流供电线缆和N个信号灯，N为自然数；所述信号机设有A接口和B接口；所述标准交流供电线缆分别从A接口出发经过全部N个信号灯后回到B接口，B接口和A接口间电力导通，通讯信号隔离，从而形成环状链路；所述环状链路通过信号机接受外部供电。本发明选用了独特的布线方式，环状链路上的所有部件分别从该链路取电工作，这种环状接法，保证了对于每个节点都是双线冗余供电，任意一点发生断线故障，仍能保证系统供电正常，当发生多点断线故障时，也能保证部分设备供电正常；同时基于此供电链路，通过独特的通讯机制和方式，保证每个节点的通讯双线冗余，使得系统可靠性加强，在物理链路出现异常时也能继续工作。(5。
3、1)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图3页(10)申请公布号 CN 104408945 A(43)申请公布日 2015.03.11CN 104408945 A1/1页21.一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统，其特征在于：包括信号机(1)、供电线缆(2)和N个信号灯(3)，N为自然数；所述信号机(1)设有A接口和B接口；所述标准交流供电线缆(2)分别从A接口出发经过全部N个信号灯(3)后回到B接口而形成环状链路；所述环状链路通过信号机(1)接受外部供电。2.根据权利要求1所述的一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统，其特征在。
4、于：所述信号机(1)包括机柜(13)和设置在机柜(13)上的主控单元(11)和辅助单元(12)；所述主控单元(11)包括强电部分(111)和控制与弱电部分(112)；所述强电部分(111)包括电源开关(111-1)和信号隔离器(111-2)；所述环状链路通过电源开关(111-1)接受外部供电；所述信号隔离器(111-2)设置在信号机(1)的A接口和B接口之间。3.根据权利要求2所述的一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统，其特征在于：还包括车检器及其他设备(4)；所述车检器及其他设备(4)设置在环状链路上。4.根据权利要求3所述的一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统，其特征在于：所述信号机(。
5、1)的A接口为主通讯接口，向环状链路上的信号灯(3)和车检器及其他设备(4)传送控制指令，并接收反馈数据；B接口发送心跳数据并监听所有环状链路数据。5.根据权利要求4所述的一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统，其特征在于：所述控制与弱电部分(112)包括显示屏(112-1)、按钮(112-2)及指示灯(112-3)。6.根据权利要求5所述的一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统的工作方法，道路信号系统的通讯采用IP电力线载波通信技术，其特征在于包括以下步骤：步骤一：系统上电，所有设备初始化，信号机(1)启动定时器并读取设备ID列表；步骤二：信号机(1)的A接口和B接口同时发送心跳指令，环状链。
6、路上的所有设备收到心跳指令后，向信号机(1)发送反馈消息；信号机(1)从反馈消息中可以知道发送设备的ID，分别将之存放于A列表和B列表中；步骤三：判断本定时周期是否需要发送控制指令，不需要则返回步骤一，需要则判断指令的目的ID是否在A列表中，若是则通过A接口发送该控制指令；若否，则通过B接口发送该控制指令；步骤四：对比分析A列表和B列表，如果两个列表ID相同，则合并A列表和B列表，并去除重复ID；如果两个列表ID不相同，环状链路故障报警，并保存A列表和B列表数据，然后合并A列表和B列表，并去除重复ID；步骤五：分析设备ID列表中的ID在步骤四合并后的列表中是否存在，若是，则判断本轮定时周期是否。
7、结束，若否则设备故障报警，保存合并后的列表数据；本轮定时周期结束则返回步骤一开始下一个循环；本轮定时周期未结束则等待周期结束后返回步骤一开始下一个循环；其中，设备ID是指道路信号系统中每个设备的唯一ID，系统中的每条消息中均包含发送方ID和接收方ID；设备ID列表指在信号机中人工按安装现场，人工将所有信号灯(3)、车检器及其他设备(4)的ID录入，信号机(1)将之保存备用；A列表、B列表：为临时列表，在信号机(1)中用来分别保存可以通过A接口和B接口进行通讯的设备的ID。权 利 要 求 书CN 104408945 A1/5页3一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统及其工作方法技术领域0001 。
8、本发明涉及一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统及其工作方法。背景技术0002 现有的道路交通信号控制系统主要包含信号机、信号灯和倒计时牌等周边设备，其他可选设备还有：车辆检测器、无线数据收发装置等。0003 在一个标准的交叉十字路口，每个方向一般设置一排左直右；红黄绿共计9(3*3)盏信号灯，4个方向则有36(4*9)盏信号灯，加上4个方向的(4*2)8盏人行灯，则总计有44(36+8)盏灯需要控制。通常，这些信号灯都分别直接同信号机用电缆连接，信号机通过供用或者断开电源的方式对信号灯进行控制，其缺点主要有：0004 1、线缆等原材料成本高：从上述原理来看，每盏信号灯均需要从信号机直接连线，。
9、加之现实中路口线缆的敷设不可能走直线，造成路口线缆需求量极大，据工程实际测算，一般的十字路口需线缆数量在500米(8或者10芯线缆)以上，造价约67000元。0005 2、施工难度大：由于线缆众多，造成路口穿线量大；而由于线头集中在信号机处，接线的时候不仅量大，而且需要找好对应关系，使得接线工作费心费力。0006 3、故障发生率高：基于现有系统的硬件复杂度高、电缆接头多、接线长等固有特点，实际使用中皆是故障易发隐患。0007 同时在实际使用中也发生过线缆因为施工、鼠咬等原因，发生短路、断路等故障。更有甚者，有时还信号串扰，造成交通事故等问题。0008 4、维护、查找问题困难：由于线缆接头多，长。
10、度长，一方面改变布线困难，另一方面排查故障时复杂度高。0009 5、维修成本高：由于线缆多且长，一旦发生故障，成本较高。另外在工程实际实际中往往是一路信号发生故障，由于线缆复用和盘根错节等因素存在，常常需要全部更换，重新布线。不仅对物料的需求多，同时耗费的人力物力多，对路口交通的影响也比较大。0010 为解决上述问题，人们还开发了基于无线通讯的信号系统，但由于无线信号干扰的随机性和复杂性，在道路信号控制这种要求高度安全可靠和高度实时的场合中难以应用。发明内容0011 本发明的第一个目的是提供一种安全可靠、节约物料、施工简便、故障率低的基于载波通讯的总线式的道路信号系统。0012 实现本发明第一。
11、个目的的技术方案是一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统，包括信号机、供电线缆和N个信号灯，N为自然数；所述信号机设有A接口和B接口；所述标准交流供电线缆分别从A接口出发经过全部N个信号灯后回到B接口而形成环状链路；所述环状链路通过信号机接受外部供电。0013 所述信号机包括机柜和设置在机柜上的主控单元和辅助单元；所述主控单元包括说 明 书CN 104408945 A2/5页4强电部分和控制与弱电部分；所述强电部分包括电源开关和信号隔离器；所述环状链路通过电源开关接受外部供电；所述信号隔离器设置在信号机的A接口和B接口之间。0014 基于载波通讯的总线式的道路信号系统还包括车检器及其他设备；所。
12、述车检器及其他设备设置在环状链路上。0015 所述信号机的A接口为主通讯接口，向环状链路上的信号灯和车检器及其他设备传送控制指令，并接收反馈数据；B接口发送心跳数据并监听所有环状链路数据。0016 所述控制与弱电部分包括显示屏、按钮及指示灯。0017 本发明的第二个目的是提供一种安全可靠、节约物料、施工简便、故障率低的基于载波通讯的总线式的道路信号系统的工作方法。0018 实现本发明第而个目的的技术方案是一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统的工作方法，道路信号系统的通讯采用IP电力线载波通信技术，包括以下步骤：0019 步骤一：系统上电，所有设备初始化，信号机启动定时器并读取设备ID列表；0。
13、020 步骤二：信号机的A接口和B接口同时发送心跳指令，环状链路上的所有设备收到心跳指令后，向信号机发送反馈消息；信号机从反馈消息中可以知道发送设备的ID，分别将之存放于A列表和B列表中；0021 步骤三：判断本定时周期是否需要发送控制指令，不需要则返回步骤一，需要则判断指令的目的ID是否在A列表中，若是则通过A接口发送该控制指令；若否，则通过B接口发送该控制指令；0022 步骤四：对比分析A列表和B列表，如果两个列表ID相同，则合并A列表和B列表，并去除重复ID；如果两个列表ID不相同，环状链路故障报警，并保存A列表和B列表数据，然后合并A列表和B列表，并去除重复ID；0023 步骤五：分析。
14、设备ID列表中的ID在步骤四合并后的列表中是否存在，若是，则判断本轮定时周期是否结束，若否则设备故障报警，保存合并后的列表数据；本轮定时周期结束则返回步骤一开始下一个循环；本轮定时周期未结束则等待周期结束后返回步骤一开始下一个循环；0024 其中，设备ID是指道路信号系统中每个设备的唯一ID，系统中的每条消息中均包含发送方ID和接收方ID；0025 设备ID列表指在信号机中人工按安装现场，人工将所有信号灯、车检器及其他设备的ID录入，信号机将之保存备用；0026 A列表、B列表：为临时列表，在信号机中用来分别保存可以通过A接口和B接口进行通讯的设备的ID。0027 采用了上述技术方案后，本发明。
15、具有以下的有益的效果：(1)本发明选用了独特的布线方式，供电线缆同时兼具通讯功能，环状链路上的所有部件分别从该链路取电工作，这种环状接法，保证了对于每个节点都是双线冗余供电，任意一点发生断线故障，仍能保证系统供电和通讯正常，当发生多点断线故障时，也能保证部分设备供电和通讯正常，使得系统可靠性加强，在物理链路出现异常时也能继续工作。0028 (2)本发明的信号机、信号灯、车检器等现场设备间的通讯数据也由该线缆进行传输。正常工作时，信号机使用A口作为主通讯接口，向信号灯等设备传送控制指令，同时收取信号灯、车检器等周边设备的反馈和信息采集数据，实现信号机控制道路信号并采集车说 明 书CN 10440。
16、8945 A3/5页5流量、速度等交通数据的功能；信号机上的B口发送心跳数据并监听所有链路数据。0029 (3)本发明现场仅需一根线缆，电力和通讯线缆复用，大大节约物料。0030 (4)本发明穿线、管道等工作量大大减少，同时接线简单，无需到信号机处一一对应，因此施工非常简便。0031 (5)本发明线缆数量降低，接线点减少，减少了故障隐患，故障率低。0032 (6)本发明线缆少、接头少，拓扑关系简单，维护自然方便，同时加上系统完备的故障检测功能，能检测出故障，亦能定位故障，方便维护。0033 (6)本发明的信号机相比传统信号机大大简化。主控单元又分为强电部分和控制与弱电部分两部分，这样分离之后，。
17、利于安装维护，也利于对主控单元的保护，方便模块化开发。附图说明0034 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中0035 图1为本发明的原理框图。0036 图2为本发明的系统故障示意图。0037 图3为本发明的信号机的原理框图。0038 图4为本发明的方法流程图。0039 附图中标号为：0040 信号机1、主控单元11、辅助单元12、机柜13、强电部分111、电源开关111-1、信号隔离器111-2、控制与弱电部分112、显示屏112-1、按钮112-2、指示灯112-3、线缆2、信号灯3、车检器及其他设备4。具体实施方式0041 (。
18、实施例1)0042 见图1，本实施例的一种基于载波通讯的总线式的道路信号系统，包括信号机1、电力线缆2、N个信号灯3，N为自然数以及车检器及其他设备4；信号机1设有A接口和B接口；电力线缆2分别从A接口出发经过全部N个信号灯3后回到B接口而形成环状链路；环状链路通过信号机1接受外部供电；车检器及其他设备4设置在环状链路上。信号机1的A接口为主通讯接口，向环状链路上的信号灯3和车检器及其他设备4传送控制指令，并进行数据反馈；B接口监听所有环状链路数据。信号灯3、信号机1等对外接口只需为L(火线)、N(零线)、G(地线)，图1和图2中用L/N/G三线的方式示意，在简化系统中，L/N两线亦可。004。
19、3 见图3，信号机1包括机柜13和设置在机柜13上的主控单元11和辅助单元12；主控单元11包括强电部分111和控制与弱电部分112；强电部分111包括电源开关111-1和信号隔离器111-2；环状链路通过电源开关111-1接受外部供电；信号隔离器111-2设置在信号机1的A接口和B接口之间。控制与弱电部分112包括显示屏112-1、按钮112-2及指示灯112-3。本信号机1相比传统信号机大大简化。主控单元11又分为强电部分11和控制与弱电部分112两部分，这样分离之后，利于安装维护，也利于对主控单元的保护，方说 明 书CN 104408945 A4/5页6便模块化开发。0044 在道路路口。
20、现场，首先从信号机1的A接口处出发，布设电力线缆2经过各个信号灯3等部位，最后再回到信号机1的B接口处，通过信号机1内部形成环状链路，环状链路通过电源开关111-1接受外部供电。在此环路上，于信号机1的A接口、B接口之间，加装信号隔离器111-2隔断AB之间的通讯信号。0045 环状链路上的所有部件分别从该链路取电工作，这种环状接法，保证了对于每个节点都是双线冗余供电，任意一点发生断线故障，仍能保证系统供电正常，当发生多点断线故障时，也能保证部分设备供电正常。0046 同时，信号机1、信号灯3、车检器及其他设备4间的通讯数据也由该线缆进行传输。正常工作时，信号机1使用A接口作为主通讯接口，向信。
21、号灯3等设备传送控制指令，同时收取信号灯3、车检器及其他设备4的反馈和信息采集数据，实现信号机1控制道路信号并采集车流量、速度等交通数据的功能；信号机1上的B接口发送心跳数据并监听所有链路数据。0047 如图2所示，当系统发生图示的故障时，信号机1的A和B接口收取的心跳返回消息不相同，如图可以看出，A接口可以收到信号灯1、2的反馈消息，可以同信号灯1、2进行应答式通讯，类似B接口可以同信号灯n以及其他设备进行应答式通讯。此时信号机1通过A接口同1、2信号灯通讯，控制1、2信号灯，通过B接口控制环路下部的设备，系统仍然可以维持工作。同时能检测出故障点位于信号灯2和N之间。这样保证现场信号系统的容。
22、灾性，同时也能定位出故障点，利于系统得到及时维护。0048 见图4，信号机1一般按时间周期来控制信号灯，本图展示了一个控制周期的完整过程，每个周期均包含故障检测、信号控制的过程，使得系统的链路和设备故障能及时检出，同时能自动选择合适的链路发送控制信号；道路信号系统的通讯采用IP电力线载波通信技术的工作方法为骤：0049 步骤一：系统上电，所有设备初始化，信号机1启动定时器并读取设备ID列表；0050 步骤二：信号机1的A接口和B接口同时发送心跳指令，环状链路上的所有设备收到心跳指令后，向信号机1发送反馈消息；信号机1从反馈消息中可以知道发送设备的ID，分别将之存放于A列表和B列表中；0051 。
23、步骤三：判断本定时周期是否需要发送控制指令，不需要则返回步骤一，需要则判断指令的目的ID是否在A列表中，若是则通过A接口发送该控制指令；若否，则通过B接口发送该控制指令；0052 步骤四：对比分析A列表和B列表，如果两个列表ID相同，则合并A列表和B列表，并去除重复ID；如果两个列表ID不相同，环状链路故障报警，并保存A列表和B列表数据，然后合并A列表和B列表，并去除重复ID；0053 步骤五：分析设备ID列表中的ID在步骤四合并后的列表中是否存在，若是，则判断本轮定时周期是否结束，若否则设备故障报警，保存合并后的列表数据；本轮定时周期结束则返回步骤一开始下一个循环；本轮定时周期未结束则等待周。
24、期结束后返回步骤一开始下一个循环；0054 其中，设备ID是指道路信号系统中每个设备的唯一ID，系统中的每条消息中均包含发送方ID和接收方ID；说 明 书CN 104408945 A5/5页70055 设备ID列表指在信号机中人工按安装现场，人工将所有信号灯3、车检器及其他设备4的ID录入，信号机1将之保存备用；0056 A列表、B列表：为临时列表，在信号机1中用来分别保存可以通过A接口和B接口进行通讯的设备的ID。0057 信号机1的A接口、B接口间通过信号隔离器隔断通讯信号，实际上受控于同一个CPU，通过两个接口同时发送特殊的心跳指令，环状总线上的所有其他设备收到心跳消息后，均往信号机发送。
25、反馈消息。如流程图所示，正常情况下，信号机的A/B两个接口均可接收到所有设备的反馈消息，信号机从反馈消息中可以知道发送设备的ID，分别将之存放于A和B列表中，很明显，列表中有某个设备的ID，则代表某个设备同该接口通讯正常。0058 信号机发送数据时，先检查A表，则意味着信号机优先使用A接口同设备通讯，系统正常工作时一般使用A接口通讯，信号机不会发送两遍相同的数据。0059 而当异常时，比如图2的链路断开时，如上描述，信号灯1的ID只存在于列表A中，信号灯n的ID只存在于列表B中，信号机发送数据给信号灯1时，数据从A接口发出，发送数据给信号灯n时，如图3，则会从从B接口发出，这样就做到了系统的容。
26、灾和自愈。0060 在接下来的故障检测流程中，通过如果检查出A、B列表有差异，即可判断出链路有故障，导出A和B列表的数据，结合现场拓扑结构，则可以判断出故障点位置在某两个设备之间。如图2的故障发生时，不难看出A列表中保存的是信号灯1和2的ID，其余设备ID保存在B列表中，那么就可以判断出故障点在信号灯2的下方。0061 接下来是设备故障检测，很明显，列表A和B合并后，应该包含所有设备的ID，如果同设备列表比对后发现某些设备ID缺失，则表明该设备异常。0062 接下来本轮信号周期结束后，即进入下一周期，如此周而复始，系统持续工作。0063 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说 明 书CN 104408945 A1/3页8图1图2说 明 书 附 图CN 104408945 A2/3页9图3说 明 书 附 图CN 104408945 A3/3页10图4说 明 书 附 图CN 104408945 A10。