本文提出一种新型的交通红绿灯控制系统。该系统以信号机和红绿灯为载体，可以有效解决复杂路口需要埋放大量的电缆，而旧路口改造施工非常麻烦等问题。

现有交通控制都是采用220V交流电控制信号灯，而现在大多数路口无论新老式交通机柜都没采取接地处理，或者说有的采取接地处理了，但机柜与地面接地钢筋都没达到理论深度（3米）。所以在信号机柜上就容易出现漏电事故。

加之交通信号灯灯杆都是钢固件，而交通信号灯与交通倒计时器也是铝制金属外壳，这样也是容易触发漏电事故。再者由于之前老城区无法改造导致大量的飞线产生在路口，而这种飞线极易被损坏，损坏后的飞线也容易造成不安全电的事故发生。

本文提出一种新型的交通红绿灯控制系统。该系统以信号机和红绿灯为载体，可以有效解决复杂路口需要埋放大量的电缆，而旧路口改造施工非常麻烦等问题。系统设备之间通讯以CAN接口为主，无线通讯为辅，具有布线少，故障排查容易，可适用所有红绿灯路口等优点。

一、我国交通信号灯系统现状

伴随着我国城市建设速度加快，交通拥堵以及出行不便成为又一个广为闲聊的话题。这一问题的根本在于路口控制的不合理以及对路口施工的破坏封路，导致原本的车道减少或者现有的车道改变行驶方向。从侧面增加了其他干道的车流量，使其他干道路面车流量趋近或者超出自身的饱和度。

如图1所示，现有交通信号灯采取控制方式为多信号号线点对点并行控制，交通信号机对某一个方向某一颜色灯采取单独控制；而这种现是直接接在交通信号机柜输出端接口。

现有交通控制方式虽然控制简单，点对点，传输速率不受时间限制无延时处理；机柜一体化，方便问题查找；但是对于这种方式的缺点如下：

①、走线太多，成本增大；

②、如果换信号控制机，由于各厂家输出接口不一致，那么会导致每一根线都要重新检测出是在哪个方向，增加施工时间；

③、如果控制线哪一根烧毁，那么该线路要重新井底走线。对于老城区，由于管道堵死，这样要么选择空中飞线，要么重新破路顶管。增加了施工成本；

④、对于老路段，由于基本存在并线以及灯型单一。这是以前规划层面上，针对以前的交通流。如果现在交通流变动，每个灯型要单独控制，或者该路段以前为满屏灯，现在要加左转或者右转及掉头灯。那么现在该路段又要重新走线，要么破路，要么顶管；

⑤、路段线路故障检测困难；

图1： 传统交通信号灯控制系统示意图 

按照2016年5月公安部提出“两化”要求，即“智能化，标准化。武汉市公安局交通管理局在“大数据”、“互联网+”、“物联网”的大背景下，交通信号灯如何实践“两化”建设，进行了“安全用电总线控制”的研究和应用。

由我局科技管理处组织信号灯专班所有成员进行研发，提供交通信号灯运行测试平台，并在解放大道循礼门路口、青年路淮海路口、宝通寺路百瑞景路口组织应用及相关测试。

在武汉市“大城管”的前提下，为提升城市形象，要求信号灯“飞线入地”，尤其是例如解放大道循礼门路口这样不允许破路、不能顶管的情况下，低成本的有效解决了“飞线入地”问题。并且本系统信号灯采取低压安全用电，避免了信号灯及灯杆触电隐患，使信号灯更安全。

二、基于总线的交通信号灯系统

为了解决上述技术问题，我们提供了一种总线传输方式控制的交通信号灯系统，能有效缓解交通信号灯控制线坏死等问题。

1、总体技术方案

如图2所示，所采用的技术方案是：一种总线传输方式控制的交通信号灯系统，其特征在于：包括信号机和若干总线控制器；

所述总线控制器由输入检测板和若干输出板组成，所述信号机与输入检测板连接，各个方向的交通信号灯均配置有输出板，所述输入检测板和若干输出板均通过总线连接；

所述输入检测板模拟负载给信号机，检测信号机状态，然后微处理器处理判断，并通过总线以协议方式传输给输出板；

所述输出板解析协议，判断交通信号灯是否在正常工作，如果不在状态，那么上报给输入检测板，输入检测板根据上报故障，作出断路负载输出，信号机收到路线故障报告，并作出响应。

图2 基本总线的交通信号灯系统结构图

2、系统功能

如上图2所示，由于现有信号机都是依据国标GB25280-2010，所以信号机的输出都是带输出检测功能的。

意在信号机在空载输出是会报警。我们依据这种状况模拟一个负载给信号机输出，通过对信号输出电平采集，对应相应通道，以总线方式（RS485或者CAN）传输至信号灯杆上所挂的输出板。

这样输出板对于通讯信号采取解析作出反馈判断。从而直接在信号灯杆上控制信号灯。这就涉及到以下5种技术指标：

①、双总线同时控制。意在RS485与CAN根据用户选择或者说以CAN为主，485通讯只是辅助作用，防止CAN故障。当CAN通讯时485禁止。

②、输出检测上报。总线控制器（BCU）输出板是用来直接控制红绿灯的。当灯是否正常将会上报给总线控制器控制板。控制板一端是接信号机输出并且模拟一个输出。

当某路总线控制器发现灯故障，会告知总线控制器控制单元。控制单元将会断掉模拟给信号机输出这一块电路。使路口原先信号机将空载，同时也会自己发现故障以做降级处理。

③、符合国标的通讯式倒计时接口。如果路口都采取总线通讯控制，那么对于路口的倒计时器如果是通讯式或者触发式，那么总线控制器输出板必须也支持这样的接口。因为总线控制器只有四根线在井管。

④、通讯速率快，通讯距离远。RS485通讯在9600bps下是可以达到300米的距离。但是数据帧与信号会有10ms延时时间，由于人眼感觉不到，所以可以允许延时。

而CAN总线在50Kbps波特率下可以传输300米远，但是通讯延时小于1ms。所以方案采取CAN总线为主，RS485为辅。

⑤、主控芯片采集及工作效率快；

本方案主控芯片采用STM32F103ZET6。该芯片工作速率可达到72Mhz。并且采用嵌入式系统，能够快速解决并行数据采集与处理功能。

⑥、穿线少，改造不破路，施工简单成本低；

该系统的方案对于新路口只需要井管走四根线，或者5根（备用一根），这样就解决了施工成本。这四根线分别为AC220V电源线（2根），与通讯线（总线2根）。

输出板直接挂在信号灯上。而主控单元与信号机机柜放置一起。通过井管2跟电源线，给信号灯以及输出板供电工作，另两根线给输出板通讯，告知运行状态。

⑦、满足市面上任何一款信号机；

这样的问题主要在于所有信号机都有故障上报功能和故障降级处理，对于联网型的信号机都会采用故障上报后台并降级处理。对于单点式都只采取降级处理。

由于要满足所有信号机，所以不能根据每一个信号机故障上报协议做程序处理。处理层面只能在于模拟方面，即对信号机采取负载断开，也就是不给信号机输出，这样信号机也能自检知道。    

如图3所示，系统包括信号机和若干总线控制器(BCU)。

总线控制器由BCU输入检测板和若干BCU输出板组成，信号机与BCU输入检测板连接，各个方向的交通信号灯均（按相位组）配置有BCU输出板，BCU输入检测板和若干BCU输出板均通过总线连接；

BCU输入检测板模拟负载给信号机，检测信号机状态，然后微处理器处理判断，并通过总线以协议方式传输给BCU输出板；

BCU输出板解析协议，判断交通信号灯是否在正常工作，如果不在状态，那么上报给BCU输入检测板，BCU输入检测板根据上报故障，作出断路负载输出，信号机收到路线故障报告，并作出响应。

图4 循礼门路口 

2、快捷施工（百瑞景）实例

如图5所示，百瑞景路口采取切缝工艺，解决不能顶管，不允许破路情况下的改造。施工快捷，工期5小时。当夜施工完成，不影响第二天交通。

图5 百瑞景路口

四、 总结

基于总线的交通信号灯控制系统实现了交通信号灯的物联网，能实现灯体的自动检测，彻底淘汰了传统的信号灯“红、黄、绿”为“开关”点亮方式，信号机只能检测“断路、短路、漏电”等状态；达到交通信号灯安全用电的目的，信号灯是交通安全中最重要的环节，然而信号灯仍然采用220V电压，交通安全设施本身就不“安全”。

信号灯的48V以下安全用电总线控制方式，完全解决了以上传统信号灯缺点。交通信号灯变得更智能，目前“一灯一线”制，通常一个路口10多组以上信号灯，10多组线缆。

采用2根48V电源线、2根信号通讯线 点亮路口所有信号灯，使信号灯更安全、更智能。通过若干路口的应用实现了交通信号灯的安全用电（采用36V直流）下的，低成本的实用的信号灯物联网。