斜坡道交通信号灯系统简介.doc

斜坡道无轨运输信号控制系统

简

介

安徽鼎信科技集团有限公司
2011年12月
一.技术实现特点
1、多技术融合应用
系统将RFID射频识别技术、Zigbee无线网络技术、微处理控制技术、CAN总线通信技术以及计算机管理技术等进行融合在系统中，以实现各自的相应功能和系统整体功能。
2、“集散式”控制
所谓“集散式”控制是指“集中管理、分散控制”。
分散控制：即斜坡道内每个检测分站（包括车辆识别和信号控制），直接形成控制回路，实现对交通信号的分散式控制；
集中管理：即在井下或地面控制室设置上位机，通过管理软件对车辆的有关运行信息进行集中管理和显示。
分散式控制的技术特点为：当某一读卡器或上位机出现故障，不影响其它读卡器正常工作，体现了系统的安全性。
3、实时动态控制策略
地面上交通信号控制系统一般采用的是被动式的控制策略，它是按照事先设定的时间间隔来切换信号灯，而不管此时是否有车以及车辆的多少。
本系统是一种实时动态的控制策略，它是根据巷道内是否有车来切换信号灯，不仅提高了车辆运行效率，而且保证了车辆运行安全。
二.系统设备
车辆检测单元主要采用RFID无线射频识别技术、Zigbee无线网络技术，解决了斜坡道内车辆和人员混行的识别问题，可实现对井下斜坡道内无轨车辆运行等的相关信息进行采集、识别、传输并实现车载设备与检测节点间的信息交互等功能。

1．车载终端（标识卡）
系统的射频识别系统中的电子标签在系统中被称为“车辆标识卡”。车辆标识卡作为待识别车辆的唯一电子标记,“一车一卡”。它实际是一个车载智能终端，车载终端由RFID识别模块和ZIGBEE网络模块以及控制CPU组成。车载终端可以冗与识别读卡，也可以计算定位，还可以实现与系统双向实时通讯。
车辆标识卡的特点：
a. 能量模式：有源卡，提供电池供电和外部直流供电两种方式或两种混合方式。
b. 工作频率：微波（μWF）2.4GHz，系统识别距离较长。
c. 功率可调:发射距离3至30米可调。
d.工作流程：系统上电复位后，微处理器对收发芯片进行初始化，完成收发芯片工作参数配置，之后系统进入稳定工作状态，以固定的时间间隔发送自身ID信息和采集到的车辆自身运行信息，待读卡器检测，同时接收巷道内车辆运行信息。
2.读卡器
读卡器在本系统中的功能是接收车辆标识卡发射的射频标识信号，达到对车辆自动识别的目的，同时将车辆运行状态信息发送给相应区段控制器来实现信号灯的状态切换控制。它包括一个RFID读卡模块和ZIGBEE传感网络模块及CPU构成，每个读卡器都是一个读卡和数据处理传输的中心。
射频读卡模块中的收发芯片在系统上电复位，并经过初始化之后，将处于数据信息接收状态；ZIGBEE模块负责更精确的定位运算，并负责双向通讯，双向预警报警。控制器对所接收到的车辆信息进行分析判断，触发交通信号灯动作，并通过CAN总线将车辆运行信息送传至其它读卡器节点实现巷段内逻辑联动控制并把车辆运行信息传送至控制终端显示给用户，并对异常信息给予报警提示，同时数据存储在用户数据库中，备用户日后查用。
3.信号指示灯
信号指示灯是本系统对车辆进行指挥的执行机构，受控制器的指令进行信号灯切换工作。
信号指示灯由采用高亮度发光二极管制作，以“红”、“绿”二种标识组成，分别表示“停止”、“通行”。
4.信息处理主机
信息管理单元是对读卡器通过通讯网络传输到控制室上位机的有关车辆的信息，进行远程数据处理和状态显示，为车辆监测和安全运输调度提供依据，其主要功能如下：
显示：可在上位机终端实时显示井下车辆在钭坡道内的运行状态（也可以通过模拟显示屏进行车辆运行动态模拟显示）；
统计：可统计当班巷道内通行的车辆车型、车号及其相关数据；查询车辆运行的有关信息；打印有关报表和统计资料等；
报警：系统对车辆故障停滞于巷道内等异常情况，以声、光两种模式给予报警提示；
设备管理：实现系统各种设备工作参数配置，系统管理员可通过该机输入、修改调度方案及其它系统参数，车辆ID号与车辆名称、单位、车型等属性信息配置管理，信号灯的手动控制以便特殊情况下引导斜坡道内车辆通行。
5.系统容量简介
系统通信由一根从上位机到最后一根读卡器的CAN总线连接， 在不附加网桥等其他设备的情况下，理论上最多允许112个读卡器。每个读卡节点读取车载标识卡的方式采取读取入队，离开离队的方式，基本上满足井下环境的使用。

三.信号系统的控制逻辑
1、控制逻辑
我们以斜坡道的巷段2为例，来说明系统的基本控制逻辑：
■ 车辆进入判断
首先需判断巷段2内是否有车：如前方道口信号灯为红色，表示巷段内有车，需巷段外等待；如前方道口信号灯为绿色，表示巷段内无车，可继续行驶，如下图所示：

■ 车辆进入巷段2
当车辆进入巷段2，被入口处的读卡器所检测，此时巷段两端的信号灯切换为红色，封锁本巷段，其它车辆不得进入。如下图所示：

■ 车辆驶出巷段2
当车辆驶离巷段2，被出口处的读卡器所检测，此时巷段两端的信号灯切换为绿色，巷段2恢复通行。如下图所示：

2、说明：
系统在有车辆闯红灯或者车辆在两端同时进入后及时调整系统控制信号，并在巷段内设置声或光报警装置及时报警提示，对违规或权限较低车辆进行召回，避免区段内车辆相遇情况发生。
另外信号控制逻辑、车辆运行调度规则及信号灯状态定义等可根据客户需求做适应性设计。
4.系统主要功能
矿井斜坡道交通信号监控系统，具有以下主要功能：
■ 控制功能
对各巷段交通道口的信号灯标识，进行自动切换控制。
■ 诊断功能
对系统的设备故障具有自动诊断功能。当出现故障后，计算机终端可发出声响提示，并显示故障性质、种类和地点等。
■ 报警功能
对车辆闯红灯、两端车辆同时进入巷道、车辆故障停滞于巷道等异常情况，计算机终端将以声、光两种模式给予提示。
■ 显示功能
可在计算机终端，以汉字、模拟图、表格等形式，实时地跟踪、显示井下车辆在斜坡道内的运行状态、运行轨迹等相关信息。
■ 管理功能
可对井下斜坡道内车辆的有关信息（如车的类型、车号、班次、时间、地点、次数等），进行自动统计、分析、查询、打印等；
5系统主要特点
矿井斜坡道交通信号监控系统的主要特点如下：
■ 可靠性
系统采用先进、成熟的射频识别、Zibee无线网络、控制技术和计算机技术，避免了检测信号的误报和漏报；设备选型考虑到井下工况环境的特殊要求；系统设计具有设备故障自动诊断功能，保证了系统的可靠性。
■ 安全性
系统采用分散式控制方式，当某一控制分站出现故障时，不影响其它巷道交通信号控制系统的正常运行。
无线收发芯片内置了CRC纠检错硬件电路和协议，解决了纠检错这个无线通信设计的难点。CAN通信采用短帧结构，数据传输时间短，受干扰概率低，每帧数据都有CRC检验和其它检错措施，保证了数据传输的安全性。
■ 实用性
数据采集方便，图像显示直观；系统结构清晰，设备配置结构化；人机界面友好，操作和维护十分简便。
■ 集成性
该系统不仅可作为一个独立的单元系统，实现井下斜坡道交通信号控制，也可与矿山其它管理信息系统联网集成。
■ 扩展性
模块化和分站式设计，系统内嵌有人员定位模块和数据采集接口，可实现人机定位，当井下新增交通道口或建设人员定位系统和环境监测、设备点检系统时，系统可方便灵活地扩展功能和扩大应用范围，避免业主重复建设，增加建设投资。
6.系统技术参数
矿井斜坡道交通信号监控系统的主要技术参数如下：
工作频率：2.4GHz；
最大车速： 60KM/h；
总线传输速率：20Kbps；
漏读率：小于万分之一；
识别距离：3到100米可调；
传输方式：多主方式；
通讯距离：≥10Km；
工作电源：交流220V ± 20％。
环境温度：-30℃～70℃；
相对湿度：≤98%；