一种基于CAN总线的信号机控制系统技术领域
本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的信号机控制系统。
背景技术
目前，国内城市中的大部分信号机采用的是8/16位单片机作为其核心处理器，由于处理
器处理能力较低，因此其只能运行非常单一的控制方案，且仅能通过串口作为其通讯方式，
难以通过联网实现交通的线性控制或者区域控制；因为其处理器资源有限，也不能扩展复杂
外围模块，如车辆检测器、液晶显示设备等，扩展性较差。此外，随着城市规模不断的扩大，
新开发区的道路普遍采用双向六车道甚至更多，由于这类信号机的处理器处理能力的有限性，
已经越来越不能满足日新月异的城市交通的发展需求。
由此可见，缓解当前交通拥堵的一个有效途径便是研发出高性能、高性价比的信号机控
制系统，这也是我国信号机技术发展的内在趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CAN总线的信号机控制系统，该信号机控制系统中信号
灯驱动板、车辆信息采集板、主控制板及电源板之间通过CAN总线进行通信，速率高，可实
现可靠传输，根据实际需要，亦可实现点对点及点对多点的通信；同时本发明可扩展性较高，
可根据路口通道数的增加而增加信号灯驱动板及车辆信息采集板等，具有高性价比的优点。
为了实现上述目的，采用了以下技术方案：
一种基于CAN总线的信号机控制系统，包括信号灯驱动板、用于采集24路车辆检测器
和串口数据的信号的车辆信息采集板、电源板、主控制板、TFT-LCD触控屏和背板，信号灯
驱动板、车辆信息采集板、主控制板及电源板之间能够通过CAN总线进行通信；背板为主控
制板、信号灯驱动板、车辆信息采集板提供CAN通信的数据通道。
所述信号灯驱动板包括信号灯驱动模块、信号灯状态反馈模块、黄闪控制模块、CAN收
发器通信模块、复位电路和MCU，MCU通过黄闪控制模块与信号灯驱动模块，信号灯驱动
模块经过信号灯状态反馈模块与MCU相连；MCU通过CAN收发器通信模块与背板相连，
MCU与背板之间还设置有复位电路。
所述主控制板包括预留的RJ45接口或者3G无线通信模块的芯片S5PV210，芯片
S5PV210实现与主控中心的通信，。
所述车辆信息采集板包括信号采集电路、信号整形电路、MAX232串口通信电路、CAN
收发器通信模块、复位电路、温度采集电路和MCU；其中，背板与复位电路、CAN收发器
通信模块相连，复位电路、CAN收发器通信模块还与MCU相连；信号采集电路经信号整形
电路与MCU相连，温度采集电路与MCU相连；MAX232串口通信电路一端与DB9接口相
连，另一端与MCU相连，完成串口数据的采集。
所述电源板包括整流稳压模块、USB接口电路和GPS接口电路，整流稳压模块连接有过
/欠压保护电路，过/欠压保护电路连接有电压转换电路，电压转换电路与背板相连，USB接
口与USB模块相连，USB模块与背板相连；GPS接口与GPS模块相连，GPS模块与背板相
连。
所述整流稳压模块包括滤波电路以及与滤波电路相连的稳压电路。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过设置信号灯驱动板、车辆信息采
集板、电源板、主控制板、TFT-LCD触控屏和背板。每块信号灯驱动板的主要功能是实现12
路信号灯(分为ABCD四组灯)亮/灭的控制及其工作状态的LED显示，并对信号灯的工作
状态信息进行采集等功能；车辆信息采集板的主要功能是实现24路车辆检测器和串口数据的
信号采集，并对车辆检测器工作状态进行LED显示等功能；电源板的主要功能是对市电进行
整流稳压，输出稳定的5V和3.3V电压；主控制板的主要功能是实现与控制中心的通信，并
向信号灯驱动板下发控制方案等功能，起到协调整个信号机系统工作的作用；用户可通过
TFT-LCD触控屏进行控制方案的设置，如路口基本信息、时段方案、配时方案、节假日方案
等信息的设置；背板的主要功能是为各个功能板提供通信的通道。本系统采用总线型的拓扑
结构来进行硬件平台的设计，最大的特点是信号灯驱动板、车辆信息采集板、主控制板及电
源板之间通过CAN总线进行通信，速率高，可实现可靠传输，根据实际需要，亦可实现点对
点及点对多点的通信；同时本发明可扩展性较高，可根据路口通道数的增加而增加信号灯驱
动板及车辆信息采集板等，具有高性价比的优点。
附图说明
图1为信号机系统框图。
图2为CAN通信电路。
图3为主控制板系统框图。
图4为灯驱板系统框图。
图5为采集板系统框图。
图6为电源板系统框图。
图7为背板系统框图。
图中，1为信号灯驱动板，2为车辆信息采集板，3为电源板，4为主控制板，5为TFT-LCD
触控屏。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
参见图1，本发明包括信号灯驱动板1、车辆信息采集板2、电源板3、主控制板4、TFT-LCD
触控屏5和背板，信号灯驱动板1、车辆信息采集板2、主控制板4及电源板之间能够通过
CAN总线进行通信；背板为主控制板4、信号灯驱动板1、车辆信息采集板2提供CAN通信
的数据通道。
参见图2，CAN通信电路主要是由CAN收发器MCP2551及其外围电路构成的，包括电
阻R1和R2。R1电阻串联于CAN收发器MCP2551的引脚6和引脚7，R2串联于MCP2551
的引脚2和引脚8，并接到地线。本发明选择使MCP2551工作在斜率控制模式上。通过改变
MCP2551的Rs引脚与地之间的电阻的大小，可以改变MCP2551的转换率(即斜率)。斜率
的大小主要受Rs引脚的电流的影响，而电流的大小又受到Rs与地之间的电阻R2的影响，
因此，MCP2551的斜率主要受电阻R2的影响。MCP2551是CAN驱动器与物理总线之间的
接口，具有容错功能的高速CAN器件，它的工作速率高达1Mb/s。大多数情况下，CAN总
线上的各个节点都需要设置一个CAN收发器，以此来将CAN控制器所生成的数字信号转换
成差分信号，以利于总线传输。同时，CAN收发器MCP2551具有滤波功能，可以将CAN控
制器或者CAN总线上的脉冲信号进行有效的过滤。MCP2551的输出允许连接112个节点，
输出驱动能力较强。因此，本系统选择MCP2551作为CAN总线的收发器。
参见图3，主控制板4的主要功能是实现与主控中心的通信，通过以太网接口RJ45或者
3G无线通信模块可实现上传或者下载路口控制方案等信息，此外，主控制板4通过控制信号
灯驱动板1和车辆信息采集板2，使整个系统能够协调稳定的工作。主控制板4的核心控制
芯片由ARM芯片S5PV210(cortex-A8)构成，是整个信号机系统的控制核心，其上运行Linux
系统。通过预留的RJ45接口或者3G无线通信模块，主控制板4可实现与主控中心的通信；
主控制板4通过MAX485芯片及其工作电路可实现与三色倒计时牌的通信；通过CAN总线
进行通信；通过TFT-LCD触控屏5可实现路口方案的配置。
参见图4，信号灯驱动板1主要由信号灯驱动模块、信号灯状态反馈模块、黄闪控制模
块、CAN收发器通信模块、复位电路与MCU组成。其中背板与复位电路、CAN收发器通信
模块相连，复位电路、CAN收发器通信模块均与MCU相连，用于主控制板4对信号灯驱动
板1的CAN通信和复位功能。MCU通过黄闪控制模块与信号灯驱动模块相连，信号灯驱动
模块经信号灯状态反馈模块与MCU相连。信号灯驱动板1可实现12个信号灯(ABCD四组)
的亮/灭控制，以及信号灯工作状态的LED显示、信号采集和上传，可以完成故障状态下的
硬件控制的黄闪功能。
参见图5，车辆信息采集板2由信号采集电路、信号整形电路、MAX232串口通信电路、
CAN收发器通信模块、复位电路、温度采集电路六部分组成。其中，背板与复位电路、CAN
收发器通信模块相连，复位电路、CAN收发器通信模块均与MCU相连。所述信号采集电路
经信号整形电路与MCU相连，温度采集电路与MCU相连，DB9接口通过MAX232Z组成的
串口通信模块(即MAX232串口通信电路)与MCU相连，完成串口数据的采集。
车辆信息采集板2可以通过串口数据进行采集，采集环境温度，以及主控制板4对本板
的CAN通信和复位功能。车辆信息采集板能够实现24路车辆检测器TTL电平信号和串口数
据的信号采集，并对车辆检测器工作状态进行LED显示等功能。
参见图6，电源板3主要由整流稳压模块、USB接口电路和GPS接口电路三部分组成。
整流稳压模块包括滤波电路、以及与滤波电路相连的稳压电路，该模块为了完成对电网电压
的变压，接收电网电压后与过/欠压保护电路、电压转换电路相连，完成对电压的检测。过/
欠压保护电路、电压转换电路与LED指示电路相连，完成对电压检测结果的显示。图6所示
的USB接口与USB模块相连，USB模块与背板相连。GPS接口与GPS模块相连，GPS模块
与背板相连。电源板3可实现5V主电源供电、3.3V副电源供电以及电源LED显示，带有
GPS、USB和232串口接口，对过压或欠压进行保护。
参见图7，背板的主要功能是为主控制板4、信号灯驱动板1、车辆信息采集板2提供
CAN通信的数据通道。电源板3的主要作用不仅仅是为主控制板4、信号灯驱动板1及车辆
信息采集板2提供稳定的5V电源，其上还有GPS接口、USB接口，主控制板4要控制操作
这几个接口，其通道便是背板所提供的通道。
至此，基于CAN总线的信号机系统已经搭建完毕，可完成信号灯驱动板1、车辆信息
采集板2、主控制板4及电源板3之间通过CAN总线通信。