電子信息技術(shù)在智能交通信號燈控制中的應(yīng)用

石向萍

（西北民族大學(xué) 甘肅省蘭州市 730100）

為有效確保車輛運(yùn)行的暢通性和安全性，智能交通信號燈已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并在具體應(yīng)用中發(fā)揮出了十分顯著的優(yōu)勢。伴隨著當(dāng)今社會工業(yè)化以及信息化的迅速發(fā)展，智能交通信號燈在控制方面也有著越來越高的要求。因此，在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用和研究中，技術(shù)人員應(yīng)充分注重當(dāng)今先進(jìn)的電子信息技術(shù)應(yīng)用，通過單片機(jī)或者是PLC的形式來進(jìn)行控制，同時也可以借助于虛擬器的形式來進(jìn)行控制，以此來實現(xiàn)交通信號燈的自動化、智能化控制目標(biāo)。

1 智能交通信號燈的應(yīng)用現(xiàn)狀

就我國目前的路口設(shè)置來看，南北和東西兩個主干道通常會在一個十字路口位置相交，而在每一個主干道上的路口位置，都會進(jìn)行三個智能交通信號指示燈的設(shè)置，其顏色分別是紅色、黃色和綠色，而在每一個干道路口位置，也進(jìn)行了這樣的一組交通信號指示燈設(shè)置，以此來起到左轉(zhuǎn)提示作用，確保通行車輛的安全有序行駛。按照我國的交通法規(guī)定，在紅燈亮起時，車輛禁止通行；在綠燈亮起時，車輛可以通行；在黃燈亮起時，說明該路口正在進(jìn)行紅燈和綠燈之間的切換，車輛可維持黃燈亮起前的運(yùn)行狀態(tài)。深夜情況下，黃燈亮起時，車輛需緩行[1]。在特殊情況下，三種信號燈會同時變?yōu)榧t色，此時車輛禁止通行。

2 智能交通信號燈控制系統(tǒng)的基本設(shè)計原理

2.1 紅外遙控形式的震蕩發(fā)射電路組成

在對整個智能交通信號燈控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中，為有效滿足十字路口位置各個方向上的信號燈實際變化需求，應(yīng)在兩個方向上進(jìn)行強(qiáng)通機(jī)車、控制時間以及信號燈選擇燈的功能設(shè)置。這就需要應(yīng)用到紅外遙感形式的震蕩發(fā)射電路，該電路的主要組成部分包括外接形式的陶瓷諧波震蕩器、電容器以及遙控發(fā)射器，通過該發(fā)射電路的應(yīng)用，便可產(chǎn)生符合脈沖寬度的載頻信號。

2.2 接收器中解調(diào)模塊的應(yīng)用

在單片機(jī)完成了紅外信號的發(fā)射之后，可通過紅外模塊和解調(diào)模塊來進(jìn)行信號接收，借助于內(nèi)部上設(shè)置的集成電路對信號做解調(diào)與放大處理。另外，在舒服護(hù)短將編碼信號輸出之后，便會對脈沖信號進(jìn)行處理，然后再借助于放大三極管來進(jìn)行信號放大。在接收器中的解調(diào)模塊進(jìn)行譯碼編輯的過程中，可通過控制機(jī)的開啟來實現(xiàn)服務(wù)程序的中斷控制，以此來實現(xiàn)相應(yīng)服務(wù)的中斷或者是關(guān)閉控制。

2.3 CAN總線接口的應(yīng)用

在上位機(jī)通信和十字路口位置的智能交通信號燈控制過程中，其主要的控制裝置就是CAN總線以及接口模塊，而其控制工作則是由這兩個部分共同完成，然后借助于初始化接口來進(jìn)行任務(wù)的傳播與收發(fā)。在此過程中，可以將CAN總線接口這一部分及其總線收發(fā)器用作一種抗干擾措施來使用，以此來實現(xiàn)其抗干擾效果的顯著提升。一般情況下，借助于CAN收發(fā)器，可以對任務(wù)直接進(jìn)行收發(fā)，而在具體應(yīng)用中，為達(dá)到良好的上線節(jié)點(diǎn)電氣隔離效果，可通過高速光電隔離器芯片來進(jìn)行隔離[2]。但是在此過程中，一定要確保CAN總線中所應(yīng)用的電源始終處在隔離狀態(tài)，以此來確保其應(yīng)用效果。

圖1：基于電子信息技術(shù)的智能交通信號燈控制系統(tǒng)總體框架構(gòu)成示意圖

3 智能交通信號燈系統(tǒng)控制中的電子信息技術(shù)應(yīng)用策略

伴隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，智能交通信號燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得傳統(tǒng)交通信號燈控制過程中的工作量大、意外處理不夠完善、手工修改錯誤率高等的諸多問題都得到了有效解決。尤其是在電子信息技術(shù)的應(yīng)用中，通過智能化算法的合理應(yīng)用，更是讓傳統(tǒng)交通信號燈控制中的問題得到了更好的解決。在電子信息技術(shù)的支持下，智能交通信號燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用不再需要對控制循環(huán)加以考慮，系統(tǒng)可完全按照各個路口的實際情況來進(jìn)行相關(guān)規(guī)則的實時更新。在傳統(tǒng)控制策略的應(yīng)用基礎(chǔ)上，隨著電子信息技術(shù)的應(yīng)用，可實現(xiàn)交通信號燈的智能化控制。在這個智能化的控制系統(tǒng)中，其核心的運(yùn)算方法包括遺傳算法、模糊邏輯算法、改進(jìn)強(qiáng)化學(xué)習(xí)（SARSA）算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及收益桶算法等，同時也包括這幾種算法的各種優(yōu)化與組合方式[3]。

將電子信息技術(shù)應(yīng)用到智能交通信號燈的控制系統(tǒng)中，用戶可根據(jù)實際的應(yīng)用需求來進(jìn)行專用儀器系統(tǒng)的定義，這種專用系統(tǒng)的構(gòu)建十分簡單，且具有十分靈活的功能。具體應(yīng)用中，電子信息技術(shù)可實現(xiàn)該系統(tǒng)單片機(jī)信號以及信號燈的模糊控制，以下是其控制策略：

3.1 單片機(jī)信號控制策略

借助于電子信息技術(shù)，可通過多段式控制法來實現(xiàn)操作系統(tǒng)中問題的有效解決，這種方法也叫做感應(yīng)定時信號控制法，通過這種控制方法，不僅可以對紅綠燈轉(zhuǎn)換及其持續(xù)時間進(jìn)行精準(zhǔn)統(tǒng)計，同時也可以讓不同位置以及不同周期內(nèi)的紅綠燈轉(zhuǎn)換和保持時間形成明確對比，若發(fā)現(xiàn)存在轉(zhuǎn)換時間過長或者是過短情況，則可判斷出相應(yīng)位置的交通情況不夠穩(wěn)定，需嚴(yán)格通過智能化的措施來進(jìn)行交通控制，以此來滿足不同時間、不同路段中的實際車流量運(yùn)行需求。

3.2 紅綠燈模糊控制策略

通常情況下，在進(jìn)行車輛數(shù)據(jù)的檢查過程中，單片機(jī)感應(yīng)控制是一種常見方法，通過科學(xué)合理的計算方法，可計算出各個時刻、各個交通路口位置的交通信號燈與車流量匹配方式。在某一時間段內(nèi)，如果交通路口位置的某一個方向比另一個方向車流量大很多，則需要借助于非實時控制形式的交通信號燈來進(jìn)行控制，這樣便可實現(xiàn)相應(yīng)方向上路燈持續(xù)時間的合理延長。而在這樣的情況下，另一個方向上的交通信號燈必將出現(xiàn)空等情況，這就需要通過電子信息技術(shù)與復(fù)雜的編程來實現(xiàn)，以此來滿足相應(yīng)程序的嚴(yán)格要求[4]。通過這樣的方式，才可以有效確保交通的安全性和通暢性，盡最大限度避免超速和堵車現(xiàn)象發(fā)生。

表1：該系統(tǒng)中各個模塊的主要功能情況

4 基于電子信息技術(shù)的智能交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計分析

4.1 總體設(shè)計分析

為有效確保交通運(yùn)行的安全性和有序性，在基于電子信息技術(shù)的智能交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計中，需要在十字路口位置進(jìn)行兩組信號燈的設(shè)置，使其分別對不同交叉方向上的交通進(jìn)行控制。在第一個方向亮起紅燈時，與之交叉的方向?qū)疗鹁G燈；在過渡階段中將會亮起黃燈，反之亦是如此。因為路口位置的交通繁忙情況并不一定，在白天里會出現(xiàn)交通較為繁忙的情況，此時，紅燈和綠燈的變化一定要快一些，這樣才可以實現(xiàn)交通效率的有效提升，盡最大限度降低交通擁堵情況的發(fā)生幾率。在夜里會出現(xiàn)交通比較稀疏的情況，此時，紅燈和綠燈的變化可以緩慢一些。這一功能的實現(xiàn)方式主要是對信號燈在不同狀態(tài)下的持續(xù)時間進(jìn)行改變。在接收到反饋信息之后，控制終端會根據(jù)其點(diǎn)評狀態(tài)的高低來進(jìn)行智能交通信號燈的狀態(tài)判斷，及時發(fā)現(xiàn)其通斷異常情況，并使其得到及時處理，以此來保障各個路口位置智能交通信號燈的正常運(yùn)行。通過這樣的方式，便可對各個交通路口位置的智能交通信號燈具體工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。在這個基于電子信息技術(shù)的智能交通信號燈控制系統(tǒng)中，主要的控制模塊有四個，第一是控制終端，第二是電源管理和定時顯示，第三是數(shù)據(jù)采集，第四是控制中心。圖1是該系統(tǒng)的總體框架構(gòu)成示意圖。

在該系統(tǒng)中，主要借助于LAB WINDOW/CVI技術(shù)來進(jìn)行軟件設(shè)計，以此來實現(xiàn)各個終端模塊的仿真與功能設(shè)計。表1是該系統(tǒng)中各個模塊的主要功能情況。

4.2 主要功能模塊設(shè)計

在該系統(tǒng)中，主要的功能模塊包括系統(tǒng)的控制終端以及控制中心這兩個，以下是對這兩個功能模塊設(shè)計所進(jìn)行的分析：

4.2.1 控制終端模塊的設(shè)計

在基于電子信息技術(shù)的智能交通燈控制系統(tǒng)中，因為順序框架在LAB WINDOW/CVI的技術(shù)環(huán)境下應(yīng)用十分靈活，編程狀態(tài)中，可以對層疊式順序結(jié)構(gòu)中的各個框架順序進(jìn)行靈活改變。出于以上因素的考慮，在通過電子信息技術(shù)進(jìn)行該模塊的設(shè)計中，主要應(yīng)用兩個順序結(jié)構(gòu)來進(jìn)行交叉方向上的信號燈控制，使其達(dá)到交替點(diǎn)亮的效果。在對各個順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，為實現(xiàn)同一盞信號燈交替狀態(tài)的合理設(shè)置，可借助于局部變量的創(chuàng)建來實現(xiàn)[5]。

在對控制終端這一功能模塊進(jìn)行執(zhí)行的過程中，首先需要對所有智能交通燈程序進(jìn)行初始化，使其處于低電平狀態(tài)。然后借助于兩個順序結(jié)構(gòu)對各個交通信號燈進(jìn)行交替點(diǎn)亮操作，并通過數(shù)字串顯示控件或者是音頻控件來實現(xiàn)信息提示。在交叉路口位置的任何一個方向想要終止程序，都可以借助于布爾按鈕狀態(tài)改變的方式來實現(xiàn)。其中，紅燈、綠燈以及黃燈的延遲時間可通過定是函數(shù)選板來實現(xiàn)。在這一過程中，為實現(xiàn)方針效率的進(jìn)一步提升，可以將黃燈持續(xù)時間設(shè)置在3s。

4.2.2 控制中心模塊的設(shè)計

在對基于電子信息技術(shù)的智能交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，因為于LAB WINDOW/CVI這一功能模板中的布爾運(yùn)算子模板邏輯運(yùn)算功能十分齊全，可以對包括集成電路芯片在內(nèi)的所有集成電路進(jìn)行輕松計算，所以在對該模塊進(jìn)行設(shè)計的過程中，主要借助于邏輯電路的合理設(shè)計將采集到的高低電平信息傳遞到中心模塊中，然后再通過中心模塊內(nèi)設(shè)置的邏輯電路對交通燈工作是否正常進(jìn)行判斷，并及時發(fā)現(xiàn)電路中存在的故障。在正常的工作條件下，交通信號燈無論在任何時刻被點(diǎn)亮，其顏色都僅僅有紅色、綠色和黃色這三種，若出現(xiàn)了其他情況，則表明交通信號燈或者是電路發(fā)生了故障。此時，該模塊中的蜂鳴器將會立即發(fā)出報警，而警告燈也將立即亮起。運(yùn)維人員可及時在邏輯電路中獲取到相應(yīng)的警告信號，以便及時對相應(yīng)的故障進(jìn)行維修。通過這樣的方式，也在另一個角度上確保了交通順暢與安全。

5 結(jié)束語

綜上所述，將電子信息技術(shù)合理應(yīng)用到當(dāng)今的智能交通信號燈控制系統(tǒng)中，將會對整體的交通信號燈起到更加科學(xué)的控制效果，實現(xiàn)其系統(tǒng)的自動化和智能化應(yīng)用。通過分析可知，電子信息技術(shù)對于智能交通信號燈系統(tǒng)中的單片機(jī)信號控制以及信號燈模糊控制都十分適用，可有效解決傳統(tǒng)系統(tǒng)控制中難以解決的問題。因此，在具體的交通信號燈控制系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)中，技術(shù)人員應(yīng)加大力度對電子信息技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，以此來發(fā)揮出該技術(shù)的充分優(yōu)勢，讓交通信號燈的控制真正實現(xiàn)智能化。這對于當(dāng)今交通運(yùn)輸行業(yè)的良好發(fā)展和城市基礎(chǔ)建設(shè)質(zhì)量的提升都將有著非常積極的影響意義。