智能交通信号灯的设计

智能交通信号灯的设计

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时间：2013-5-18

智能交通信号灯的设计

一、引言

实现路口信号灯控制系统的方法很多，可以用可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等实现。但其功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了设计难度。提出基于labview的智能交通灯控制系统，可实现3种颜色灯的交替点亮、各种信息提示、实时监测交通灯工作状态等功能。不仅编程简单、灵活、可靠性高，而且成本低、具有良好的经济效益。为实现交通系统智能控制提供了一条新途径。

二、设计思路

近年来，在快速城市化进程和经济发展的影响下，城市交通迅速增长，交通问题成为困扰许多大城市发展的通病，已成为日趋严峻的国际性问题。其中，十字路口则是造成交通堵塞的主要”瓶颈”。世界发达国家都在积极探索如何最大限度地发挥道路通行能力，尽量减少交通堵塞造成的各种损失。实现十字路口信号灯控制系统的方法有很多，可以通过可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等方案实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了设计难度，提高了设计成本。随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和仪器控制领域得到广泛应用，促进并推动测试系统和测量控制的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。”软件就是仪器”已经成为测试与测量技术发展的重要标志。

我们设计了基于labview的智能交通灯控制系统，该系统可实现3种颜色灯的交替点亮，通过信息提示指挥车辆和行人安全通行，并能实时监测交通灯工作状态。该系统不仅编程简单、灵活、具有较高的可靠性，而且成本低、具有良好的经济效益。

三、具体设计方案

3.1LabView前面板设计

所需控件：

1）十字路口需设置两组交通信号灯，分别为红绿黄三种颜色，故共需要6个布尔型指示灯。将六个指示灯拖到前面板上，拖动以改变其大小，再

右击选择属性改变其颜色，分别设置为红黄绿。

2）再选取六个数值显示控件，用来显示各个指示灯亮时间。

下图为智能交通控制系统终端模块的用户前面板界面设计图。

图1 初始状态下前面板设计图

3.2 程序框图设计

为了要完成设计任务，需要完成以下要点：

1)同一路口灯亮顺序的控制

在红绿灯控制系统中，红绿黄灯的亮灯顺序是固定的，即假设初始状态为红灯，接下来是绿灯，黄灯。在labview环境下，由于顺序框架的使用比较灵活，在编辑状态时可以很容易的改变层叠式顺序结构各框架的顺序。鉴于以上因素，该模块主要通过顺序结构实现信号灯的交替点亮。而对于两个交叉路口则需要采用两个顺序结构，而每个顺序结构则需要三个帧，每个帧顺序完成红绿黄信号灯的亮与灭。

2）两个交叉路口的信号对应关系

图2 两个交叉路口的信号对应关系

为了保障交通有序进行，在十字路口处需设置两组交通信号灯分别控制交叉口不同方向的交通。当一个方向的红灯亮时，其交叉方向对应绿灯亮，过渡阶段黄灯亮，反之亦然。如上图所示。

由上图可以看出两个交叉路口的信号对应关系，由此对应关系则很容易可以确定顺序结构各帧的顺序。如下图所示。

图3 顺序结构设计

3）定时控制

完成上述分析后，还需要对红绿灯的定时系统进行设计。这里假设红、绿、黄灯的持续时间分别设置为30秒、4秒、26秒。选择执行过程控制函数已用时间(Express VI)来进行定时。时间延迟设为0s。具体设计框图如下图所示，当定时时间未到设定值时，结束标志为假，通过分枝结构判断，对应信号灯亮;当定时时间到，即已用时间到达设定值时，结束标志为真，通过分支结构判断：对应信号灯灭。为了便于下一次循环，整个结构需放在while循环当中。当已用时间大于设定值时，跳出循环，转入下一帧继续执行。路口一的黄灯定时设计程序入下图所示。其它信号灯得设计思路与此类似，在此不必赘述。

图4 路口1红灯定时设计程序

4）总设计程序框图

图5 总设计程序框图

四、调试

完成前面板及设计程序后，就可以进行调试了。

4.1调试步骤：

1) 初始化。实现将各信号灯置于关状态，将各时间显示清零。

2) 单击连续运行开始调试。

4.2调试结果

如下图所示

图6 路口一红灯亮，路口2绿灯亮

图7 路口一红灯依然亮，路口二是黄灯

图8路口一黄灯亮路口二红灯亮

图9 路口一绿灯亮路口二依然是红灯亮

图10

五、结束语

尽管交通控制系统已有了长足的进展，但相对于城市的迅速扩展、路网规模迅速扩大和车辆急剧增多，交通控制系统仍显滞后。本文创新之处在于：设计了一种基于LabvIEw的智能交通信号灯控制系统，通过一种最基本、最简单的交通灯设计情况，可实现交叉口3种颜色信号灯的交替点亮、持续时间设置等控制，可以实时监测交通系统工作状态，指挥车辆和行人安全通行。该控制系统设计简单、性能稳定、实时性强。通过在控制和监测处放置一台PC机和简单的外设即可实现。从而为实现交通系统智能控制提供了一条新途径。

系统目前仍存在不完善之处：不能根据十字路口不同方向车流情况及停车拥堵情况实现自动控制车辆左、右转弯以缓解交通负荷的功能。并且，当其中的一个灯坏时，会影响其他灯的使用。但是，随着系统设计及程序的进一步扩展，将会逐步完善，从而真正实现路口信号灯智能化、人性化控制。

在这一次的程序设计加深了我对Labview软件的了解，也在其中获得了许多知识。同时，也感受到了虚拟仪器的优越性，软件即仪器，仅仅在Labview 面板上写入一些图形程序，就能实现相应的仪器的功能，过程中只需要一台计算机，一个Labview软件，可以完成许多仪器的功能。这让我见识到了虚拟仪器的强大功能