交通信號智能指揮模型

李金燁

利用Arduino開發(fā)板，連接紅、黃、綠3個LED發(fā)光模塊，編譯、上傳代碼后LED燈可交替發(fā)亮，這便是一個簡易的模擬交通信號的創(chuàng)客作品。

如果加裝數(shù)字觸摸傳感器、MIC聲音傳感器、紅外線傳感器等組件，作品的智能程度會更高。

現(xiàn)實生活中，交通信號燈交替發(fā)亮是如何設計的？我以十字型路口、左轉先于直行的模式進行說明。

在十字型路口處（不考慮右轉彎存在信號燈）的運行情況是這樣的：首先，南北方向左轉綠燈亮m1秒，黃燈亮3秒，之后變成紅燈。然后南北方向直行綠燈亮n1秒，黃燈亮3秒，之后變成紅燈。接著，東西方向左轉綠燈亮m2秒，黃燈亮3秒；然后東西方向直行綠燈亮n2秒，接著黃燈亮3秒，之后變成紅燈。

信號燈的指示就是通過這種循環(huán)模式完成的，它的規(guī)律性較強，能讓車輛有序通行。但是，這種方式的缺點在于，不論各方向的車流量如何變化，它都只按設定的時間依次運轉，在某個方向明顯無車也照樣開放綠燈與黃燈的固定時間內(nèi)，車流量大的方向的車輛卻在等紅燈，影響通行效率。

針對這種情況，能不能用Arduino開發(fā)板及相關組件設計出優(yōu)化的交通信號指揮模型？

該模型設計的基本原則是依照預設時間運轉信號燈，根據(jù)車流量的變化適時調(diào)整信號燈。

具體實施辦法是，當某個方向綠燈開啟時，雖然未達到預設時間，若本方向再無通行車輛，偵測其他方向是否有需要通行的車輛，若有則轉換為黃燈3秒，之后變成紅燈。即將達到預設時間時，偵測其他方向是否有需要通行的車輛，若無則本方向綠燈繼續(xù)亮至車輛通行結束后轉換為黃燈，若偵測到其他方向有需要通行的車輛，則雖本方向車輛通行未結束也立即轉換為黃燈。達到預設時間時，若本方向無需要通行的車輛或所有方向均無需要通行的車輛，則信號燈按原設定運轉。

構建交通信號指揮模型需要的器材有Arduino開發(fā)板，紅、黃、綠色LED發(fā)光模塊，轉GPIO擴展版，紅外遙控器套件，3P連接線等。

基本思路是用紅外遙控器套件輸入數(shù)據(jù)，模擬十字路口各方向左轉和直行車輛數(shù)，利用為Arduino開發(fā)板定制的編程工具ArduBlock編寫程序，實現(xiàn)對交通信號燈（LED發(fā)光模塊）的智能控制。

按照南北方向左轉、南北方向直行、東西方向左轉和東西方向直行分組，實現(xiàn)交通信號燈智能控制的基礎偽代碼（以某一方向綠燈開啟為例）如下。

While 其他方向無通行車輛

{

Repeat

本車道綠燈開啟

Until 本方向無通行車輛

Repeat

本車道綠燈開啟

Until 本方向預設綠燈時間到

}

While 其他方向有通行車輛

{

Repeat

本車道綠燈開啟

Until 本方向預設綠燈時間到 or 本方向無通行車輛

}

本車道轉換為黃燈3秒

本車道轉換為紅燈

下一方向綠燈開啟并延時3秒

將以上分組各項再一分為二，如將“南北方向左轉”分為“南往西左轉”和“北往東左轉”，智能控制的效率會進一步提升。

利用Arduino開發(fā)板，我構建了交通信號智能指揮模型。將這一探究成果應用于現(xiàn)實交通指揮中，可提高效率、減少擁堵。

這里所述只是用Arduino開發(fā)板構建解決問題的模型，要想解決現(xiàn)實問題，還應從單片機、寄存器層面深層次入手。（指導老師：孫國強）