基于電子信息技術的智能交通信號燈控制系統的設計

劉信虎

江蘇省濱海中等專業學校，江蘇 鹽城 224500

0 引言

智能交通信號燈在城市交通中的應用越來越廣泛，能夠有效提升車輛運行的暢通性和安全性，具有顯著的應用效果[1]。但是，在智能交通信號燈的實際應用過程中，仍然需要積極引進電子信息技術等先進科學技術，以提升信號燈的應用效果。電子信息技術在智能交通信號燈中的應用涉及單片機、PLC、虛擬器等設施，這些硬件和軟件設施的共同作用使信號燈更加智能化，對城市交通行業的發展起到了一定的推動作用[2]。

1 智能交通信號燈概述

智能交通信號燈是引導行人和車輛規范通行的重要指示物，能夠保障各種車輛在不同交通方向上有條不紊地順暢通行[3]。一般情況下，智能交通信號燈包括交通信號系統、信號的發射和接收裝置等。智能交通信號燈的顏色是通用的紅色、黃色和綠色，其中紅色代表禁止通行，綠色代表允許通行，黃燈則起到警示作用。智能交通信號燈的運行有效地保障了城市交通道路的規范通行，使城市道路交通按照既定的規則秩序運行，不僅提高了城市道路的通行效率，而且能夠有效減少交通事故。智能交通信號燈需要根據城市道路的實際交通狀況來設定，設置智能交通信號燈時需要綜合分析、判斷該路段的人流情況、車流量、道路路況等，以確定其是否需要增設交通信號燈，從而合理疏導該路段的車輛、行人，保障交通秩序[4]。

2 智能交通信號燈控制系統的基本構件

2.1 紅外遙感震蕩發射電路

智能交通信號燈在不同交通道路方向上的變化頻率和變化時間不同，需要根據不同方向上的路況進行控制。實現這種控制功能的主要硬件設施是紅外遙感震蕩發射電路。紅外遙感震蕩發射電路主要包括外接的陶瓷諧波振蕩器、電容器和遙控發射器等部件，系統中各個部分共同配合可以實現不同脈沖寬度載頻信號的發送[5]。

2.2 接收器中的解調模塊

通常情況下，智能交通信號燈控制系統的功能既包括信號的發射，也包括信號的接收，主要使用單片機發射信號，使用解調模塊接收信號。在接收信號的基礎上，解調模塊還可以對接收到的信號進行譯碼編輯，實現對接收信號的解調和放大處理，然后將相關操作信號傳輸到控制機，實現對服務程序運行與終端的有效控制。

2.3 CAN總線及接口模塊

CAN總線及接口模塊是一種控制裝置，主要用來保障各個控制動作的實現。同時，CAN總線接口和總線收發器還可以在一定程度上屏蔽外界不良因素對信號的干擾。通常情況下，CAN總線收發器中會配置高速光電隔離器芯片，應用該芯片可以保障控制系統的電氣隔離效果。在CAN總線中應用的電源要保持在隔離狀態，否則會影響CAN總線的實際應用效果。

3 電子信息技術在智能交通信號燈控制系統中的應用意義

近年來，電子信息技術在社會各個領域發揮著重要的作用。為滿足現代交通的應用需求，電子信息技術在智能交通信號燈控制中得到應用，其效果十分顯著，應用前景也比較廣闊。在智能交通信號燈控制系統中應用電子信息技術時，需要遵循交通管理的相關機制與原則。同時，電子信息技術的應用需要依靠軟件和硬件系統的共同作用，通過虛擬化系統與控制系統的有效連接，構建科學、高效的自動化系統，實現對各個執行系統的指揮與操作，保證整個交通系統的聯通。

電子信息技術在智能交通信號燈控制系統中的應用，可以使信號燈的運行更加智能化，可以根據交通現狀進行靈活的調整與控制信號燈，最大限度地保證交通信號燈處于正常工作狀態，有效縮短不同道路方向上的車輛和行人的行駛時間，提高道路行駛的交通效率和交通安全性。通常情況下，傳統的交通信號燈在固有周期時間內反復變化信號燈顏色。這種應用模式操作相對簡單，但是缺乏一定的靈活性，一旦路口交通陷入堵塞混亂狀態，交通信號燈不能給予科學合理的指示，反而會造成路況的進一步惡化。采用智能化的交通信號燈能夠科學有效地進行智能化的分析和操作，從而滿足當前城市化交通的需求。這種智能化的運行系統需要在交通數據信息采集的基礎上，利用智能算法科學地分析和預測交通狀況，進而調節和控制智能交通信號的參數。電子信息技術還可以通過計算機測繪系統高效連接交通信號燈與計算機，實現計算機的數據交互。在虛擬系統的支撐下，使用電子信息技術能夠自動化地測量、記錄和處理交通數據信息。同時，可以實時獲取交通數據信息，這顯著提高了道路交通信號燈的運行效率。電子信息技術的應用編程比較簡單，應用過程中不需要配置太多的硬件，因此其應用成本相對較低。

4 基于電子信息技術的智能交通信號燈的控制策略

應用電子信息技術時，可以通過智能化算法實現對智能交通信號燈的智能化控制，其中的核心算法包括遺傳算法、模糊邏輯算法、改進強化學習算法、神經網絡算法等。這些算法在實際應用過程中既可以獨立使用，也可以相互配合使用。電子信息技術對交通信號燈的控制不停留在循環控制操作的層面上，而是可以根據道路實際交通狀況實時更新相關規則，以實現智能化的指揮與控制。這樣，相關人員可以結合道路路況和實際需求對相關系統進行專門的操作與定義，具有一定的靈活性和可操作性。

4.1 單片機信號控制策略

單片機信號的控制策略是在電子信息技術的支撐下通過多段式控制法來解決相關問題，這種應用方法被稱作感應定時信號控制法。感應定時信號控制法可以精確地統計與記錄紅綠燈的轉換時間和持續時間。同時，還可以匯總與對比不同地理位置或者不同工作周期內的相關參數信息，這樣可以及時發現存在的問題。如果紅綠燈的轉換時間過長或者過短，則證明所處位置的交通運行情況不穩定，需要進一步采取相關的執行措施來加以干預，使智能交通信號燈能夠滿足不同時間或者不同路段條件下的交通運行需求。

4.2 紅綠燈模糊控制策略

紅綠燈模糊控制策略需要通過電子信息技術與編程共同實現，可以實現對交通信號燈的有效控制，使其精準運行，以保障交通的安全性和順暢性，并減少超速或者堵車等交通問題的出現。在實際交通通行中，主要依靠單片機感應控制來檢查車輛數據，然后需要對交通數據信息進行科學的計算與分析，并預判不同時刻或者不同交通道路路口位置所需的交通信號燈模式，使其最大限度地與當前的交通狀況相匹配。例如，在特定時間段內，十字路口橫向方向上的車流量要遠高于縱向方向上的車流量，這時候需要采用非實時控制形式來控制該路口位置的交通信號燈，可以適當地延長橫向上的交通信號燈的工作時間，并將縱向上的交通信號燈調整成空等狀態。這種交通信號燈的動作控制需要借助電子信息技術來實現。

5 基于電子信息技術的智能交通信號燈控制系統的具體設計

在普通的交通路口位置，通常會設置兩個智能交通信號燈，以實現對兩個方向上的車輛的控制。智能交通信號燈的常規操作是如果橫向方向上顯示紅燈，則縱向方向上需要顯示綠燈。不論是哪個方向上的紅燈和綠燈，在相互轉換期間都需要借助黃燈來過渡。在交通信號燈的亮燈時間控制方面，需要根據該路口位置和具體時間段的交通流量來靈活調整。在白天車流量較大的情況下，需要適當縮短紅綠燈之間的轉換時間，以減少交通堵塞的問題；在晚上車流量相對較少且照明條件不好的情況下，需要適當延長紅綠燈轉換時間，以保障夜間行車的安全性。

在智能交通信號燈控制系統中應用電子信息技術，其根本目的在于實現對交通狀況的有效監控，進而合理調整交通信號燈的工作狀態，其作用的實現需要依靠監控數據傳輸、系統數據處理和動作控制等。控制系統中的硬件設備和軟件系統需要相互配合，以保證信號傳輸的穩定性。該智能化控制系統的組成主要包括交通控制終端模塊、交通燈電源管理模塊、定時顯示模塊、數據采集模塊和交通控制中心模塊。

5.1 交通控制終端模塊

交通控制終端模塊主要用于控制交通信號燈之間的轉換時間。智能交通控制終端模塊的基本框架以Lab Window/CVI為基礎，這種系統框架結構的應用優勢在于具有良好的靈活性，能夠滿足電子信息技術中虛擬儀器的實際應用需求。同時，在該框架體系下，不同模塊和框架之間的順序結構可以實現靈活的調整，可以通過創建局部變量來實現交通信號燈之間的轉換。Lab Window/CVI設有定時器，主要用來設置與控制信號燈的持續時間，紅燈和綠燈作為主要的信號指示燈，其工作持續時間通常設置成3 s，黃燈因為作用的不同，其持續時間默認值是2 s。不同信號燈之間工作狀態的轉換主要通過調整順序結構來實現，而信號燈工作狀態的終止則是通過調整布爾按鈕來實現，這些操作都由智能交通控制終端模塊完成。

5.2 交通燈電源管理和定時顯示模塊

交通燈電源管理和定時顯示模塊都屬于中間轉換模塊，一方面，可以將相關控制信息傳輸到計算機系統，以供計算機系統進行數據分析與決策；另一方面，可以將計算機分析判斷后的決策指令傳輸到交通信號燈，使其根據指令進行相應的調整。

5.3 數據采集模塊

數據采集模塊可以實時監控當前位置的交通狀況，實時收集交通圖像信息，并將其傳輸到交通控制中心模塊。

5.4 交通控制中心模塊

交通控制中心模塊可以根據獲取的交通信息和交通信號燈的工作狀態信息控制交通信號燈的執行動作，同時，在交通信號燈的工作過程中，如果出現異常情況，交通控制中心模塊會自動發出故障預警，以盡量縮短交通信號燈的故障時間。

智能交通控制中心模塊作為智能交通信號燈控制系統的核心部分，可以分析、判斷交通數據信息，以此獲取交通信號燈的當前工作狀態，并控制交通信號燈的工作狀態。當智能交通信號燈出現異常時，智能交通控制中心模塊可以根據其狀態信息來分析故障問題。如果運行故障的原因在于運行調控不當，交通控制中心模塊可以針對故障的表現情況，調整相關數據信息，這種調控作用的核心在于設置邏輯電路。如果運行故障的原因在于硬件設備出現損傷，則無法依靠模塊的自身調控來解決，這時候模塊會發出報警信號，提示工作人員設備需要進行維修或者更換。智能交通控制中心模塊在發出故障報警的同時，也會對故障點進行自動判斷與定位，這種智能化的操作減少了控制系統的維修排查工作量，縮短了控制系統的故障時間，為智能交通信號燈的正常工作提供了保障。

6 結束語

綜上所述，在智能交通信號燈控制系統中應用電子信息技術能夠提升信號燈的智能化水平。電子信息技術作為一種虛擬儀器技術，能夠綜合運用計算機技術、電子技術、信息技術等實現智能控制系統的硬件功能。這就需要相關人員從電子信息技術的應用原理和特點出發，采取專業化的算法和控制策略對智能交通信號燈的控制系統進行優化升級，從而顯著提升智能交通信號燈的應用效果。加強電子信息技術在智能交通信號燈控制系統中的應用是滿足當前復雜的城市交通需求的必要措施，智能化的交通信號控制可以保障城市交通通行的順暢性和安全性，對于緩解現代城市交通壓力十分有效，也為交通行業的良好發展和城市的現代化建設提供了重要的技術支撐。