交通信号智能指挥模型

李金烨

利用Arduino开发板，连接红、黄、绿3个LED发光模块，编译、上传代码后LED灯可交替发亮，这便是一个简易的模拟交通信号的创客作品。

如果加装数字触摸传感器、MIC声音传感器、红外线传感器等组件，作品的智能程度会更高。

现实生活中，交通信号灯交替发亮是如何设计的？我以十字型路口、左转先于直行的模式进行说明。

在十字型路口处（不考虑右转弯存在信号灯）的运行情况是这样的：首先，南北方向左转绿灯亮m1秒，黄灯亮3秒，之后变成红灯。然后南北方向直行绿灯亮n1秒，黄灯亮3秒，之后变成红灯。接着，东西方向左转绿灯亮m2秒，黄灯亮3秒；然后东西方向直行绿灯亮n2秒，接着黄灯亮3秒，之后变成红灯。

信号灯的指示就是通过这种循环模式完成的，它的规律性较强，能让车辆有序通行。但是，这种方式的缺点在于，不论各方向的车流量如何变化，它都只按设定的时间依次运转，在某个方向明显无车也照样开放绿灯与黄灯的固定时间内，车流量大的方向的车辆却在等红灯，影响通行效率。

针对这种情况，能不能用Arduino开发板及相关组件设计出优化的交通信号指挥模型？

该模型设计的基本原则是依照预设时间运转信号灯，根据车流量的变化适时调整信号灯。

具体实施办法是，当某个方向绿灯开启时，虽然未达到预设时间，若本方向再无通行车辆，侦测其他方向是否有需要通行的车辆，若有则转换为黄灯3秒，之后变成红灯。即将达到预设时间时，侦测其他方向是否有需要通行的车辆，若无则本方向绿灯继续亮至车辆通行结束后转换为黄灯，若侦测到其他方向有需要通行的车辆，则虽本方向车辆通行未结束也立即转换为黄灯。达到预设时间时，若本方向无需要通行的车辆或所有方向均无需要通行的车辆，则信号灯按原设定运转。

构建交通信号指挥模型需要的器材有Arduino开发板，红、黄、绿色LED发光模块，转GPIO扩展版，红外遥控器套件，3P连接线等。

基本思路是用红外遥控器套件输入数据，模拟十字路口各方向左转和直行车辆数，利用为Arduino开发板定制的编程工具ArduBlock编写程序，实现对交通信号灯（LED发光模块）的智能控制。

按照南北方向左转、南北方向直行、东西方向左转和东西方向直行分组，实现交通信号灯智能控制的基础伪代码（以某一方向绿灯开启为例）如下。

While 其他方向无通行车辆

{

Repeat

本车道绿灯开启

Until 本方向无通行车辆

Repeat

本车道绿灯开启

Until 本方向预设绿灯时间到

}

While 其他方向有通行车辆

{

Repeat

本车道绿灯开启

Until 本方向预设绿灯时间到 or 本方向无通行车辆

}

本车道转换为黄灯3秒

本车道转换为红灯

下一方向绿灯开启并延时3秒

将以上分组各项再一分为二，如将“南北方向左转”分为“南往西左转”和“北往东左转”，智能控制的效率会进一步提升。

利用Arduino开发板，我构建了交通信号智能指挥模型。将这一探究成果应用于现实交通指挥中，可提高效率、减少拥堵。

这里所述只是用Arduino开发板构建解决问题的模型，要想解决现实问题，还应从单片机、寄存器层面深层次入手。（指导老师：孙国强）