基于LabVIEW的交通灯系统设计

刘丹 李佳敏

摘 要：汽车普及让人们聚焦交通安全，十字路口作为交通事故发生频繁地段，对十字路口交通灯系统设计的优化升级越来越引人关注。LabVIEW是技术前沿的设计平台，具有易操作、实用性强等优点。本文选用LabVIEW为操作平台，针对小型十字路口的路面状况，构建一个基于LabVIEW的交通灯模拟系统。系统除了能满足车行道的需求外，还针对人行道这一实际情况，对交通灯控制系统做了一定改进和优化，通过数码管显示倒计时和模块化设计的原则，进一步完善和优化小型十字路口交通灯系统。

关键词：LabVIEW;交通灯;人行道

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.038

本文著录格式：刘丹，李佳敏.基于LabVIEW的交通灯系统设计[J].软件，2021，42（02）：123-125

Design of Traffic Light System Based on LabVIEW

LIU Dan， LI Jiamin

（Guangdong University of Education Department of Physics and Information Engineering， Guangzhou  Guangdong  510303）

【Abstract】：The popularization of automobiles allows people to focus on traffic safety， crossroads are areas where traffic accidents occur frequently， the optimization and upgrading of the design of the intersection traffic light system is attracting more and more attention. LabVIEW， as a design platform at the forefront of technology， has the advantages of easy operation and strong practicability. The paper chooses LabVIEW as the operating platform to construct a traffic light simulation system based on LabVIEW in view of the pavement conditions of small intersections. In addition to meeting the needs of the roadway， the system has also made certain improvements and optimizations to the traffic light control system for the actual situation of the sidewalk， through the digital tube display countdown and the principle of modular design， the small-scale intersection traffic light system is further improved and optimized.

【Key words】：LabVIEW; Traffic light; Sidewalk

0 引言

目前，城市交通问题已成为国民的关注点，是解决民生问题，创建幸福生活的一部分。中国人口基数大，加上现如今人们生活水平的提高，汽车个体户急剧增大，道路车流压力急剧增大[1]。交通灯是交叉路口必备装置，为保障人们出行安全和流畅，为城市配备完善并能根据实际情况调整的十字路口交通灯系统尤为重要。对此，升级交通灯系统是解决交通问题的重点之一，只有配备灵活且符合道路实际状况交通灯系统才能进一步解决城市交通安全和交通拥堵问题。以往我国的交通灯系统大都采用嵌入式技术，顺应计算机技术发展的潮流，本文选择车辆拥堵、事故发生频繁的十字路口为设计背景，以LabVIEW为操作平台，设计一个十字路口交通灯系统。

LabVIEW是美国NI公司推出的类似于C和BASIC开发环境的高效率图形化虚拟仪器开发平台[2]，也是目前应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境，同时NI公司每年更新版本，不断进行软件平臺的完善，具备前沿性和新颖性。近几年，随着虚拟仪器在中国推广，LabVIEW软件逐渐占据中国市场的各个部分，如测量监控、自动化技术、电子通信领域等。LabVIEW最大的特点在于它是使用图形化的逻辑编译，即使编程能力薄弱甚至是无基础的学者也能根据前面板的模拟场景和图形化的程序框图读懂程序并且能快速上手[3]。

1 系统设计思路

经道路修建，小型的十字路口只有一个车道并且道路设计右转捷径。这种十字路口只需考虑车辆直行，发生拥挤概率相对较低。基于这样的路面状况，本系统最终确定以“同一方向，车动人动”为设计原则，例如：东西方向车道交通灯亮绿灯，则东西方向人行道交通灯亮绿灯，黄灯为车道反应时间。传统交通灯只红绿二色，灯由红变绿，车由静到动，为了增加交通安全，交通灯设置增加闪烁黄灯为提示信号[4]。

本文小型十字路口交通灯系统循环时间为70秒，亮灯顺序：黄—红—黄—绿—黄，可知黄灯为循环关键，设置一个数值tt，得到的时间信号除2取余数得到0或1，以此作为区分黄灯过后亮灯颜色条件[5]。以南灯为例，黄灯闪烁5秒，南红亮30秒，黄灯闪烁5秒，南绿灯亮30秒，人行道灯只设置红绿二色，南红亮灯时人行道南北方向亮绿灯，流程图如图1所示。

2 设计方案的实现

2.1 前面板设计

LabVIEW前面板即为仿真界面，根据系统设计思路，十字路口交通灯设计前面板则在交汇处四个方向各放置一个交通灯灯牌，红、黄、绿三盏灯构成每个灯牌，车道四个方向一共需要12盏灯，人行道共8盏，每盏灯都设置灯亮颜色（分别为红、黄、绿），灯灭颜色设置为黑色;每个交通灯灯牌添加一个数值显示控件显示倒计时，并且每个系统都放置一个停止按钮来控制突发状况产生，从控制面板中选择一个按钮作为停止按键。车的流放采用的是四相位方式，即按照南北直行并且允许右转和东西直行并且允许右转的通行方式循环切换[6]。

通过进一步研究和设计，将布尔灯控件灯灭颜色设置成透明，并且为了界面清晰四个车道灯倒计时采用同一个数值倒计时，人行道倒计时也如此，整个界面只有两个倒计时呈现，由于本设计倒计时是两位数，因此需要两个布尔灯簇来实现，再加上人行道的倒计时一共需要4个。各方向车道灯与人行道灯在同一时刻亮灯，区别于亮灯颜色不同，为让前面板简洁清晰，本系统只放置两个二位数码管，分别表示车道灯倒计时和人行道灯倒计时。使用工具选板对前面板进行优化，其前面板如图2所示。

2.2 关键技术

2.2.1 时间信号的设计

LabVIEW的计时单元“时间计数器”除以1000取整产生一个以秒为单位的时间信号，将得到的信号除以每个循环所用的时间，本设计是70s，取余数，得到余数的范围0≤t<70。用“判断范围并强制转换”控件可将时间进行范围分类，如图3所示，以时间范围为条件控制相应布尔灯。

2.2.2 布尔灯设计

车道红黄绿灯的亮灭以时间信号的范围为条件用“条件结构”来实现，分析整个交通灯的情况，创建布尔灯“属性节点”在同一时间段内用“常量”对布尔灯进行“开”或“关”的状态控制。例如，时间为t秒（0≤t≤5），南北红灯亮，东西绿灯亮，其余灯关闭。黄灯闪烁是交通灯的提醒标志，在黄灯时间范围内布尔灯在“开”或“关”两种状态中来回切换并且“开”时显示黄色，数值tt取余数来控制黄灯，在tt为奇数或者偶数时“开”，如此使黄灯呈现闪烁状态。整体程序框图如图4所示。

2.2.3 数码管倒计时设计

创建LED子VI，将8个条形布尔灯输出到输出簇中，设置输入数值并将其作为“条件结构”的判断依据，例如：当数值为“0”时，让相应布尔灯亮，使布尔灯簇显示“0”，其余数字同理。倒计时是两位数，把数值进行个位和十位分离出来显示，将LED连接到倒计时子VI中，在程序框图中通过时间范围控制进入相应语句，通过除以10取商表示十位，取余之后再除以1来表示个位。数码管倒计时程序框图如图5所示。

2.3 系统程序框图

设计的程序要简单、直观、易读懂，除了在逻辑语句精简之外，还可通过创建子VI的方式，将整个程序划分为几个部分再整合到主程序中，使程序框图变得精简。交通灯系统程序框图如图6所示。运行发现，伴随着相应的倒计时，交通信号灯交替亮灭，指挥车辆和行人安全通行，符合设计预期。

3 结语

总之，生活中交通灯随处可见，与人们出行安全息息相关。本设计以LabVIEW软件为平台，采用布尔灯组成数码管显示倒计时，运用条件结构、局部变量、While循环等函数设计程序，通过创建子VI转换逻辑语句以此来简化程序框图，最终完成交通灯的设计。本系统具有良好的人机交互界面，可根据十字路口的实时车流量和人流量进行调控和修改，以适应各种交通状况，提高路口的通行效率，确保车辆和行人安全。

参考文献

[1] 王晶，盛建平，杨厚云.中国交通信号控制系统的现状分析及发展思考[J].工业控制计算机，2014（4）：33-35.

[2] 王雪晴，杜豪杰.基于LabVIEW的交通灯仿真设计[J].吉林化工学院学报，2016（1）：19-22.

[3] 刘璐，袁战军，郭静.基于LabVIEW的计算机与单片机的通信设计与实现[J].电子设计工程，2018（23）：7-10+15.

[4] 徐晓龙，温阳，张商州.基于LabVIEW的十字路口交通灯实验系统设计[J].电子设计工程，2017（4）：83-86.

[5] 张鹏展，高航，张冷，等.基于LabVIEW的城市道路交通管制系统设计与仿真[J].电子测试，2018（20）：29-30+129.

[6] 李娣娜，黄同，薛娓娓.一种十字路口交通灯智能控制系統的设计[J].科技资讯，2016（22）：1+3.