基于电子信息技术的智能交通信号灯控制系统的设计

刘信虎

江苏省滨海中等专业学校，江苏 盐城 224500

0 引言

智能交通信号灯在城市交通中的应用越来越广泛，能够有效提升车辆运行的畅通性和安全性，具有显著的应用效果[1]。但是，在智能交通信号灯的实际应用过程中，仍然需要积极引进电子信息技术等先进科学技术，以提升信号灯的应用效果。电子信息技术在智能交通信号灯中的应用涉及单片机、PLC、虚拟器等设施，这些硬件和软件设施的共同作用使信号灯更加智能化，对城市交通行业的发展起到了一定的推动作用[2]。

1 智能交通信号灯概述

智能交通信号灯是引导行人和车辆规范通行的重要指示物，能够保障各种车辆在不同交通方向上有条不紊地顺畅通行[3]。一般情况下，智能交通信号灯包括交通信号系统、信号的发射和接收装置等。智能交通信号灯的颜色是通用的红色、黄色和绿色，其中红色代表禁止通行，绿色代表允许通行，黄灯则起到警示作用。智能交通信号灯的运行有效地保障了城市交通道路的规范通行，使城市道路交通按照既定的规则秩序运行，不仅提高了城市道路的通行效率，而且能够有效减少交通事故。智能交通信号灯需要根据城市道路的实际交通状况来设定，设置智能交通信号灯时需要综合分析、判断该路段的人流情况、车流量、道路路况等，以确定其是否需要增设交通信号灯，从而合理疏导该路段的车辆、行人，保障交通秩序[4]。

2 智能交通信号灯控制系统的基本构件

2.1 红外遥感震荡发射电路

智能交通信号灯在不同交通道路方向上的变化频率和变化时间不同，需要根据不同方向上的路况进行控制。实现这种控制功能的主要硬件设施是红外遥感震荡发射电路。红外遥感震荡发射电路主要包括外接的陶瓷谐波振荡器、电容器和遥控发射器等部件，系统中各个部分共同配合可以实现不同脉冲宽度载频信号的发送[5]。

2.2 接收器中的解调模块

通常情况下，智能交通信号灯控制系统的功能既包括信号的发射，也包括信号的接收，主要使用单片机发射信号，使用解调模块接收信号。在接收信号的基础上，解调模块还可以对接收到的信号进行译码编辑，实现对接收信号的解调和放大处理，然后将相关操作信号传输到控制机，实现对服务程序运行与终端的有效控制。

2.3 CAN总线及接口模块

CAN总线及接口模块是一种控制装置，主要用来保障各个控制动作的实现。同时，CAN总线接口和总线收发器还可以在一定程度上屏蔽外界不良因素对信号的干扰。通常情况下，CAN总线收发器中会配置高速光电隔离器芯片，应用该芯片可以保障控制系统的电气隔离效果。在CAN总线中应用的电源要保持在隔离状态，否则会影响CAN总线的实际应用效果。

3 电子信息技术在智能交通信号灯控制系统中的应用意义

近年来，电子信息技术在社会各个领域发挥着重要的作用。为满足现代交通的应用需求，电子信息技术在智能交通信号灯控制中得到应用，其效果十分显著，应用前景也比较广阔。在智能交通信号灯控制系统中应用电子信息技术时，需要遵循交通管理的相关机制与原则。同时，电子信息技术的应用需要依靠软件和硬件系统的共同作用，通过虚拟化系统与控制系统的有效连接，构建科学、高效的自动化系统，实现对各个执行系统的指挥与操作，保证整个交通系统的联通。

电子信息技术在智能交通信号灯控制系统中的应用，可以使信号灯的运行更加智能化，可以根据交通现状进行灵活的调整与控制信号灯，最大限度地保证交通信号灯处于正常工作状态，有效缩短不同道路方向上的车辆和行人的行驶时间，提高道路行驶的交通效率和交通安全性。通常情况下，传统的交通信号灯在固有周期时间内反复变化信号灯颜色。这种应用模式操作相对简单，但是缺乏一定的灵活性，一旦路口交通陷入堵塞混乱状态，交通信号灯不能给予科学合理的指示，反而会造成路况的进一步恶化。采用智能化的交通信号灯能够科学有效地进行智能化的分析和操作，从而满足当前城市化交通的需求。这种智能化的运行系统需要在交通数据信息采集的基础上，利用智能算法科学地分析和预测交通状况，进而调节和控制智能交通信号的参数。电子信息技术还可以通过计算机测绘系统高效连接交通信号灯与计算机，实现计算机的数据交互。在虚拟系统的支撑下，使用电子信息技术能够自动化地测量、记录和处理交通数据信息。同时，可以实时获取交通数据信息，这显著提高了道路交通信号灯的运行效率。电子信息技术的应用编程比较简单，应用过程中不需要配置太多的硬件，因此其应用成本相对较低。

4 基于电子信息技术的智能交通信号灯的控制策略

应用电子信息技术时，可以通过智能化算法实现对智能交通信号灯的智能化控制，其中的核心算法包括遗传算法、模糊逻辑算法、改进强化学习算法、神经网络算法等。这些算法在实际应用过程中既可以独立使用，也可以相互配合使用。电子信息技术对交通信号灯的控制不停留在循环控制操作的层面上，而是可以根据道路实际交通状况实时更新相关规则，以实现智能化的指挥与控制。这样，相关人员可以结合道路路况和实际需求对相关系统进行专门的操作与定义，具有一定的灵活性和可操作性。

4.1 单片机信号控制策略

单片机信号的控制策略是在电子信息技术的支撑下通过多段式控制法来解决相关问题，这种应用方法被称作感应定时信号控制法。感应定时信号控制法可以精确地统计与记录红绿灯的转换时间和持续时间。同时，还可以汇总与对比不同地理位置或者不同工作周期内的相关参数信息，这样可以及时发现存在的问题。如果红绿灯的转换时间过长或者过短，则证明所处位置的交通运行情况不稳定，需要进一步采取相关的执行措施来加以干预，使智能交通信号灯能够满足不同时间或者不同路段条件下的交通运行需求。

4.2 红绿灯模糊控制策略

红绿灯模糊控制策略需要通过电子信息技术与编程共同实现，可以实现对交通信号灯的有效控制，使其精准运行，以保障交通的安全性和顺畅性，并减少超速或者堵车等交通问题的出现。在实际交通通行中，主要依靠单片机感应控制来检查车辆数据，然后需要对交通数据信息进行科学的计算与分析，并预判不同时刻或者不同交通道路路口位置所需的交通信号灯模式，使其最大限度地与当前的交通状况相匹配。例如，在特定时间段内，十字路口横向方向上的车流量要远高于纵向方向上的车流量，这时候需要采用非实时控制形式来控制该路口位置的交通信号灯，可以适当地延长横向上的交通信号灯的工作时间，并将纵向上的交通信号灯调整成空等状态。这种交通信号灯的动作控制需要借助电子信息技术来实现。

5 基于电子信息技术的智能交通信号灯控制系统的具体设计

在普通的交通路口位置，通常会设置两个智能交通信号灯，以实现对两个方向上的车辆的控制。智能交通信号灯的常规操作是如果横向方向上显示红灯，则纵向方向上需要显示绿灯。不论是哪个方向上的红灯和绿灯，在相互转换期间都需要借助黄灯来过渡。在交通信号灯的亮灯时间控制方面，需要根据该路口位置和具体时间段的交通流量来灵活调整。在白天车流量较大的情况下，需要适当缩短红绿灯之间的转换时间，以减少交通堵塞的问题；在晚上车流量相对较少且照明条件不好的情况下，需要适当延长红绿灯转换时间，以保障夜间行车的安全性。

在智能交通信号灯控制系统中应用电子信息技术，其根本目的在于实现对交通状况的有效监控，进而合理调整交通信号灯的工作状态，其作用的实现需要依靠监控数据传输、系统数据处理和动作控制等。控制系统中的硬件设备和软件系统需要相互配合，以保证信号传输的稳定性。该智能化控制系统的组成主要包括交通控制终端模块、交通灯电源管理模块、定时显示模块、数据采集模块和交通控制中心模块。

5.1 交通控制终端模块

交通控制终端模块主要用于控制交通信号灯之间的转换时间。智能交通控制终端模块的基本框架以Lab Window/CVI为基础，这种系统框架结构的应用优势在于具有良好的灵活性，能够满足电子信息技术中虚拟仪器的实际应用需求。同时，在该框架体系下，不同模块和框架之间的顺序结构可以实现灵活的调整，可以通过创建局部变量来实现交通信号灯之间的转换。Lab Window/CVI设有定时器，主要用来设置与控制信号灯的持续时间，红灯和绿灯作为主要的信号指示灯，其工作持续时间通常设置成3 s，黄灯因为作用的不同，其持续时间默认值是2 s。不同信号灯之间工作状态的转换主要通过调整顺序结构来实现，而信号灯工作状态的终止则是通过调整布尔按钮来实现，这些操作都由智能交通控制终端模块完成。

5.2 交通灯电源管理和定时显示模块

交通灯电源管理和定时显示模块都属于中间转换模块，一方面，可以将相关控制信息传输到计算机系统，以供计算机系统进行数据分析与决策；另一方面，可以将计算机分析判断后的决策指令传输到交通信号灯，使其根据指令进行相应的调整。

5.3 数据采集模块

数据采集模块可以实时监控当前位置的交通状况，实时收集交通图像信息，并将其传输到交通控制中心模块。

5.4 交通控制中心模块

交通控制中心模块可以根据获取的交通信息和交通信号灯的工作状态信息控制交通信号灯的执行动作，同时，在交通信号灯的工作过程中，如果出现异常情况，交通控制中心模块会自动发出故障预警，以尽量缩短交通信号灯的故障时间。

智能交通控制中心模块作为智能交通信号灯控制系统的核心部分，可以分析、判断交通数据信息，以此获取交通信号灯的当前工作状态，并控制交通信号灯的工作状态。当智能交通信号灯出现异常时，智能交通控制中心模块可以根据其状态信息来分析故障问题。如果运行故障的原因在于运行调控不当，交通控制中心模块可以针对故障的表现情况，调整相关数据信息，这种调控作用的核心在于设置逻辑电路。如果运行故障的原因在于硬件设备出现损伤，则无法依靠模块的自身调控来解决，这时候模块会发出报警信号，提示工作人员设备需要进行维修或者更换。智能交通控制中心模块在发出故障报警的同时，也会对故障点进行自动判断与定位，这种智能化的操作减少了控制系统的维修排查工作量，缩短了控制系统的故障时间，为智能交通信号灯的正常工作提供了保障。

6 结束语

综上所述，在智能交通信号灯控制系统中应用电子信息技术能够提升信号灯的智能化水平。电子信息技术作为一种虚拟仪器技术，能够综合运用计算机技术、电子技术、信息技术等实现智能控制系统的硬件功能。这就需要相关人员从电子信息技术的应用原理和特点出发，采取专业化的算法和控制策略对智能交通信号灯的控制系统进行优化升级，从而显著提升智能交通信号灯的应用效果。加强电子信息技术在智能交通信号灯控制系统中的应用是满足当前复杂的城市交通需求的必要措施，智能化的交通信号控制可以保障城市交通通行的顺畅性和安全性，对于缓解现代城市交通压力十分有效，也为交通行业的良好发展和城市的现代化建设提供了重要的技术支撑。