基于LabVIEW的交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉丹 李佳敏

摘 要：汽車普及讓人們聚焦交通安全，十字路口作為交通事故發(fā)生頻繁地段，對(duì)十字路口交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化升級(jí)越來(lái)越引人關(guān)注。LabVIEW是技術(shù)前沿的設(shè)計(jì)平臺(tái)，具有易操作、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文選用LabVIEW為操作平臺(tái)，針對(duì)小型十字路口的路面狀況，構(gòu)建一個(gè)基于LabVIEW的交通燈模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)除了能滿足車行道的需求外，還針對(duì)人行道這一實(shí)際情況，對(duì)交通燈控制系統(tǒng)做了一定改進(jìn)和優(yōu)化，通過(guò)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)和模塊化設(shè)計(jì)的原則，進(jìn)一步完善和優(yōu)化小型十字路口交通燈系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW;交通燈;人行道

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.038

本文著錄格式：劉丹，李佳敏.基于LabVIEW的交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件，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，城市交通問(wèn)題已成為國(guó)民的關(guān)注點(diǎn)，是解決民生問(wèn)題，創(chuàng)建幸福生活的一部分。中國(guó)人口基數(shù)大，加上現(xiàn)如今人們生活水平的提高，汽車個(gè)體戶急劇增大，道路車流壓力急劇增大[1]。交通燈是交叉路口必備裝置，為保障人們出行安全和流暢，為城市配備完善并能根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整的十字路口交通燈系統(tǒng)尤為重要。對(duì)此，升級(jí)交通燈系統(tǒng)是解決交通問(wèn)題的重點(diǎn)之一，只有配備靈活且符合道路實(shí)際狀況交通燈系統(tǒng)才能進(jìn)一步解決城市交通安全和交通擁堵問(wèn)題。以往我國(guó)的交通燈系統(tǒng)大都采用嵌入式技術(shù)，順應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的潮流，本文選擇車輛擁堵、事故發(fā)生頻繁的十字路口為設(shè)計(jì)背景，以LabVIEW為操作平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈系統(tǒng)。

LabVIEW是美國(guó)NI公司推出的類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境的高效率圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)[2]，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，同時(shí)NI公司每年更新版本，不斷進(jìn)行軟件平臺(tái)的完善，具備前沿性和新穎性。近幾年，隨著虛擬儀器在中國(guó)推廣，LabVIEW軟件逐漸占據(jù)中國(guó)市場(chǎng)的各個(gè)部分，如測(cè)量監(jiān)控、自動(dòng)化技術(shù)、電子通信領(lǐng)域等。LabVIEW最大的特點(diǎn)在于它是使用圖形化的邏輯編譯，即使編程能力薄弱甚至是無(wú)基礎(chǔ)的學(xué)者也能根據(jù)前面板的模擬場(chǎng)景和圖形化的程序框圖讀懂程序并且能快速上手[3]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

經(jīng)道路修建，小型的十字路口只有一個(gè)車道并且道路設(shè)計(jì)右轉(zhuǎn)捷徑。這種十字路口只需考慮車輛直行，發(fā)生擁擠概率相對(duì)較低。基于這樣的路面狀況，本系統(tǒng)最終確定以“同一方向，車動(dòng)人動(dòng)”為設(shè)計(jì)原則，例如：東西方向車道交通燈亮綠燈，則東西方向人行道交通燈亮綠燈，黃燈為車道反應(yīng)時(shí)間。傳統(tǒng)交通燈只紅綠二色，燈由紅變綠，車由靜到動(dòng)，為了增加交通安全，交通燈設(shè)置增加閃爍黃燈為提示信號(hào)[4]。

本文小型十字路口交通燈系統(tǒng)循環(huán)時(shí)間為70秒，亮燈順序：黃—紅—黃—綠—黃，可知黃燈為循環(huán)關(guān)鍵，設(shè)置一個(gè)數(shù)值tt，得到的時(shí)間信號(hào)除2取余數(shù)得到0或1，以此作為區(qū)分黃燈過(guò)后亮燈顏色條件[5]。以南燈為例，黃燈閃爍5秒，南紅亮30秒，黃燈閃爍5秒，南綠燈亮30秒，人行道燈只設(shè)置紅綠二色，南紅亮燈時(shí)人行道南北方向亮綠燈，流程圖如圖1所示。

2 設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)

2.1 前面板設(shè)計(jì)

LabVIEW前面板即為仿真界面，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，十字路口交通燈設(shè)計(jì)前面板則在交匯處四個(gè)方向各放置一個(gè)交通燈燈牌，紅、黃、綠三盞燈構(gòu)成每個(gè)燈牌，車道四個(gè)方向一共需要12盞燈，人行道共8盞，每盞燈都設(shè)置燈亮顏色（分別為紅、黃、綠），燈滅顏色設(shè)置為黑色;每個(gè)交通燈燈牌添加一個(gè)數(shù)值顯示控件顯示倒計(jì)時(shí)，并且每個(gè)系統(tǒng)都放置一個(gè)停止按鈕來(lái)控制突發(fā)狀況產(chǎn)生，從控制面板中選擇一個(gè)按鈕作為停止按鍵。車的流放采用的是四相位方式，即按照南北直行并且允許右轉(zhuǎn)和東西直行并且允許右轉(zhuǎn)的通行方式循環(huán)切換[6]。

通過(guò)進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)，將布爾燈控件燈滅顏色設(shè)置成透明，并且為了界面清晰四個(gè)車道燈倒計(jì)時(shí)采用同一個(gè)數(shù)值倒計(jì)時(shí)，人行道倒計(jì)時(shí)也如此，整個(gè)界面只有兩個(gè)倒計(jì)時(shí)呈現(xiàn)，由于本設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)是兩位數(shù)，因此需要兩個(gè)布爾燈簇來(lái)實(shí)現(xiàn)，再加上人行道的倒計(jì)時(shí)一共需要4個(gè)。各方向車道燈與人行道燈在同一時(shí)刻亮燈，區(qū)別于亮燈顏色不同，為讓前面板簡(jiǎn)潔清晰，本系統(tǒng)只放置兩個(gè)二位數(shù)碼管，分別表示車道燈倒計(jì)時(shí)和人行道燈倒計(jì)時(shí)。使用工具選板對(duì)前面板進(jìn)行優(yōu)化，其前面板如圖2所示。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 時(shí)間信號(hào)的設(shè)計(jì)

LabVIEW的計(jì)時(shí)單元“時(shí)間計(jì)數(shù)器”除以1000取整產(chǎn)生一個(gè)以秒為單位的時(shí)間信號(hào)，將得到的信號(hào)除以每個(gè)循環(huán)所用的時(shí)間，本設(shè)計(jì)是70s，取余數(shù)，得到余數(shù)的范圍0≤t<70。用“判斷范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”控件可將時(shí)間進(jìn)行范圍分類，如圖3所示，以時(shí)間范圍為條件控制相應(yīng)布爾燈。

2.2.2 布爾燈設(shè)計(jì)

車道紅黃綠燈的亮滅以時(shí)間信號(hào)的范圍為條件用“條件結(jié)構(gòu)”來(lái)實(shí)現(xiàn)，分析整個(gè)交通燈的情況，創(chuàng)建布爾燈“屬性節(jié)點(diǎn)”在同一時(shí)間段內(nèi)用“常量”對(duì)布爾燈進(jìn)行“開(kāi)”或“關(guān)”的狀態(tài)控制。例如，時(shí)間為t秒（0≤t≤5），南北紅燈亮，東西綠燈亮，其余燈關(guān)閉。黃燈閃爍是交通燈的提醒標(biāo)志，在黃燈時(shí)間范圍內(nèi)布爾燈在“開(kāi)”或“關(guān)”兩種狀態(tài)中來(lái)回切換并且“開(kāi)”時(shí)顯示黃色，數(shù)值tt取余數(shù)來(lái)控制黃燈，在tt為奇數(shù)或者偶數(shù)時(shí)“開(kāi)”，如此使黃燈呈現(xiàn)閃爍狀態(tài)。整體程序框圖如圖4所示。

2.2.3 數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)

創(chuàng)建LED子VI，將8個(gè)條形布爾燈輸出到輸出簇中，設(shè)置輸入數(shù)值并將其作為“條件結(jié)構(gòu)”的判斷依據(jù)，例如：當(dāng)數(shù)值為“0”時(shí)，讓相應(yīng)布爾燈亮，使布爾燈簇顯示“0”，其余數(shù)字同理。倒計(jì)時(shí)是兩位數(shù)，把數(shù)值進(jìn)行個(gè)位和十位分離出來(lái)顯示，將LED連接到倒計(jì)時(shí)子VI中，在程序框圖中通過(guò)時(shí)間范圍控制進(jìn)入相應(yīng)語(yǔ)句，通過(guò)除以10取商表示十位，取余之后再除以1來(lái)表示個(gè)位。數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)程序框圖如圖5所示。

2.3 系統(tǒng)程序框圖

設(shè)計(jì)的程序要簡(jiǎn)單、直觀、易讀懂，除了在邏輯語(yǔ)句精簡(jiǎn)之外，還可通過(guò)創(chuàng)建子VI的方式，將整個(gè)程序劃分為幾個(gè)部分再整合到主程序中，使程序框圖變得精簡(jiǎn)。交通燈系統(tǒng)程序框圖如圖6所示。運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，伴隨著相應(yīng)的倒計(jì)時(shí)，交通信號(hào)燈交替亮滅，指揮車輛和行人安全通行，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，生活中交通燈隨處可見(jiàn)，與人們出行安全息息相關(guān)。本設(shè)計(jì)以LabVIEW軟件為平臺(tái)，采用布爾燈組成數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)，運(yùn)用條件結(jié)構(gòu)、局部變量、While循環(huán)等函數(shù)設(shè)計(jì)程序，通過(guò)創(chuàng)建子VI轉(zhuǎn)換邏輯語(yǔ)句以此來(lái)簡(jiǎn)化程序框圖，最終完成交通燈的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面，可根據(jù)十字路口的實(shí)時(shí)車流量和人流量進(jìn)行調(diào)控和修改，以適應(yīng)各種交通狀況，提高路口的通行效率，確保車輛和行人安全。

參考文獻(xiàn)

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