聊聊身边的嵌入式,交通信号灯

未来交通没有信号灯?

“红灯停、绿灯行、黄灯亮了等一等”,生活在城市中的我们每天都会见到交通信号灯。笔者是农村的孩子,在我上大学之前是没怎么见过信号灯的,以至于我花了很长时间才搞明白在路口该怎么看灯。

最近几年,又有砖家预言未来路口会慢慢向无实体信号灯方向发展,因为车辆都逐步具有了自动驾驶或者联网功能。你怎么看?

交通信号灯控制逻辑

以一个最常见的十字路口为例,东西南北四个方向各有一组红绿灯。

十字路口红绿灯2

十字路口红绿灯.png最常见的控制逻辑是南北方向通行时,东西方向不通行;东西方向通行时,南北方向不通行。假设各个方向的红灯、绿灯时长都是30s。一个完整的路口灯色变化通常是这样的:

1)南北方向绿灯30s,东西方向红灯30s

2)南北方向黄灯3s,东西方向红灯3s

3)南北方向、东西方向全红灯(通常3s以内,这个叫全红时间)

4)南北方向红灯30s,东西方向绿灯30s

5)南北方向红灯3s,东西方向黄灯3s

6)南北方向、东西方向全红灯

7) 重复步骤1

如果十字路口车流量很大,可能会是另外一套控制逻辑,比如每一个时刻只有一个方向为绿灯,其他都是红灯。

我个人猜测原因是这样,如果还是按照第一种控制逻辑的话,由于对向车较多,左转的车辆因为要让直行,那们它就非常难通过路口,所以各个方向分开放行。

大家有没有注意到上面的7个步骤中,有一个全红时间,为什么要有这么一个设置呢?它的主要功能是使黄灯期间进入交叉口而未能驶出交叉口的车辆能够在另外方向的首车到达冲突点前安全驶出交叉口,它用于清空交叉口的车辆。我有时骑行为了不等下一个绿灯,会利用黄灯+全红的几秒时间快速通过路口,其实这是比较危险的,不建议大家这么做哦。

上述讨论的是十字路口一个方向只有一组灯的情况,该情况下左转车辆和直行车辆都看该灯来行驶,右转车辆无需看灯,只要确认安全即可通行。

现实中的十字路口一个方向可能会有多组灯,比如有直行灯、左转灯、右转灯、甚至掉头灯,总之各种情况都会有。

咱们平时见到的交通信号灯,绝大部分都是固定配时的,也就是红灯、绿灯时长固定不变,也有非固定配时的,比如按照一天中的时间段、或者按照一个星期的不同日子来设置不同的配置方案,还有会根据路口的流量变化动态调整配时方案的。

相关专业术语

有两个不太容易理解的概念,叫做相位(phase)和相位阶段(stage),官方的解释我就不引用了,放上的话你可能会更晕。

简单来说,一个路口有几组灯,就对应几个相位,比如上述的十字路口,东西南北各一组灯,那就是4个相位。

相位阶段,一个信号周期内”通行权”的交接几次,就是几个信号阶段。比如上述十字路口第一种控制逻辑,就是2个相位阶段,后一种控制逻辑,就是4个相位阶段。

相位周期,就比较好理解了,就是该相位的信号灯各种灯色轮流显示一次所需的时间总和。

还有一些其他术语就不解释了。

背后的嵌入式

大学里学过单片机的,很多人应该都做过交通信号灯的课程设计或小实验,用定时器+LED+数码管等就可以实现了。现实中的交通信号灯控制是在一个叫交通信号机的产品里,它通常位于十字路口道路旁,大家可以留意观察下,每个有红绿灯的路口都会有这么样的一个机柜。

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实际的红绿灯是220V交流供电,并不是直流供电,一组灯外部接口是4根线,1根零线,3根火线,接到信号机里。

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信号机内部由单片机或者跑Linux的处理器作为主控,外围有串口、网口、按键、显示屏、指示灯等接口。看似不复杂,但是由于它工作环境严酷、常年累月连续工作,同时还和咱老百姓的出行安全息息相关,要做好也不是那么容易的。

全国有那么多条路,想一想就知道需求量有多大了,所以做信号机的厂家也是非常多,比较知名的有青岛海信、南京莱斯、易华录、海康、大华、西门子等等。

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