城市LED交通信号灯的系统设计

[摘  要]城市交通信号灯的普遍使用，不仅能够对城市交通拥挤问题能够予以积极解决，而且还能有效疏导城市车流、大力提升道路有效使用程度。因此，设计城市LED交通信号灯，其实就是运用一种电流环加串，再加上一种转换的弱电式的隔离方法来使得LED交通信号灯变得更为实用。另外，这种交通信号控制灯不仅原理简单、电路设计较为方便，而且实际的操作和使用，包括后期的升级都较方便，具有较广泛的使用领域。本论文就是以LED交通信号控制机这一结构为基础，分别介绍其基本功能以及系统设计方案。
　　[关键词] LED；交通信号灯；系统设计
　　1　引　言
　　当前，我国社会积极飞快向前进步，但带来了城市道路越来越复杂、突出的问题。尤其是在一些经济发展程度较高的社会，尽管现在也借鉴了一些交通控制系统机制与管理措施，然而市场上的交通信号控制机基本上都是进口产品，因为市场价格极高、事后维修保养程序也较复杂。特别是在一些城市化程度发展不高的地区，当前还在使用一些单相位的信号控制机，交通指挥也不是很科学、便捷。而LED显示屏，无论是从其发光亮度、颜色亮度，抑或是从耗电量、使用期限以及反应时间等，都有比较大的优势。而且，在实际的电流环串和转换控制方式上，能够实现对城市交通信号灯的弱电远程控制，从而使得这种交通信号灯的系统设计在不同方面都能得以大的提升，因此在市场中应用广泛。
　　2 交通信号机的性能与特点
　　（1）交通信号机首先就具备这种多信号控制模式，无论是主控模式、单点控制上，还是不定期、自主控制与闪灯控制上，都具有一定的优势。
　　（2）在交通信号机实际的功能参数设定上，不仅可以进行具体日期和时间的自由设定，而且在不同时段、特殊日期以及一定的周期内进行设定，包括实际的感应参数和相位差设定上，都可以有效进行。
　　（3）交通信号机还具有一定的自检查性能，不仅可以自主进行系统检测、灯故障检测，而且也可进行绿冲突检测等，因此，一旦交通信号机有故障出现，就会立刻在信号机的控制面板上予以显现。
　　（4）交通信号机还具有一定的输出输入性能，不仅具有一定的输出输入渠道，而且还能在十字路口、多岔路口灯等进行一定的灯控检测。
　　3、控制系统总体设计
　　LED交通信号灯的整体设计，如图1:
　　（图1 交通信号灯整体结构框架图）
　　上图可以看出，各组器件220伏交流电源可以由实际的外部所提供，进而再由交流接触实行一种总体控制。由此，交通信号灯实际上就不仅能够实现对诸多信号灯的实际控制，而且通过这种弱点控制，进而提升了交通信号灯的整体性能性。是故，在这里最大的优势就是诸多信号灯的电源不必须要由交通信号灯来实际提供了。
　　接着，就必须对交通信号灯的硬件系统结构进行分析，如下图2:
　　（图2 交通信号机的系统结构框架图）
　　（1）首先，对交通信号灯的主控制机部分一般应用的就是这种完成系统开机自查和初始化的性能当中。信号机使用的是一种单片机，再利用彼此的接口来达到一种外部扩展，即能够实现信号机的数据存储、车流量的自主检测部分的通讯以及键盘控制性能。
　　（2）其次，信号机还可以实现一种人机界面的自由设置，在LED显示屏的基础上，使用这种模拟串行进而实现其数据传输的功能。尤其是在通讯模块上，一定要与系统里的区域部分达到一种双向通讯的目的。在这种信号控制系统里，一定要运用一种局域网络实现系统里的通讯，使得路口信号机与上位机之间能够实现一种数据传输，进而达到这种光前通讯的目的。
　　（3）在实际的道路车流量检测上，要具有检测车流量的功能，而且把检测到信号再传输到交通信号灯的信号机当中，最终再将其进行一定的参数设置，从而把其周期、信号度和相位差等参数传输到路口信号机当中。
　　（4）最后，交通信号灯控制机一定要利用这种数据对交通信号灯予以实际控制。是故，为了确保这项工作的有效性，就必须要事先预备信号机的故障、检测功能，因此一旦出现问题，就可以在LED的面板上实时对工作人员予以提醒。
　　因此，在交通信号灯的实际控制上，比如远距离控制，200伏的交流电压经过一定的变压，可以实现两种不同方式的直流电压，相应地连点即为接口电路和信号灯的应用，如下图3:
　　（图3 信号灯及远距离控制框架图）
　　一般情况下，这种光电耦合件使用的就是4N25，整形电路和串行并行转换采用的则是74LS14、CD4094，在驱动电路上则使用的是三极管的电路。而且，在交通信号机的亮度控制上，一定使用的则是脉宽调节方法，通过一定的占空比方波，与电源电压形成一种反应机制，一旦电压处于高的状态，则占空比就会减少；反之，亦然。最终，就实现了LED亮度的自主控制，从而能够根据实际情形自动调节亮度。
　　而且，这种远距离的控制其实就是利用电流环信号和数据串并转换来进行的。在实际的安装过程中，信号灯控制器和LED信号灯可以有一定的距离而对其实现远距离控制的要求。而且，在电流环的传输过程中，还具有电路简便、费用较低、具有强干扰性等性能。之后，再将这种串行数据传输给并行数据，输出后再进行现位控制，进而实现了对信号灯、人行道灯等的控制。
　　另外,对于交通信信号机的这种软件设计，其具体的模块主要有以下几部分：手动与感应控制、自由时间控制、黄闪控制与无线电缆控制。具体来讲，这种手动与感应控制就是依据道路上的车流量的变化来由人工控制或是依据传感器来实际进行车流量的自动相位控制；而自由时间控制则是依据道路交通上的车流量变化来进行一种多方式控制；而黄闪控制则是因为道路在晚上车辆较少，进而开启相应的晚间模式；而无线电缆模式则是由交警部门设立的监控中心来进行一种多方位的区域系统控制。所以，在实际的道路交通实施过程中，可以在交通信号机的硬件和软件抗干扰措施上，进一步提升交通信号机实际解决交通问题的能力。
　　4　结　语
　　随着城市化的发展步伐逐渐加快，我国当前城市交通面临着越来越多的问题，道路交通拥挤问题进一步凸显。尽管当前我国也使用了国外一些先进的城市道路交通管理系统和机制，但还有很多问题亟待解决。是故，对于智能化的交通信号机的使用，不仅能够有效解决城市道路交通拥挤、提升城市道路的使用效率，而且还能及时高效地进行车流疏导，进一步提升城市道路的交通工具实际利用率和道路绿信比，包括在警力的科学分配和效率问题上，都能予以逐步提升和完善。而本论文中对于LED交通信号灯的控制系统来讲，不仅能够实现一种远距离的弱电控制，而且使得交通信号灯的这一系统可靠性大大提升，不仅控制方式较为简便，而且电路设计、安装操作、系统维护上都变得较为便捷，具有较强的实际应用性。是故，当前对LED交通信号机的研制和应用具有非常大的意义和作用。
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