一种教学用交叉口信号配时方法

1.本技术涉及教学技术领域，尤其涉及智能交通教学中的交叉口信号配时方法。


背景技术：

2.交通工程系统的快速和全面发展，需要新的学习方法来培养新一代的交通工程专业人才及提升学生的专业技术能力，技术洞察力及系统集成能力。本项发明扎根于交通工程专业，着眼于实际交通工程问题，以交叉口相位配时方案设计为主要目的，以交叉口信号配时仿真模型设计为载体，从专业知识和动手实践两个方面拓展学生的知识宽度，锻炼学生解决现实问题和围绕工程具体问题开展工程设计、产品设计的能力。利用导师指导和学生的自主学习相结合的方式，激发学生的创新思维，增强学生的创新能力。
3.现有教学中使用的交叉口信号配时教具及方法，集成系统复杂，成本较高不太适合与课堂教学，也不利于学生集中参与设计与改进。本项申请采用新设计的配时方法设计更适合于课堂教学，便于学生实际操作。为了获得创造力、评估及分析这些更高层次的思维技能以及锻炼学生的自身能力，本项发明申请基于开放式的跨学科工程设计问题使学生积极参与科技创新活动，激发创新思维，增强创新能力，将包括交通工程知识在内的跨学科基本概念和工程原理相结合。基于控制器之间协调的通信的绿波带信号设计还将对学生的基本专业素养和创新能力提出了更高的要求。
4.本项发明申请在经典的独立交叉口信号配时教学内容中结合实际工程问题，将信号配时设计与信号灯控制设计紧密结合在一起，该设计可以更有效的帮助学生掌握交通领域基本概念并有效提高动手能力。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于避免现有技术的不足之处，提供一种新设计的配时方法设计更适合于课堂教学，便于学生实际操作，从而有效解决现有教学过程中存在的不足之处。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.步骤一:通过对实际的交叉口调查来确定教具的相关参数，如信号交叉口的结构构成，相位，相序，信号时长，车流量等；
8.步骤二:学生自主的通过调查数据计算相关参数，根据输入的相位相序和时长确定各个模块的工作顺序及时长，通过设定函数确定数值；
9.步骤二.1通过交叉口的结构构成确定交叉口的每个入口的信号灯组成，每一相位的顺序应为上一阶段的全红-绿灯-黄灯-全红；
10.步骤二.2根据交通流量通过韦伯斯特方法确定交叉口的信号配时，不同相位之间的顺序可以自由切换，整体符合安全原则与延误最小原则；
11.步骤三:学生自主的通过电子电路相关知识组装交叉口信号控制系统。
12.步骤三.1根据设计的信号灯组成，安装电路；
13.54路接口都可作为输入输出，并使用pinmode(),digitalwrite()和digitalread
()功能,5v电压操作，每个接口的电流最大40ma并且接口有内置200欧的上拉电阻。
14.步骤三.2将计算所得的配时输入到程序中；
15.步骤四:向控制器输入相关参数之后，控制器根据其设定的流程工作展示具体的交叉口的工作流程；
16.步骤四、1:每个路口灯光亮起均要经过互锁程序检测，防止发生相位冲突；
17.步骤四、2:每完成一个周期要经过全红阶段，清空交叉口的所有车辆；
18.步骤四、3:行人相位发起时要无机动车相位与其冲突；
19.本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
20.本技术提供的智能交通教学中的交叉口信号配时方法，在经典的交叉口信号配时内容中结合实际工程问题，利用各种工科技术手段，如电子电路、控制器通信、面向对象编程等解决实际问题；在智能交通教学中的交叉口信号配时方法的设计任务中，将信号配时设计与信号灯控制设计紧密结合在一起，将成本较高的交叉口信号设备通过arduino等电子设备缩小化构建出来，着眼于实际交通工程问题，以交叉口相位配时方案设计为主要目的，以交叉口信号配时仿真模型设计为载体，从专业知识和动手实践两个方面挖掘深度知识拓展学生的知识宽度，锻炼学生解决现实问题和围绕生产生活具体问题开展工程设计、产品设计的能力。
附图说明
21.图1为本发明实施例的智能交通教学中的交叉口信号配时方法的信号函数控制程序设计结构图；
22.图2为本发明实施例的智能交通教学中的交叉口信号配时方法的交叉口构建的四相位信号配时相序图。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本技术。
25.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
26.步骤一:通过对实际的交叉口调查来确定教具的相关参数，如信号交叉口的结构构成，相位，相序，信号时长，车流量等；
27.步骤二:学生自主的通过调查数据计算相关参数，根据输入的相位相序和时长确定各个模块的工作顺序及时长，通过函数表现；
28.函数一：t_ye():控制两个黄灯，令两个黄灯的接口先处于高电平，持续3000毫秒，之后转入低电平。
29.函数二：t_red():控制两个红灯，使两个红灯接口处于高电平或者低电平。
30.函数三：at_red():控制三个红灯，使三个红灯接口处于高电平或者低电平。
31.函数四：f_red():控制某方向上四个行人红灯，使四个行人红灯接口处于高电平或者低电平。
32.函数五：o_move():控制车流左转绿灯，使需要通行的绿灯接口为高电平，同时检查是否存在交通流线冲突，在绿灯时间结束后闪烁绿灯三次，之后绿灯熄灭黄灯闪烁三次然后所有该阶段亮起的灯处于低电平熄灭状态，相位结束。
33.函数六：t_move():控制车辆直行右转绿灯，使需要通行的绿灯接口为高电平，同时检查是否存在交通流线冲突，在绿灯时间结束后闪烁绿灯三次，之后绿灯熄灭黄灯闪烁三次然后所有该阶段亮起的灯处于低电平熄灭状态，相位结束。
34.函数七：pin_mode:初始化所有pin脚及状态，定义每个信号灯在控制板上的连接位置
35.函数八：all_red():全红，令所有红灯的接口先处于高电平，持续3000毫秒，之后转入低电平。
36.函数九：phase(int time,int legs):相位函数，定义每个相位需要的时间、顺序以及每个相位内允许同行的交通流线
37.函数十：check():互锁函数，检查所有的冲突的交通流线是否存在，如南北向直行绿灯和东西向直行绿灯不可同时存在。
38.步骤二.1通过交叉口的结构构成确定交叉口的每个入口的信号灯组成，每一相位的顺序应为上一阶段的全红-绿灯-黄灯-全红；
39.步骤二.2根据交通流量通过韦伯斯特方法确定交叉口的信号配时，不同相位之间的顺序可以自由切换，整体符合安全原则与延误最小原则；
40.步骤三:学生自主的通过电子电路相关知识组装交叉口信号控制系统。根据设计的信号灯组成，安装电路；
41.54路接口都可作为输入输出，并使用pinmode(),digitalwrite()和digitalread()功能。5v电压操作，每个接口的电流最大40ma并且接口有内置200的上拉电阻。
42.步骤四:向控制器输入相关参数之后，控制器根据其设定的流程工作展示具体的交叉口的工作流程。
43.步骤四、1:每个路口灯光亮起均要经过互锁程序检测，防止同一相位内交通流线发生直接冲突；
44.步骤四、2:每完成一个周期要经过全红阶段，清空交叉口的所有车辆；
45.步骤四、3:行人相位发起时要无机动车相位与其直接冲突冲突。
46.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
47.以上所述实施例仅表达了本技术的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。