聊聊身边的嵌入式，交通信号灯

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 13:49:20

##### 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.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。

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。

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。

罗小蘑菇 · 发表于 2021-1-21 14:09:55

一个路口四个方向的红绿灯靠什么同步？有线传输还是无线传输？

罗小蘑菇 · 发表于 2021-1-21 14:12:57

不同路口的红绿灯之间有关系吗？各亮各的还是统一协调工作的？
有没有可能人工远程干预实现某条路一路绿灯？
只是好奇的问问

饭桶 · 发表于 2021-1-21 14:19:18

罗小蘑菇发表于 2021-1-21 14:12
不同路口的红绿灯之间有关系吗？各亮各的还是统一协调工作的？
有没有可能人工远程干预实现某条路一路绿灯 ...

四个口是一套控制系统，当然能人工干预啊，比如某位大神路过的时候必须一路绿灯。

饭桶 · 发表于 2021-1-21 14:20:20

城市都有交通指挥中心的，可以远程控制信号灯的，现在也在逐步实现信号灯协同，比如：绿波。。。。

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 14:38:31

罗小蘑菇发表于 2021-1-21 14:09
一个路口四个方向的红绿灯靠什么同步？有线传输还是无线传输？

见4楼兄弟回答

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 14:39:49

罗小蘑菇发表于 2021-1-21 14:12
不同路口的红绿灯之间有关系吗？各亮各的还是统一协调工作的？
有没有可能人工远程干预实现某条路一路绿灯 ...

有的有关系，有的没有。
有可能，现实中大部分也都是人工干预，比如某个大人物出行

polarbear · 发表于 2021-1-21 14:46:21

以前海信控制机一台卖 6-7W，后面海康搞价格战，基本版本6500元

这个行业基本是靠关系，资本；我见过最烂的里面一片STM32 + 安卓的触摸屏卖65000，然后就各路人脉分蛋糕；

现在更有互联网的公司进入这个行业，搞什大数据，AI，神经网络算化；一个小城市几千万甚至上亿；所谓的智能优化交通，基本靠忽悠；项目验收时，为了能保证主干道畅顺通过验收，派人在上游慢行驶截止流量的荒唐事都有

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 14:55:11

polarbear 发表于 2021-1-21 14:46
以前海信控制机一台卖 6-7W，后面海康搞价格战，基本版本6500元

一看就是懂内幕的人

epwwm · 发表于 2021-1-21 15:08:20

本帖最后由 epwwm 于 2021-1-21 15:11 编辑

这玩意现在估计都联网了，我这本来红绿灯都是双位数倒数的，突然一下子全变成单位数倒数，只能看最后十秒，然而那个灯本来就是双位数的，搞不懂，还以为是一个坏了，后来才发现，一下子全部变成这样了，不知谁的主意，什么目的，一点意义也没有吧

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 15:20:06

epwwm 发表于 2021-1-21 15:08
这玩意现在估计都联网了，我这本来红绿灯都是双位数倒数的，突然一下子全变成单位数倒数，只能看最后十秒， ...

据说有这么一个说法：全程倒计时在比较大的路口容易让人产生焦虑心理，尤其是行人容易闯红灯。

epwwm · 发表于 2021-1-21 15:26:50

wangwenxue 发表于 2021-1-21 15:20
据说有这么一个说法：全程倒计时在比较大的路口容易让人产生焦虑心理，尤其是行人容易闯红灯。 ...

那只显示最后十秒，中间一点也不知道还有多少，那些长时间的灯，更让人心焦吧。。

laujc · 发表于 2021-1-21 15:30:09

wangwenxue 发表于 2021-1-21 15:20
据说有这么一个说法：全程倒计时在比较大的路口容易让人产生焦虑心理，尤其是行人容易闯红灯。 ...

有的地方改为最后10秒才倒计时了。

应该是可以远程控制的，一个路口不止这四组灯，还有人行道的灯和右转灯。。。
应该是同一组控制器控制的，方便信号协同

看一些路口，可以自动调整间隔时间的，上下班的时候车流量大，每个红绿灯时间就自动加长的。。。

有些主干道搞红绿灯联动，汽车只需要等一次红灯就可以一路绿灯了，还是很方便的

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 15:30:52

epwwm 发表于 2021-1-21 15:26
那只显示最后十秒，中间一点也不知道还有多少，那些长时间的灯，更让人心焦吧。。 ...

是的我还是喜欢全程显示的

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 15:33:10

laujc 发表于 2021-1-21 15:30
有的地方改为最后10秒才倒计时了。

应该是可以远程控制的，一个路口不止这四组灯，还有人行道的灯和右转 ...

赞我从北京有一次出差去其他地方，变成最后10s 感觉特不习惯

laujc · 发表于 2021-1-21 15:36:33

wangwenxue 发表于 2021-1-21 15:33
赞我从北京有一次出差去其他地方，变成最后10s 感觉特不习惯

慢慢就习惯了，我居住的地方，有一个路口之前红灯是180秒以上，现在改为最后10秒才倒计时，一开始不习惯，现在也习惯了
停车拉手刹后慢慢等呗。。。

polarbear · 发表于 2021-1-21 15:40:38

epwwm 发表于 2021-1-21 15:08
这玩意现在估计都联网了，我这本来红绿灯都是双位数倒数的，突然一下子全变成单位数倒数，只能看最后十秒， ...

以前那种叫学习式倒计时，有个单片机去检测红灯和绿灯的周期，它当前倒数的时间其实是上一次检测的结果；

以前的控制机是定周期的，每个周期的时间是固定，

现在的控制机是联网的，根据当前车流量去调节放行时间的，有可能每次的时间也不一样；所以就不能用用以前的倒计时；

单位的倒计时，是在最后的9秒，有个脉冲信号触发倒数

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 15:46:23

polarbear 发表于 2021-1-21 15:40
以前那种叫学习式倒计时，有个单片机去检测红灯和绿灯的周期，它当前倒数的时间其实是上一次检测的结果 ...

您说的对，是这样，我原来还一直以为路口的倒计时器是信号机直接输出的呢，其实不是，是您说的先读取获取到时间再显示。

不过单位的倒计时，是在最后的9秒，有个脉冲信号触发倒数，这个我有个疑问，这个脉冲信号是从哪里来的？各家都有这个功能吗

EMC菜鸟 · 发表于 2021-1-21 15:55:01

都说这玩意需要高可靠性高可靠性，屁，从逻辑上来说一片51足够又足够了、跑LINUX是嫌它太稳定了吗？从可靠性上来说，反正我上班走的几个路口常常遇到红绿灯坏了的，毛的可靠性！

polarbear · 发表于 2021-1-21 16:11:10

本帖最后由 polarbear 于 2021-1-21 16:13 编辑

EMC菜鸟发表于 2021-1-21 15:55
都说这玩意需要高可靠性高可靠性，屁，从逻辑上来说一片51足够又足够了、跑LINUX是嫌它太稳定了吗？从可靠 ...

这玩意真的要求高可靠性， 365天X24小时工作，冬天-20度。夏天差不多70度； 3-4月梅雨天电路板都结露；然后还有水淹，还有雷劈；

还有路灯电压不稳定，电压一下子飙到260V;

这个行业，海信用的是vxwork 的系统，还不是linux

剩下的几家是linux;

最水的就是用STM32 跑系统的；

51不可能存在了，现有有以太网要求

还有，这玩意要去公安部检测中心拿到检测报告才能出售，检测一次5W8，每2年检测一次；

PS 你看到红绿灯坏，更多的可能是修路把供电线路挖断了

zhousun · 发表于 2021-1-21 16:20:30

我看到过几次柜子开着的，都是PLC,没有看到嵌入式板子

EMC菜鸟 · 发表于 2021-1-21 16:36:47

polarbear 发表于 2021-1-21 16:11
这玩意真的要求高可靠性， 365天X24小时工作，冬天-20度。夏天差不多70度； 3-4月梅雨天电路板都结露； ...

要求只是口号，能否做到得看你关系硬不硬，楼都能倒下来、桥都能塌了，红绿灯不亮算个事？

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 16:40:10

EMC菜鸟发表于 2021-1-21 15:55
都说这玩意需要高可靠性高可靠性，屁，从逻辑上来说一片51足够又足够了、跑LINUX是嫌它太稳定了吗？从可靠 ...

兄弟你有点想当然了

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 16:40:36

polarbear 发表于 2021-1-21 16:11
这玩意真的要求高可靠性， 365天X24小时工作，冬天-20度。夏天差不多70度； 3-4月梅雨天电路板都结露； ...

专业！！！

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 16:42:01

zhousun 发表于 2021-1-21 16:20
我看到过几次柜子开着的，都是PLC,没有看到嵌入式板子

再多看看，你看的是什么型号PLC？

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 16:48:24

polarbear 发表于 2021-1-21 16:11
这玩意真的要求高可靠性， 365天X24小时工作，冬天-20度。夏天差不多70度； 3-4月梅雨天电路板都结露； ...

我还见过里面有用树莓派的...

lzg1987 · 发表于 2021-1-21 17:14:15

在我眼里只有黄色的红灯和白色的绿灯。

ysu_er · 发表于 2021-1-21 17:16:35

我开车喜欢有倒计时的红绿灯，没有倒计时的绿灯不敢开

wangwenxue · 发表于 2021-1-21 17:19:35

ysu_er 发表于 2021-1-21 17:16
我开车喜欢有倒计时的红绿灯，没有倒计时的绿灯不敢开

害怕过不去

srygg · 发表于 2021-1-21 18:16:35

苏州最近开始所有路口的红绿灯都改成10秒倒计时了！
倒计时数就在灯上显示的，应该是每个灯上都有一块单片机了，要转灯前10秒收到一个触发信号，然后开始倒计时10秒！

liurangzhou · 发表于 2021-1-22 09:06:51

lzg1987 发表于 2021-1-21 17:14
在我眼里只有黄色的红灯和白色的绿灯。

你能考驾照？

wangwenxue · 发表于 2021-1-22 09:45:49

srygg 发表于 2021-1-21 18:16
苏州最近开始所有路口的红绿灯都改成10秒倒计时了！
倒计时数就在灯上显示的，应该是每个灯上都有一块单片 ...

这个触发信号谁给的

srygg · 发表于 2021-1-22 20:06:34

wangwenxue 发表于 2021-1-22 09:45
这个触发信号谁给的

苏州现在的改造方案是把原来中间的黄灯改成能红绿两色显示并能显示0-10数字的灯。
我想到的方案是红绿灯转换前的10秒把点亮黄灯的信号作为启动信号，并取红、绿灯的状态，红灯亮时和这个黄灯信号启动中间的灯显示红色，并且倒计时。绿灯亮时和黄灯信号启动中间的灯显示绿色，并且倒讲时。这样改动的范围最小，施工最快。
当然要对原来的信号机重新做一下设定。
不知道实际是不是这样实现的。

lzg1987 · 发表于 2021-1-22 20:25:15

liurangzhou 发表于 2021-1-22 09:06
你能考驾照？

7年的老司机了，又不是分不出红绿灯。

ztg328 · 发表于 2021-1-24 19:20:11

laujc 发表于 2021-1-21 15:36
慢慢就习惯了，我居住的地方，有一个路口之前红灯是180秒以上，现在改为最后10秒才倒计时，一开始不习惯 ...

180s我会怀疑这货坏了

liao-ljj · 发表于 2021-1-24 20:15:40

真正有技术含量的是铁路的交通信号灯系统，路口的交通等基本没啥科技含量，主要是有关系才能拿到订单！要不然大学生练手不都是交通灯开始吗？

rz007 · 发表于 2021-1-24 20:53:05

epwwm 发表于 2021-1-21 15:08
这玩意现在估计都联网了，我这本来红绿灯都是双位数倒数的，突然一下子全变成单位数倒数，只能看最后十秒， ...

是为了防止玩手机，如果你一看还有90秒，很多人会看会手机。容易忘记了。

故意不显示，让人不断去观察灯。

wangwenxue · 发表于 2021-1-24 23:16:08

liao-ljj 发表于 2021-1-24 20:15
真正有技术含量的是铁路的交通信号灯系统，路口的交通等基本没啥科技含量，主要是有关系才能拿到订单！要不 ...

铁路交通信号灯系统一点不了解，可以简单分享下有何不同吗

makesoft · 发表于 2021-1-25 06:56:29

江苏这边早就开始改4秒倒计时了，原来历经过全程/10秒倒计时，原因就是砖家所说的焦虑吧

qq215379484 · 发表于 2021-1-25 08:55:51

兄弟们我直接上图吧,我们这小公司就有做这种简易A类信号机的,用在城市周边的小路口,毕竟交警预算有限,几乎不可能每个路口都装海信大华泰尔文特这种C类信号机.

单片机用的是STM8S207

epwwm · 发表于 2021-1-25 08:59:13

rz007 发表于 2021-1-24 20:53
是为了防止玩手机，如果你一看还有90秒，很多人会看会手机。容易忘记了。

故意不显示，让人不断去观察灯 ...

习惯看手机人该看还是看，真到了，后面的喇叭会响的

MYQQ2018 · 发表于 2021-1-25 09:18:31

wangwenxue 发表于 2021-1-24 23:16
铁路交通信号灯系统一点不了解，可以简单分享下有何不同吗

这个估计不是几句话能说清楚的，我们学校有这个本科专业：轨道交通信号及控制

wangwenxue · 发表于 2021-1-25 10:01:30

MYQQ2018 发表于 2021-1-25 09:18
这个估计不是几句话能说清楚的，我们学校有这个本科专业：轨道交通信号及控制 ...

好的，我了解下，找点书看看

wangwenxue · 发表于 2021-1-25 10:03:48

qq215379484 发表于 2021-1-25 08:55
兄弟们我直接上图吧,我们这小公司就有做这种简易A类信号机的,用在城市周边的小路口,毕竟交警预算有限,几乎 ...

A类 C类是按照什么划分的

就是各种各样的路口多、需求也不一样，所以厂家才多呢

qq215379484 · 发表于 2021-1-25 10:37:44

wangwenxue 发表于 2021-1-25 10:03
A类 C类是按照什么划分的

就是各种各样的路口多、需求也不一样，所以厂家才多呢 ...

是按照国家标准GB25280-2016来分的,A最简单,C最复杂要求多.要送去无锡检测,2年1次.

polarbear · 发表于 2021-1-25 11:54:28

qq215379484 发表于 2021-1-25 08:55
兄弟们我直接上图吧,我们这小公司就有做这种简易A类信号机的,用在城市周边的小路口,毕竟交警预算有限,几乎 ...

你这机器只能偷偷卖，压根就过不了检测；

qq215379484 · 发表于 2021-1-25 13:02:05

polarbear 发表于 2021-1-25 11:54
你这机器只能偷偷卖，压根就过不了检测；

过检测的是公司的另一种型号,也是像海信那样加了一堆7788所谓的保护模块和故障降级模块,通讯模块等等,因为公司人少能力有限,搞了两台样机过了个A类检测后就不继续弄了,BUG确实很多不保证长时间稳定运行,而且也竞争不过大公司,所以实际上我们主要做我发的那种,简单好用便宜.而且也是一定需求的,很多小路口要是不装信号灯或者只装灯但没控制器点亮,那些阿叔阿姆就会打12345投诉太多投诉后有关部门扛不住了就会找我们处理了.

wangwenxue · 发表于 2021-1-25 13:32:53

qq215379484 发表于 2021-1-25 10:37
是按照国家标准GB25280-2016来分的,A最简单,C最复杂要求多.要送去无锡检测,2年1次. ...

找到了分类说明

sankyo_feng · 发表于 2021-1-25 14:06:52

信号灯的配电箱里有“塔塔塔”声音感觉应该是计时的东西，那是什么？机械的定时器吗？

huangqi412 · 发表于 2021-1-27 09:35:55

qq215379484 发表于 2021-1-25 08:55
兄弟们我直接上图吧,我们这小公司就有做这种简易A类信号机的,用在城市周边的小路口,毕竟交警预算有限,几乎 ...

这种是独立运行不联网的吧

ghhuang · 发表于 2021-1-27 13:35:02

饭桶发表于 2021-1-21 14:19
四个口是一套控制系统，当然能人工干预啊，比如某位大神路过的时候必须一路绿灯。 ...

好像是的

xiatao1800 · 发表于 2021-1-27 23:22:07

我看了信号灯是用的DIP40封装STC单片机，主机箱是中控，是啥公司？

happymav · 发表于 2021-1-28 10:03:45

上面的大神，现在路口到底有没有那种根据车流自动调整红绿灯时间的灯。
经常有那种路口，一到下班时间，左转堵得一塌糊涂，原因就是左转只有15秒，车流量又大，
晚高峰的时候，横向直行车很少，结果绿灯有40秒。大多数时候是没有人管的，所以
堵死人，偶尔有交警的时候，即便左转红灯的时候，也会指挥车子左转。
如果有能自动适应车流的产品，恐怕会减少不少堵车时间。我个人的经验感觉，凡是路口没有
红绿灯的，一般不会堵车，只要一安装了灯，立马开始堵车

HXDZ-AAA · 发表于 2021-1-28 11:58:32

别的不知道，只知道当大人物们来了的时候，这些红绿灯们表现的很“人性化”。

elecfun · 发表于 2021-1-28 12:03:55

深圳早高峰，经常看到交警站在控制箱前面，手动按

loohoo0302 · 发表于 2021-1-28 12:23:36

happymav 发表于 2021-1-28 10:03
上面的大神，现在路口到底有没有那种根据车流自动调整红绿灯时间的灯。
经常有那种路口，一到下班时间，左 ...

只要有规律就A类第二点可以分时段控制。

小水瓶 · 发表于 2021-1-28 13:07:55

happymav 发表于 2021-1-28 10:03
上面的大神，现在路口到底有没有那种根据车流自动调整红绿灯时间的灯。
经常有那种路口，一到下班时间，左 ...

我也觉得要有这个就好了，能够通过视觉识别自动放行。那个方向车多路灯就多亮会，那个方向车少或没车了就别记路灯了

小水瓶 · 发表于 2021-1-28 13:11:46

epwwm 发表于 2021-1-21 15:08
这玩意现在估计都联网了，我这本来红绿灯都是双位数倒数的，突然一下子全变成单位数倒数，只能看最后十秒， ...

我记得我这边几个路口刚装红绿灯的时候还会显示倒计时的，后来直接把倒计时关了，只显示红绿灯。
原因可能也是因为安全吧，看到路灯还十几秒，又还有段距离有些人(包括我)会加速冲过去。。

qq215379484 · 发表于 2021-1-28 14:39:59

huangqi412 发表于 2021-1-27 09:35
这种是独立运行不联网的吧

是的,一是没必要连,二是想接入平台不是容易的事情,各种壁垒.

qq215379484 · 发表于 2021-1-28 14:45:40

小水瓶发表于 2021-1-28 13:07
我也觉得要有这个就好了，能够通过视觉识别自动放行。那个方向车多路灯就多亮会，那个方向车少或没车了就 ...

要看预算,要加装视频流检就不是一笔小费用了.以前用地感线圈做检测,虽然便宜但基本上一年包坏.

聊聊身边的嵌入式，交通信号灯

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