（一）工作原理

（一）工作原理

如图1所示，以行人通过斑马线穿过道路的情形为例来说明红绿灯装置的工作原理。在路边行人横道的两端（一般立有交通信号灯或路灯的立柱）放置本项目的智能红绿灯装置的控制器，该控制器上有时间显示、触碰器和非接触式的感应器。其中触碰器和感应器的功能一致，无论是行人手按触碰按钮还是靠近在感应器前挥挥手，都能起到切换信号灯状态的效果。为了方便描述，我们以下所说的红绿灯指的是从行人方向观察的红绿灯，如绿灯亮起，行人可以通过，相应的车辆方向则是红灯，为禁止通行。

图1　智能红绿灯装置的行人控制器（左）和具有行人横道的双向车道示意图（右）

本项目制作的红绿灯装置具体的工作流程如图2所示。

（1）当红绿灯装置完成启动后，或完成一个周期的工作后，处于默认的初始状态A。此时指示行人方向的信号灯状态是红灯，车行方向的信号灯状态是绿灯。这是为了保障道路的最佳通过效率，并不影响车辆的正常通行，同时也是为了保证行人的安全，避免行人盲目穿过马路。如果行人想要过马路，则要进行下一步操作。喇叭语音播报“当前行人红灯，过马路请先按按钮或挥挥手”。

（2）行人过马路之前，首先走到路口斑马线外侧，在红绿灯装置上触碰按钮或在感应器前适当距离（一般10cm以内）挥手，即可让红绿灯装置进入红绿灯的外界输入信号的判断。如行人触碰信号或非接触式感应信号被装置确认，则进入工作状态B。喇叭语音播报“行人请耐心等待绿灯亮起后再通行”。此时黄灯亮起，行人暂不能通过马路，须观察路口车流状况，等待路口车辆完全通过一直到绿灯亮起。车辆看到黄灯亮起后，须在停止线后停车。如果红绿灯装置没有接收到信号，则装置仍停留在初始状态，等待行人的再次按击或感应。

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图2　智能红绿灯装置的工作逻辑流程

（3）红绿灯装置接收到信号后，将进入状态C。在黄灯亮起的几秒钟内，需要检测在路口等待的行人数量。传感器通过红外感应装置或摄像头获取图像（待开发）的方式，可以获得行人数量，如果行人很少（至少一人，因为装置是被人触发的），则设置行人过马路的时间为10s；如果行人比较多，则相应增加行人穿行斑马线的时间，但是此时间长短有上限（否则车辆的等待时间拉长，不利于交通畅行）。这里我们暂定为10～30s时间长度。

一旦装置获取行人过马路所需时间的数据之后，交通信号灯就亮起绿灯，指示行人可以通过，喇叭语音播报“行人过马路请走人行横道，注意安全”。而车辆方向显示的是红灯：禁止通行，在停止线后方等待。这段时间内行人触感按钮对外不响应，处于功能“冻结”状态，同时行人方向和车辆方向显示剩余的时间（以秒为单位）。

行人通行时间快要结束的时候，最后几秒的显示时间会快速闪烁，提醒人们时间即将截止，注意安全。此时传感器检测停在车道上列队等候的测量数量，根据此信息设置车辆允许通行的时间。为了保障道路交通的通畅性，需要平衡人行和车行的通行时间，我们暂定为最长30s，这段时间内传感器可以响应行人的动作，多次触碰或感应只算作1次，表示此时有行人准备过马路，在此做了“需求登记”，但是还不会切换红绿灯状态，因为道路中正常允许车辆通行的时间还没有走完。如果没有检测到车辆等候，则行人触感按钮完全解除“冻结”，此时行人可以再次触发并可立刻切换成绿灯信号。也就是说，有车辆时行人过马路连续两次有效触发时间的间隔必须在30s以上，中间的多次按键或感应是无效的、不响应的。这既保证了行人有足够的通过时间，也赋予车辆一定的通行时间，以保障道路的畅通。

（4）一旦装置获取车辆允许通行的时间数据之后，则进入状态D。交通信号灯亮起红灯，禁止行人通过，喇叭语音播报“等待车辆通过后，过马路请先按按钮或挥挥手”。而车辆方向显示的是绿灯：允许通行，在道路中依次有序通行。同时行人方向和车辆方向显示剩余的时间（以秒为单位）。

车辆通行时间快要结束的最后几秒信号灯会闪烁，提醒司机时间即将截止，谨慎通行。行人方向信号灯颜色变为黄色，装置进入状态E，喇叭语音播报“行人小心车辆，过马路请先按按钮或挥挥手”。在路边等待的行人可以单次或多次（重复算一次）按按钮或挥挥手，红绿灯装置接收到信号后，进入下一周期。

如果遇检修或断电，则直接关机，结束红绿灯装置的运行。装置不接受外界的输入信号，也不能控制和反馈红绿灯的状态。