基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89C51單片機(jī)芯片的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)該系統(tǒng)除具有交通燈控制功能外，增加了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制及交通信號(hào)燈故障檢測(cè)功能，提高了交通燈的智能化、可靠性和實(shí)用性，可有效提高交叉口的車(chē)輛通行能力。

如今，紅綠燈安裝在各個(gè)路口，成為疏導(dǎo)交通車(chē)輛最常見(jiàn)和最有效的手段。這一技術(shù)但是，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的交通燈的缺陷也日益出現(xiàn)，其設(shè)計(jì)過(guò)于死板，紅綠燈交替變換時(shí)間過(guò)于程式化，達(dá)不到道路的最大通行效率是最明顯的問(wèn)題。

文中研究的是以AT89C52單片機(jī)為控制器的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)紅外接收器接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)特種車(chē)輛(119、120等)自動(dòng)放行;通過(guò)車(chē)輛檢測(cè)電路采集路況信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后，分配各車(chē)道的綠燈時(shí)間，實(shí)現(xiàn)車(chē)流動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，LED數(shù)碼管顯示通行倒計(jì)時(shí);系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時(shí)間手動(dòng)設(shè)置、可倒計(jì)時(shí)顯示、急車(chē)強(qiáng)行通過(guò)、車(chē)流量檢測(cè)及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能。

1 交通控制系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計(jì)及原理

該交通燈控制系統(tǒng)用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，接入的LED數(shù)碼管就可顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上加入了違規(guī)檢測(cè)電路和車(chē)流量檢測(cè)電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，同時(shí)接上蜂鳴器。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車(chē)流量檢測(cè)模塊、違規(guī)檢測(cè)模塊和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊、LED倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及工作原理

本設(shè)計(jì)選用AT89C52單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊，8個(gè)LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，車(chē)流量檢測(cè)傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號(hào)，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)為核心，組成一個(gè)集車(chē)流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車(chē)流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測(cè)電路，狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，語(yǔ)音提示器組成。其具體的硬件電路總圖如圖2所示。

其中P0，P2用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，RESET引腳接上復(fù)位電路，P3.3即INT1接違規(guī)檢測(cè)電路和P3.2即INT0接緊停/東西時(shí)間設(shè)置鍵J，P0.6，P0.7接車(chē)流量檢測(cè)電路，P3.6接南北時(shí)間設(shè)置鍵S，P3.7接自動(dòng)模式選擇/返回鍵F，P3.4接語(yǔ)音提示器。系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時(shí)間自動(dòng)和紅綠燈時(shí)間設(shè)置。若此時(shí)F鍵按下，則為自動(dòng)模式，若此時(shí)按下的是S鍵，則為時(shí)間設(shè)置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設(shè)置好兩個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間，再按F鍵確認(rèn)。其實(shí)這個(gè)過(guò)程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車(chē)流量檢測(cè)及調(diào)整。

接下來(lái)，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時(shí)間值送顯P0口和用P2口來(lái)選通LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時(shí)以50 ms為周期，用軟件方法計(jì)時(shí)1 s，到達(dá)1 s就要將時(shí)間值減1，刷新LED數(shù)碼管。

時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值，開(kāi)啟兩個(gè)外部中斷，其一為違規(guī)信號(hào)或禁停信號(hào)輸入，一旦信號(hào)有效，中斷開(kāi)始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開(kāi)啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車(chē)流量檢測(cè)信號(hào)輸入，若檢測(cè)到車(chē)輛經(jīng)過(guò)，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲(chǔ)車(chē)流量的計(jì)數(shù)器加1，然后中斷結(jié)束返回。

3 各控制模塊

3.1 車(chē)檢測(cè)模塊

本設(shè)計(jì)采用視頻圖像的車(chē)流量檢測(cè)，基本思想是視頻圖片中每條車(chē)道上設(shè)置一個(gè)固定區(qū)域作為虛擬的檢測(cè)線，對(duì)該區(qū)域內(nèi)圖像進(jìn)行處理，完成對(duì)車(chē)輛信息的獲取，車(chē)流量檢測(cè)工作原理圖和車(chē)流量檢測(cè)圖分別如圖3和圖4所示。

3.2 信號(hào)燈模塊

信號(hào)燈用來(lái)顯示車(chē)輛通行狀況，對(duì)于一個(gè)十字路口，每個(gè)路口的信號(hào)的的轉(zhuǎn)換順序?yàn)椋壕G——>黃——>紅，綠燈的最短時(shí)間為20秒，最長(zhǎng)時(shí)間為40秒，紅燈最短時(shí)間為25秒，最長(zhǎng)時(shí)間為45秒，黃燈時(shí)間為5秒。

3.3 時(shí)間顯示模塊

在交通信號(hào)燈的正上方安裝一個(gè)顯示綠燈通行時(shí)間，紅燈等待時(shí)間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路。由于東往西、西往東方向顯示的時(shí)間相同，南往北、北往南方向顯示的時(shí)間也相同，所以只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數(shù)碼管可以時(shí)間的時(shí)間為0～99秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求，數(shù)碼管連接方法如圖6所示。

3.4 緊急轉(zhuǎn)換模塊

當(dāng)有特殊車(chē)輛(如119、120)急需通行時(shí)，文中設(shè)計(jì)了緊急通行開(kāi)關(guān)，當(dāng)特種車(chē)輛到來(lái)時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉所有綠燈，讓特種車(chē)輛通過(guò)。設(shè)計(jì)中特種車(chē)輛可采用紅外線發(fā)生器為發(fā)信器，用實(shí)時(shí)中斷來(lái)響應(yīng)特種車(chē)的通行要求。紅外接收器采用的是一體化紅外接收器，具有靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)的性質(zhì)。紅外遙控接收電路原理框圖如圖7。

3.5 違規(guī)檢測(cè)電路及模擬

在紅燈和黃燈期間，車(chē)輛是禁行的，為了對(duì)那些違反規(guī)則的車(chē)輛進(jìn)行檢測(cè)，可使用超聲波車(chē)輛傳感器。但是，用于受到條件的限制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只是使用了普通光敏二極管。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于單片機(jī)的多功能交通燈控制系統(tǒng)充分利用AT89S52單片機(jī)芯片的功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、程序可靠，實(shí)現(xiàn)了各種情況下交通燈的正常指示和倒計(jì)時(shí)功能，應(yīng)用此系統(tǒng)可簡(jiǎn)便靈活地通過(guò)遙控的方式調(diào)整十字路口的控制參數(shù)，使緊急車(chē)輛及時(shí)順利通過(guò)，更重要的是本系統(tǒng)在此過(guò)程中還很好的完成了對(duì)交通燈的故障檢測(cè)，有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。