基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本文設(shè)計了一種基于AT89C51單片機芯片的交通信號燈控制系統(tǒng)該系統(tǒng)除具有交通燈控制功能外，增加了現(xiàn)場實時控制及交通信號燈故障檢測功能，提高了交通燈的智能化、可靠性和實用性，可有效提高交叉口的車輛通行能力。

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

文中研究的是以AT89C52單片機為控制器的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過紅外接收器接收信號實現(xiàn)特種車輛(119、120等)自動放行;通過車輛檢測電路采集路況信號，經(jīng)單片機處理后，分配各車道的綠燈時間，實現(xiàn)車流動態(tài)調(diào)節(jié)，LED數(shù)碼管顯示通行倒計時;系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設(shè)置、可倒計時顯示、急車強行通過、車流量檢測及調(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)計及原理

該交通燈控制系統(tǒng)用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，接入的LED數(shù)碼管就可顯示倒計時以提醒行使者。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機采集數(shù)據(jù)，同時接上蜂鳴器。本設(shè)計以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測模塊、違規(guī)檢測模塊和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊、LED倒計時模塊和蜂鳴器狀態(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)計選用AT89C52單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，8個LED東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個蜂鳴器進(jìn)行報警。

系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成：單片機為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，語音提示器組成。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接入晶振時鐘電路，RESET引腳接上復(fù)位電路，P3.3即INT1接違規(guī)檢測電路和P3.2即INT0接緊停/東西時間設(shè)置鍵J，P0.6，P0.7接車流量檢測電路，P3.6接南北時間設(shè)置鍵S，P3.7接自動模式選擇/返回鍵F，P3.4接語音提示器。系統(tǒng)上電或手動復(fù)位后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設(shè)置。若此時F鍵按下，則為自動模式，若此時按下的是S鍵，則為時間設(shè)置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設(shè)置好兩個方向的紅綠燈時間，再按F鍵確認(rèn)。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。

接下來，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，將要顯示的時間值送顯P0口和用P2口來選通LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時以50 ms為周期，用軟件方法計時1 s，到達(dá)1 s就要將時間值減1，刷新LED數(shù)碼管。

時間到達(dá)一個狀態(tài)所要全部時間，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)碼值以及時間值，開啟兩個外部中斷，其一為違規(guī)信號或禁停信號輸入，一旦信號有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲車流量的計數(shù)器加1，然后中斷結(jié)束返回。

3 各控制模塊

3.1 車檢測模塊

本設(shè)計采用視頻圖像的車流量檢測，基本思想是視頻圖片中每條車道上設(shè)置一個固定區(qū)域作為虛擬的檢測線，對該區(qū)域內(nèi)圖像進(jìn)行處理，完成對車輛信息的獲取，車流量檢測工作原理圖和車流量檢測圖分別如圖3和圖4所示。

3.2 信號燈模塊

信號燈用來顯示車輛通行狀況，對于一個十字路口，每個路口的信號的的轉(zhuǎn)換順序為：綠——>黃——>紅，綠燈的最短時間為20秒，最長時間為40秒，紅燈最短時間為25秒，最長時間為45秒，黃燈時間為5秒。

3.3 時間顯示模塊

在交通信號燈的正上方安裝一個顯示綠燈通行時間，紅燈等待時間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路。由于東往西、西往東方向顯示的時間相同，南往北、北往南方向顯示的時間也相同，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)碼管可以時間的時間為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)有特殊車輛(如119、120)急需通行時，文中設(shè)計了緊急通行開關(guān)，當(dāng)特種車輛到來時能自動關(guān)閉所有綠燈，讓特種車輛通過。設(shè)計中特種車輛可采用紅外線發(fā)生器為發(fā)信器，用實時中斷來響應(yīng)特種車的通行要求。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)檢測電路及模擬

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

4 結(jié)束語

基于單片機的多功能交通燈控制系統(tǒng)充分利用AT89S52單片機芯片的功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強、操作簡單、程序可靠，實現(xiàn)了各種情況下交通燈的正常指示和倒計時功能，應(yīng)用此系統(tǒng)可簡便靈活地通過遙控的方式調(diào)整十字路口的控制參數(shù)，使緊急車輛及時順利通過，更重要的是本系統(tǒng)在此過程中還很好的完成了對交通燈的故障檢測，有較強的實際應(yīng)用價值。