基于一種微控制器的交通信號的控制方案

李 想，姜以濤

（1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，陜西 西安 710300；2.江蘇博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 無錫 214028）

基于一種微控制器的交通信號的控制方案

李 想1，姜以濤2

（1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，陜西 西安 710300；2.江蘇博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 無錫 214028）

根據(jù)現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實情，闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計方案。

計時電路；主控電路；信號燈轉(zhuǎn)換器；脈沖信號發(fā)生器

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，城市交通堵塞擁擠已成為越來越突出的問題。交通信號控制的發(fā)展趨勢已從單交叉口孤立的“點控”模式逐漸發(fā)展成為干道上多個交叉口協(xié)調(diào)控制的“線控”模式和區(qū)域范圍內(nèi)若干個交叉口協(xié)調(diào)控制的“面控”模式。這種趨勢迫切需要有一種功能強大的交通信號控制系統(tǒng)的出現(xiàn)。本文正是在這一背景下研制了一種基于AT89S52單片機的交通信號控制機。

1 方案的比較、設(shè)計與論證

1.1 電源提供方案

為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了2種電源方案：

（1）方案一。采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復(fù)雜。

（2）方案二。采用單片機控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。

經(jīng)綜合考慮，我們選擇方案二。

1.2 顯示界面方案

該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈?，我們考慮了3種方案：

（1）方案一。完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字符，無法勝任題目要求。

（2）方案二。完全采用點陣式LED顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符、漢字、圖形等。

（3）方案三。采用數(shù)碼管與點陣LED相結(jié)合的方法，因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看，并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。

權(quán)衡利弊，方案三可互補方案一、二的優(yōu)缺點，我們決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。

1.3 輸入方案

題目要求系統(tǒng)能手動設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，我們討論了2種方案：

（1）方案一。采用8155擴展I/O口及鍵盤，顯示等。

該方案的優(yōu)點，是使用靈活可編程，并且有RAM及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O口，但操作起來稍顯復(fù)雜。

（2）方案二。直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用 4 個按鍵，分別是 K1、K2、K3、K4。

由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的I/O口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。

2 理論分析與計算

對于一個交通路口來說，能在最短的時間內(nèi)達(dá)到最大的車流量，就算是達(dá)到了最佳的性能，我們稱在單位時間內(nèi)都能達(dá)到的最大車流為車流量，用公式：

車流量=車流/時間來表示。設(shè)定一些標(biāo)號如圖1所示。

圖1 標(biāo)號設(shè)定圖

說明：此圖上邊為北路口燈，右邊為東路口燈，下邊為南路口燈，左邊為西路口燈。因此最終只需寫出一組 S1、S2、S3、S4 的邏輯狀態(tài)表。

3 電路設(shè)計圖與流程圖

圖3 流程圖

由于LED用來實現(xiàn)紅綠燈狀態(tài)，若直接接在單片機的口線，路口倒計時的顯示就不能實現(xiàn)。74LS04的作用是倒相和驅(qū)動，其輸出的電流大約48mA，實際測試發(fā)現(xiàn)足以滿足要求，而且發(fā)光管也能達(dá)到足夠的亮度。兩組發(fā)光管（一組紅、一組綠）由于反相器的作用，其邏輯狀態(tài)恰恰相反。電阻串聯(lián)的二極管的作用是為了分壓，防止因上下兩組發(fā)光管分壓不同導(dǎo)致邏輯的錯誤，共4組分別代表東西南北4個方向的紅綠燈。

4 測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

（1）當(dāng)電路連接完畢后，將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi)，K1和K2分別給端口送高電平和低電平，通電即可檢測。

（2）數(shù)碼管的測試。將串口的和電路板上的接口連接，將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi)。

（3）整體電路測試。系統(tǒng)上電，刷寫好程序即可開始測試，觀測一個周期（共計S1～S4的4個狀態(tài)，默認(rèn)60 s）燈的顯示狀態(tài)是否正常，同時觀察倒計的計數(shù)是否正常。

圖4 測試程序電路

5 部分核心程序

6 結(jié)束語

由于使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強大，而且可以隨時的更新系統(tǒng)，進(jìn)行不同狀態(tài)的組合。是值得在實際生產(chǎn)生活中廣泛采用的方案。

[1]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.

[2]李廣弟.單片機基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.

[3]何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)大全[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.

[4]張毅剛.單片機原理及接口技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1990.

Micro-controller based on a Traffic Signal Controlling Program

LIXiang1,JIANG Yi-tao2
(1.Shan xi Institute of Technology，Electronics and Information Engineering，Xi'an 710300，China;2.Bosch Automotive Diesel Systems Co.,Ltd.,Wuxi Jiangsu 214028，China)

According to the modern urban traffic control and management of the status quo,with the actual situation of urban transport traffic light control system described in the working principle of a practical urban traffic light control system hardware design.

timing circuit；main control circuit；signal converters；pulse generator

TP273

B

1672-545X（2011）09-0078-02

2011-06-26

李 想（1981—），男，吉林白城人，助教，主要從事電子信息工程的教學(xué)與研究工作。