基于AT89S51的智能交通燈控制系統(tǒng)設計與仿真

李 萍

（ 浙江水利水電學院 浙江 杭州 310018 ）

隨著經濟與社會的快速發(fā)展，城市交通壓力越來越大，如何通過有效的交通管理，實現人、車、路三者之間的協調，已經成為交管部門亟待解決的主要問題之一。除了通過多種交通出行方式緩解交通壓力以外，在路面交通控制中，對交通信號燈的靈活有效控制，已經成為城市交通控制系統(tǒng)中重要組成部分。

傳統(tǒng)的十字路口交通控制系統(tǒng)中，一般只采用紅綠黃燈分方向輪流控制形式，沒有考慮到實時的各方向路面車流輛情況，緊急突發(fā)事件的應急處理等，這樣的控制顯得不夠靈活，無法達到最優(yōu)的交通指揮目的[1]。本文提出的智能交通燈控制系統(tǒng)，可通過對通行方向實際路面車輛有無的檢測[2]，及時切換通行方向，并針對緊急情況，保證特殊車輛的優(yōu)先通行。此外，還可實現對各方向時間的倒計時顯示，使交通指揮高效靈活。

1 系統(tǒng)設計要求

智能交通燈控制系統(tǒng)要求實現以下控制目的：

1）設東西道為A道，南北道為B道；A道放行60 s；B道放行30 s；綠燈放行，紅燈停止；綠燈轉紅燈時，黃燈亮3 s。

2）當一道有車而另一道無車時，交通燈控制系統(tǒng)立即讓有車的車道放行。

3）遇到特殊情況，可撥動應急開關，使各方向均為紅燈，特殊車輛不受紅燈限制，保證其順利通過后將開關撥回原位，系統(tǒng)恢復原狀態(tài)進行。

4）具有遞減時間顯示功能。

2 系統(tǒng)設計方案

系統(tǒng)的控制方案有多種，可采用PLC、CPLD、單片機或純電路設計等設計方案。從控制的靈活性、實現的方便程度以及性價比等方面綜合考慮[3]，本設計采用AT89S51單片機作為控制核心器件。采用紅、綠、黃燈各4個作為交通指示，采用霍爾傳感器分別檢測兩個方向有無車輛通行。處理緊急車輛的開關接到外部中斷引腳INTO。使用兩位數碼管進行遞減時間顯示[5]，并采用動態(tài)掃描的顯示方式。此外，單片機系統(tǒng)工作需要時鐘電路和復位電路構成最小系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

3 硬件電路設計

1）單片機最小系統(tǒng)：原理圖如圖2所示。AT89S51作為控制核心，加上時鐘電路及復位電路組成單片機最小系統(tǒng)如圖2所示。其中時鐘電路的晶振頻率為12 MHz，為單片機工作提供基本的工作時序。采用按鍵復位電路，在系統(tǒng)上電以及非正常工作時實現復位。

圖2 單片機最小系統(tǒng)Fig.2 Smallest single-chip system

2）信號燈顯示電路：采用12個交通燈模型來模擬實際交通信號燈，其中P1.0～P1.2輸出控制A道的紅、綠、黃燈，即P1口的1個輸出引腳同時控制同一道上不同方向的兩個信號燈，若驅動能力不夠時可增加驅動電路以達到功率匹配。同理，P1.3～P1.5輸出控制B道的紅、綠、黃燈，交通燈模型在單片機輸出引腳為高電平時點亮。原理圖如圖3所示。（注：為描述方便，單片機引腳表示方法如：P1.0引腳用P10符號表示。）

圖3 信號燈顯示電路Fig.3 Display circuit of light signals

圖4 車輛檢測輸入及緊急開關輸入Fig.4 Vehicle detection input and the emergency switch input

圖5 倒計時顯示電路Fig.5 The countdown display circuit

3）車輛檢測輸入：采用霍爾傳感器進行車輛有無的檢測，在每個方向車道的入口處安裝一個霍爾傳感器。當該方向車輛入口處有車輛時，霍爾傳感器會發(fā)出一個脈沖，得到車輛的有無信號。本設計只在A、B道上各放置一個霍爾傳感器（實際應是兩個）。由于在Proteus仿真中沒有霍爾傳感器的模型，但是考慮到霍爾傳感器發(fā)出的是單脈沖，此處可采用一個開關替代來進行仿真。車輛檢測輸入部分如圖4所示。

4）緊急開關輸入：當出現緊急情況需要特殊車輛優(yōu)先通行時，可撥通緊急開關，緊急開關可接至外部中斷0，此時各方向交通燈全紅，等待特殊車輛通行后在關掉緊急開關，恢復信號燈的正常顯示。緊急開關輸入部分如圖4所示。

5）倒計時顯示電路：采用共陽極2位數碼管進行60 s或30s遞減時間顯示，使用P0口輸出LED顯示器的段碼，P2口輸出LED顯示器的位碼?？紤]到采用動態(tài)掃描方式，需增加驅動電路，故在P0口輸出段碼時先接至74HC573鎖存器進行驅動，再接至LED數碼管的段控端。通過P2口輸出4個位碼時經由74HC04反相驅動后再接到數碼管的位控端。電路原理圖如圖5所示。

4 系統(tǒng)軟件設計

圖6 主程序流程圖Fig.6 Flow chart of main program

根據系統(tǒng)控制要求及硬件原理圖，軟件采用匯編語言進行程序設計，主程序流程如圖6所示。將A、B車道的傳感器接至P3.6和P3.7 ，當P3.6=0表示A道有車輛通過；P3.6=1表示A道無車輛通過。同理，可判斷B道車輛通行情況。

對緊急車輛的處理，采用外部中斷的方式，由外部中斷0服務程序處理。LED數碼管顯示采用動態(tài)掃描方式實現倒計時的顯示，通過定時器T0進行20 ms的定時，在定時器T0服務程序中實現十位和個位時間的輪流顯示。由于篇幅限制，外部中斷0服務程序和定時器0中斷服務程序流程此處略。

圖7 仿真效果圖Fig.7 Simulation effect diagram

5 Proteus仿真調試

軟件采用匯編語言設計，在Keil C51集成開發(fā)環(huán)境下將編寫的程序進行編譯、調試，并生成目標文件（.hex）。此外，利用EDA仿真軟件Proteus繪制出電路仿真原理圖[6]，CPU選擇AT89S51。雙擊AT89S51，在出現的對話框中的“Program file”加入已生成的.hex文件，并進行仿真調試。調試成功后，正常情況下A、B道的紅綠黃信號燈輪流亮并具有倒計時顯示，按下緊急開關則A、B通道紅燈一直亮直至松開緊急開關；若檢測到當前通行道上無車而哦、另一道上有車時，能正確切換通行方向。正常情況下的仿真效果圖如圖7所示仿真顯示當前A道紅燈，B道路燈通行，倒計時時間為16 s。

6 結 論

該設計以AT89S51單片機作為控制核心，能實現正常情況的通行指示，各方向車流情況不同的及時通行切換，以及緊急情況下的特殊通行，并通過Proteus軟件的仿真調試驗證了系統(tǒng)設計的正確性。與傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有硬件結構簡潔、控制靈活、維護方便等優(yōu)點，在交通控制領域中具有較好的實用價值。

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