基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)

馬云鵬

摘 要：隨著人類社會進(jìn)步，全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，近年來機(jī)動車數(shù)量出現(xiàn)了爆發(fā)式的急劇增加，部分城市的交通擁堵的一塌糊涂，給城市的發(fā)展帶來了巨大的壓力，交通擁堵問題提上了城市管理者頭疼的問題。但是，城市交通道路的發(fā)展速度與汽車數(shù)量增長量之間是不匹配的，往往都是城市交通道路的發(fā)展滯后汽車的增長數(shù)量，這就使城市交通擁堵現(xiàn)象一時(shí)難以解決，車輛通行速度也阻礙了城市發(fā)展的進(jìn)程。解決城市交通擁堵的現(xiàn)象，交通燈控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，也是交通控制和疏導(dǎo)的主要手段，因此，建立一個(gè)安全、可靠、便捷的智能交通燈控制系統(tǒng)迫在眉睫。 本文以解決城市交通擁堵為研究對象，引出智能交通燈控制系統(tǒng)。并對智能交通燈控制系統(tǒng)的核心技術(shù)單片機(jī)進(jìn)行介紹，詳細(xì)闡述單片機(jī)原理、微機(jī)原理、微機(jī)接口技術(shù)等方面的知識，結(jié)合單片機(jī)仿真系統(tǒng)的使用方法，設(shè)計(jì)出一套性價(jià)比較高的智能交通燈的控制系統(tǒng)，從而來緩解城市交通擁堵的問題。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能；交通燈；設(shè)計(jì)

井然有序的交通秩序是生活在城市的人和城市管理者迫切希望的，如何能做到井然有序的交通秩序，不僅需要有一系列交通規(guī)則貫徹到每個(gè)城市人的心目中，而且還需要應(yīng)用現(xiàn)代化的電子科技手段來緩解交通擁堵加。電子科技手段主要以單片機(jī)為核心，通過該機(jī)器的應(yīng)用更好的捕捉到正常時(shí)段和突發(fā)時(shí)段的車流量信息，根據(jù)捕捉到的相關(guān)信息制定相應(yīng)的規(guī)則，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，從而建立起城市交通的自動智能化系統(tǒng)。

一、單片機(jī)介紹

（一）單片機(jī)的含義。單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)簡稱，也叫做微控制器或是嵌入式微控制器等，是計(jì)算機(jī)發(fā)展的階段性成果，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把相關(guān)的元器件集成在一塊芯片上，適用也是相當(dāng)廣泛的，在工業(yè)工程的過程控制、尖端的智能儀器儀表和電力測控系統(tǒng)的前端裝置均有所應(yīng)運(yùn)。

（二）單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求。本設(shè)計(jì)能真實(shí)模擬城市基本的交通，并進(jìn)行控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，用紅燈表示禁行，綠等表示通行，黃燈表示等待等相關(guān)的信號進(jìn)行引導(dǎo)，還能在一定的時(shí)間間隔進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，并且對車流量檢測，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，并在不同程度上對交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。（1）倒計(jì)時(shí)顯示。倒計(jì)時(shí)顯示提前給駕駛員一個(gè)預(yù)警作用，駕駛員根據(jù)信號燈燈色發(fā)生改變的時(shí)間，在“停止”和“通過”兩者間作出判斷并進(jìn)行合適的選擇。（2）車流量檢測及調(diào)整。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，交通擁擠堵塞現(xiàn)象困擾著城市里面的每個(gè)人，交通事故的發(fā)生也成直線上升。采用傳感器+單片機(jī)+外圍器件相結(jié)合的方法對車流量進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果做出判斷和調(diào)整。（3）時(shí)間手動設(shè)置。上面闡述的方法屬于自動控制調(diào)整，除了自動控制調(diào)整，還可以通過鍵盤進(jìn)行人工手動設(shè)置，當(dāng)自動故障和意外發(fā)生時(shí)，人為的控制是非常有效的，能在第一時(shí)間采取應(yīng)急措施，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。（4）緊急處理。在現(xiàn)如今交通擁堵的大環(huán)境下，交通路口時(shí)常會出現(xiàn)緊急狀況，如特大的交通事件發(fā)生，救護(hù)車等急行車通過等，這些緊急狀況時(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)和人民群眾的安全，我們當(dāng)面臨這些緊急情況時(shí)，必須采取必要措施允許其暢通無阻。由此禁停按鍵在交通控制中發(fā)揮重要的作用，也能達(dá)到想此目的。（5）違規(guī)檢測。交通規(guī)則必須人人遵守，但是偶爾也會出現(xiàn)違反規(guī)則的現(xiàn)象，如闖紅燈等，交警等交通管理人員由于精力有限，并不能做到所有的違反規(guī)則都第一時(shí)間處理，這樣在路口設(shè)置檢測傳感器就能解決上述問題，能進(jìn)行自動的警報(bào)提示并進(jìn)行警告。

二、交通燈設(shè)計(jì)中的主要模塊分析

（一）單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成。該系統(tǒng)的原理是LED數(shù)碼管、顯示器、蜂鳴器相結(jié)合的系統(tǒng)。倒計(jì)時(shí)功能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)，在使用了過程中進(jìn)行相應(yīng)的顯示，接入LED數(shù)碼管可以在視覺上更加直觀的提醒行駛者。系統(tǒng)在聽覺也加入了蜂鳴器，對違反規(guī)則的行駛者進(jìn)行不間斷的提醒。通過違規(guī)檢測電路和車流量監(jiān)測電路來完成采集數(shù)據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)單片對機(jī)車流量的變化情況了如指掌，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制信號燈的狀態(tài)變化。

（二）檢測車流量的方法。這種檢測車流量的方法在一定程度上緩解了交通的壓力。該系統(tǒng)能檢測到監(jiān)測點(diǎn)的車流量，并且在不同的時(shí)段自動調(diào)整紅綠燈時(shí)間（可設(shè)定紅路燈上、下限），這樣潛移默化的大幅提高車輛通過率，霍爾車輛檢測器在每個(gè)車道的車輛等待線的前方裝設(shè)是不可缺少的，當(dāng)輛車與傳感器的磁場發(fā)生改變，即產(chǎn)生一個(gè)電脈沖，將電脈沖送給單片機(jī)的計(jì)數(shù)器，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過先前給計(jì)數(shù)器設(shè)定初始值，用來判別各方向的車輛通行狀況。通過反復(fù)的檢測，單次檢測的結(jié)果可能不太準(zhǔn)確，通過累積計(jì)算的方法在一定程度上能確保準(zhǔn)確率，這就是真正意義上的“模糊控制”。采用這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是性價(jià)比比其他控制系統(tǒng)要高很多。

（三）檢測車輛違規(guī)方法。當(dāng)交通信號燈出現(xiàn)在紅燈、黃燈時(shí)，遵守交通規(guī)則的車輛是不能通行的。光敏二極管作為系統(tǒng)的檢測原件，將其安放在停車線上，車輛在前進(jìn)通過時(shí)，與二極管相接處并被擋住，光敏二極管的導(dǎo)通功能就不能實(shí)現(xiàn)，當(dāng)單片機(jī)檢測到這種信號時(shí)，會進(jìn)行警報(bào)，并第一時(shí)間執(zhí)行相應(yīng)操作。

在整個(gè)檢測車輛時(shí)，光敏二極管和三極管是經(jīng)常用得到的。但一般光敏二極管有其局限性，它的開關(guān)特性滿足不了要求，這時(shí)三極管就派上了用場，并將其作為開關(guān)。三極管在二極管的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新改造，二極管與三極管進(jìn)行互換，當(dāng)兩種極管處于不同的導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，檢測端的電壓也是不一樣的，通過這種方法可以及時(shí)有效的檢測違規(guī)車輛了。

三、軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)主要是分為如下幾個(gè)構(gòu)成部分：（1）定時(shí)設(shè)計(jì)。定時(shí)設(shè)計(jì)在交通燈時(shí)間的顯示中要做到準(zhǔn)確無誤，把握規(guī)律的基礎(chǔ)上設(shè)定一定的時(shí)間初始值，然后每秒減1，一直減到0，然后跳轉(zhuǎn)。所以在現(xiàn)實(shí)的操作中系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)非常準(zhǔn)確的1 s定時(shí)。這部分定時(shí)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)計(jì)算器來實(shí)現(xiàn)的。這種定時(shí)設(shè)計(jì)不是單單依靠軟件來實(shí)現(xiàn)，它是通過硬件和軟件計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)，并通過一定的計(jì)算算法來實(shí)現(xiàn)。（2） 定時(shí)程序流程。主定時(shí)程序和定時(shí)中斷服務(wù)程序是定時(shí)程序的兩個(gè)部分，這兩部分每部分都有自己的功效。定時(shí)主程序的主要功能是要進(jìn)行定時(shí)器以及計(jì)數(shù)器的初始化變成，并且通過反復(fù)的調(diào)用顯示子程序的方法，再等待定時(shí)中斷的到來。而定時(shí)中斷服務(wù)程序流程主要是進(jìn)行計(jì)時(shí)操作，程序先判斷技術(shù)溢出是否能夠滿足達(dá)到1 s的次數(shù)。

四、總結(jié)

交通控制研究宗旨意在解決人類面臨的交通擁堵帶來生活、工作等方面的不便，但是道路建設(shè)的暫時(shí)不足與交通工具的快速增長形成反差，在有限的交通道路資源下如何保障車輛井然有序是城市管理者面臨著巨大的考驗(yàn)。交通燈控制在交通運(yùn)輸領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。本文分析了單片機(jī)在智能交通燈控制系統(tǒng)的發(fā)揮的作用。它作為核心的控制元器件，功能非常強(qiáng)大，可靠性也比較高，并且能做到隨時(shí)的系統(tǒng)更新。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬巍. 單片機(jī)控制交通燈[J]. 職業(yè). 2011（05）

[2] 郭循釗，鄺帆，邵平，許宏科. 基于單片機(jī)的多功能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)[J]. 公路交通技術(shù). 2010（01）