交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王智偉 河北省省直房地產(chǎn)服務(wù)中心

交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王智偉 河北省省直房地產(chǎn)服務(wù)中心

本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是以51系列單片機(jī)為核心，使用了STC89C52 ,采用高亮度的紅綠兩種顏色的單色發(fā)光二極管作為路口車輛直行、左拐彎、右拐彎和行人通行的指示燈,以3位高亮度的七段數(shù)碼管作為交通信號燈的倒計(jì)時顯示系統(tǒng) ,系統(tǒng)自動控制、后臺手動控制等功能完整。

交通信號燈;單片機(jī);數(shù)碼管

1.總體設(shè)計(jì)方案

本次交通信號指示系統(tǒng)中，采用了STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)中起到大腦核心作用的主控制器，作為路口車輛以及行人通行管理的總控制元件。在每個路口的各個方向，均設(shè)置有左轉(zhuǎn)彎指示燈、右轉(zhuǎn)彎指示燈、車輛直行指示燈及行人通行指示燈，每個指示燈由紅色、綠色兩個高亮度的LED指示燈組成， 3位高亮度的七段數(shù)碼管用于倒計(jì)時顯示，提示正在行駛中的車輛和通行的行人，通行狀態(tài)轉(zhuǎn)換所剩余的時間。另外，在某些緊急情況下，類似于110、 120等的特殊車輛通行時，可以通過后臺手動控制，強(qiáng)制相關(guān)路口的全部指示燈轉(zhuǎn)變?yōu)榧t燈、特種車輛可以通行、其它車輛、行人禁止通行的狀態(tài)，在經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的時間15s后，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)到之前運(yùn)行著的狀態(tài)，對路口的車輛以及行人進(jìn)行正常與否的管理。在系統(tǒng)中，還設(shè)置有照顧盲人通行的聲音提示功能（蜂鳴器發(fā)出響聲，提示過往的盲人綠燈開始以及通行倒計(jì)時即將結(jié)束）、倒計(jì)時120s與60s轉(zhuǎn)換（在大小型城市適應(yīng)性不同的情況下，采用不同的倒計(jì)時方式）等功能。

在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，使用型號為STC89C52的單片機(jī)來作為整個交通信號指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心， 120s倒計(jì)時顯示采用3位高亮度的七段數(shù)碼管；左轉(zhuǎn)彎指示燈、右轉(zhuǎn)彎指示燈、車輛直行指示燈以及行人通行指示燈，采用了紅色、綠色兩種顏色的高亮度發(fā)光二極管（由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限性，此處采用紅綠兩個LED燈同時閃爍來表示黃燈）；倒計(jì)時七段數(shù)碼管的顯示采用了動態(tài)通信方式、進(jìn)行縱向掃描，以節(jié)約端口數(shù)。按照以上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，一個51單片機(jī)的4組端口剛好能夠滿足要求。本設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一目了然，電路連接簡單方便，顯示模塊高亮度，使用性能可靠等。

系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。

在完整的系統(tǒng)中， 51單片機(jī)的P1組端口（P1.0～P1.7）用于控制模擬交通信號燈系統(tǒng)中南北方向的信號指示燈， P2組端口（P2.0～P2.7）用于控制東西方向上的通行信號指示功能；P0組端口（P0.0～P0.7）和P3.0～P3.2端口，用于控制3位的七段數(shù)碼管倒計(jì)時的正常顯示；在緊急情況下，類似于110、 120等的特殊車輛通行時，使用外中斷1端口（P3.3）進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。

2.系統(tǒng)模塊介紹

整套電路系統(tǒng)主要由六個大型模塊組成：（1）主控制系統(tǒng)模塊；（2）通行信號燈的輸出控制模塊；（3）倒計(jì)時顯示模塊；（4）特種車輛通行模塊；（5）盲人提示音模塊（6）電源模塊等。

主控制系統(tǒng)模塊主要作為系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)，起到人體中大腦所起的作用，指揮各個分模塊，協(xié)調(diào)其他各部分，最終實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)動各個模塊正常工作、整體功能可靠實(shí)行的目標(biāo)。

通行信號燈輸出控制模塊，由8組紅色綠色指示燈構(gòu)成，分別用于指示東西南北兩個方向上的車輛直行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和行人通行，其中，紅燈亮?xí)r，表示禁止通行；綠燈亮?xí)r，表示可以通行，紅綠雙燈閃爍表示實(shí)際應(yīng)用中的黃燈。

特殊車輛通行模塊是本設(shè)計(jì)中新添加的模塊，用于解決實(shí)際生活中110、 120等特殊車輛緊急通過時，途中遇見紅燈所產(chǎn)生的時間損耗。此模塊由后臺手動控制。

盲人提示音模塊也是本設(shè)計(jì)中新添加的模塊，出于人性化的考慮，在設(shè)計(jì)中添加了盲人提示音，行人通行指示綠燈亮的時候，會伴隨有蜂鳴器發(fā)出的響亮聲音，提醒盲人，可以通過馬路，在綠燈結(jié)束的10s之前開始，蜂鳴器間隔響5次，提示正在通行的盲人，綠燈的通行倒計(jì)時即將結(jié)束，請盡快通行，以保證安全?？紤]到實(shí)際生活中的應(yīng)用，在該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中增加了一個按鍵開關(guān)，控制該模塊的開啟與關(guān)閉。

倒計(jì)時顯示模塊主要用來顯示路口通行倒計(jì)時所剩余的時間，由于受電路板大小的限制，在本設(shè)計(jì)中僅采用一組3個高亮度的紅色七段數(shù)碼管來顯示倒計(jì)時，而用倒計(jì)時剩余時間的分段，來劃分此刻該方向的禁行與通行。

圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

電源模塊用來維持系統(tǒng)運(yùn)行所需要的能量，為該系統(tǒng)提供所需的+5V電源電壓。

3.系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主控制器采用的是芯片STC89C52， STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種代表性單片機(jī)。

系統(tǒng)中，單片機(jī)的P1組端口（P1.0～P1.7）用于控制模擬交通信號燈系統(tǒng)中南北方向的信號指示燈， P2組端口（P2.0～P2.7）用于控制東西方向上的通行信號指示功能；P0組端口（P0.0～P0.7）和P3.0～P3.2端口，用于控制3位的七段數(shù)碼管倒計(jì)時的正常顯示；在緊急情況下，類似于110、 120等的特殊車輛通行時，使用外中斷1端口（P3.3）進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。

單片機(jī)最小系統(tǒng)中，VCC接+5V電源電壓，用于對單片機(jī)的供電。對于晶振的頻率大小，本設(shè)計(jì)中選擇了11.0592MHz，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)中，能夠選擇的晶振頻率范圍為1.2MHz-12MHz，由于一個機(jī)器周期的長度等于12個時鐘周期，所以在使用中，優(yōu)先選擇12MHz的晶振，但是在本設(shè)計(jì)中， 12MHz的頻率進(jìn)行串行通信不容易實(shí)現(xiàn)所需的9600波特率，而11.0592MHz在計(jì)算中恰好可以得到，所以在該設(shè)計(jì)中選擇的是11.0592MHz的晶振。

4.結(jié)論與心得體會

在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，使用型號為STC89C52的單片機(jī)來作為整個交通信號指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，仿真模擬設(shè)計(jì)的交通信號燈適用于大、中、小城市十字路口的車輛以及行人的通行交通管理；倒計(jì)時顯示的模塊中， 3位高亮度七段數(shù)碼管直觀地顯示出了路口指示燈對于通行指示的剩余時間。該系統(tǒng)的基本功能非常完整，不僅能夠包含有現(xiàn)在生活中應(yīng)用著的普通交通信號燈的指示功能，還特別的增加了兩個特殊功能，一個是當(dāng)特種車輛通行時，交通線時系統(tǒng)將強(qiáng)制全部轉(zhuǎn)為紅燈；二是當(dāng)盲人通過道路是，設(shè)計(jì)的語音提示功能，更好的完善了系統(tǒng)的性能。

[1]任其亮，城市公共交通便捷性評價模型研究，公路交通科技，2015年32卷2期。

[2]張志峰，普通干線公路檢測工作的安全管理研究，公路交通科技，2014年31卷11期。

[3]J.Brignell and N.White.Intelligent Sensor System Bristel∶Top Publishing INC.1994.