基于AT89C51單片機(jī)的路口交通信號燈控制設(shè)計

林紀(jì)言 吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院

基于AT89C51單片機(jī)的路口交通信號燈控制設(shè)計

林紀(jì)言 吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院

該路口交通信號燈控制系統(tǒng)以美國Atmel公司生產(chǎn)的51單片機(jī)為控制核心，配合使用數(shù)碼管、紅黃綠三種發(fā)光二極管、反相器等多種電子軟件，該設(shè)計不僅可以控制路口的通行狀態(tài)，也可以是對于車輛的車速進(jìn)行測量，適用于不同環(huán)境下的交通控制。

AT89C51 速度測量 交通信號燈 keil proteus

引言

隨著社會的不斷發(fā)展，道路上的汽車也越來越多，隨之而來的交通環(huán)境越來越惡劣，道路的擁擠現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，尤其在北京等大城市的路口，在高峰時間段擁擠更為嚴(yán)重。根據(jù)調(diào)查我國的大多數(shù)城市依然采用定周期的交通信號裝置，在日常運行中，不論什么時間段，信號燈都是按照相同的周期進(jìn)行交替變換，這種單一的設(shè)計往往會浪費較多的社會資源。所以，改變傳統(tǒng)信號燈的控制模式，使用周期可調(diào)節(jié)的新型交通信號燈會更快速有效地改變道路現(xiàn)狀，提高道路利用率。

微控制器（Micro Controller Unit，MCU）即單片機(jī)是指把組成微型計算機(jī)的各種功能的部件（中央處理單元、隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、計數(shù)器等）集成在一塊微型電子芯片上，由于單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)較小故常用于一些控制裝置當(dāng)中。

一、信號燈功能分析

圖1

表1

交通信號燈主要用于城市道路交叉口，用于疏導(dǎo)交通車流，提高城市公共交通資源的利用率。該設(shè)計（如圖1）①②共有四個狀態(tài)（如表1），實際顯示電路（圖2）。

二、狀態(tài)流程

首先，X區(qū)顯示綠燈亮起60秒，此時X1和X2區(qū)車輛通行，Z1和Z2區(qū)車輛停車等待；當(dāng)X區(qū)顯示黃燈亮起時，提醒X1和X2區(qū)此時已超過停止線的車輛快速通過，Z1和Z2區(qū)車輛依舊停車等待；5秒后X區(qū)紅燈亮起并持續(xù)60秒，該狀態(tài)下X1和X2區(qū)車輛禁止通行，此時Z區(qū)為綠燈狀態(tài)，Z1和Z2區(qū)域內(nèi)車輛正常通行。當(dāng)Z區(qū)顯示黃燈亮起的時候，則Z區(qū)已超過停止線的車輛快速通過，此時X1和X2區(qū)車輛停止等待，一個周期結(jié)束，之后重復(fù)此流程。

三、硬件設(shè)計

（一）主要器件為51單片機(jī)，按照芯片半導(dǎo)體制造工藝來劃分，可以分為HMOS工藝性和CHMOS工藝型，在這個系統(tǒng)設(shè)計中，我們采用CHMOS型AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)是一種可編程可擦除的只讀存儲器單片機(jī)，具有低耗能的特點。

單片機(jī)的最小系統(tǒng)（圖3）即能然單片機(jī)工作的最基本元件所構(gòu)成的系統(tǒng)，單片機(jī)的最小系統(tǒng)通常由復(fù)位電路與時鐘脈沖電路構(gòu)成，現(xiàn)在常見的單片機(jī)芯片（如MCS-51）的工作頻率為0～24MHz，我們通常會接上由一個晶振和兩個電容所組成的振蕩電路到18、19號引腳來為單片機(jī)傳輸一段脈沖信號使單片機(jī)能夠正常工作。復(fù)位電路主要由一個電解電容構(gòu)成，將其連接至第九號復(fù)位引腳（Reset），再次引腳鏈接高電平超過2個機(jī)器周期時，則會產(chǎn)生一個復(fù)位動作，使整個系統(tǒng)能夠重新運行。

（圖2）

（二）采用紅黃綠三色led燈和7段共陰極數(shù)碼管作為輸出顯示器件，由于X1和X2區(qū)永遠(yuǎn)為同一組輸出狀態(tài)，Z1和Z2區(qū)永遠(yuǎn)為同一組輸出狀態(tài)，我們?yōu)榱私档途幊虖?fù)雜度，則我們將同種輸出狀態(tài)的兩組信號燈接在同一I/O口。

（三）鍵盤模塊能夠?qū)τ谥芷跁r間進(jìn)行更改，選擇（Select）鍵能夠選中不同的倒計時數(shù)字，加（Plus）鍵能夠增加時間，減（Minus）鍵按下即可減少倒計時時間從而減少等待時間，當(dāng)全部設(shè)置完畢時按下退出（Quit）鍵即可恢復(fù)到正常運行模式。

鍵盤去抖，由于在我們按下按鍵等待彈回的時間內(nèi)會產(chǎn)生大約一段10～20ms的抖動，這種抖動會明顯地影響系統(tǒng)的可靠性，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們在每個按鍵上并聯(lián)一個電容，根據(jù)計算假設(shè)抖動的時間為20ms，則可得出C的值在2.8uF到5.6uF之間。

四、軟件設(shè)計

由于C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言，并且C語言具有可讀性好，移植容易的優(yōu)點，所以在路口交通信號燈控制程序的設(shè)計中，采用了C語言進(jìn)行編寫。文件中包含了初始化函數(shù)、顯示函數(shù)以及延時等子模塊，由主程序直接調(diào)用各個子模塊來實現(xiàn)紅黃綠三色信號燈的周期變換以及7段數(shù)碼管的倒計時功能，在正常狀態(tài)下，通過周期性調(diào)用延時子程序來實現(xiàn)定時時間。

五、設(shè)計流程

首先使用keil軟件對交通燈控制程序進(jìn)行編寫，之后運行程序無誤后編譯生成.hex格式文件，打開Proteus軟件，選取所需元器件并按照設(shè)計要求排列元器件，繪制電路板（圖3）。

（圖3）

六、電路仿真

檢查電路連接無誤后，將編譯生成的.hex文件燒寫到Atmel公司的C51單片機(jī)中，運行信號燈控制系統(tǒng)（圖4）并觀察在一個周期（I～I(xiàn)V）內(nèi)的交通信號燈及倒計時顯示裝置運行狀態(tài)是否正常，按下設(shè)置按鈕調(diào)節(jié)每個時間段內(nèi)的時間，再次觀察電路運行是否穩(wěn)定。

（圖4）

七、結(jié)語

最后通過多次運行，該設(shè)計能夠穩(wěn)定地運行，并且由于使用單片機(jī)進(jìn)行的設(shè)計，只需要對其運行程序的部分語句進(jìn)行重新編寫就能夠修改各個周期所持續(xù)的時間，同時還可實現(xiàn)信號燈控制系統(tǒng)的維護(hù)與升級，大大節(jié)省了日常維護(hù)的費用。

注釋：

① X1與X2因為信號狀態(tài)相同簡記為X區(qū)，同理，Z1與Z2記為Z區(qū)。

②R表示紅燈，Y表示黃燈，G表示綠燈。

[1]Stephen prata.C Primer Plus[M].姜佑.第六版.北京：人民郵電出版社，2016.

[2]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計[M].第四版，北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[3]林立，張俊亮.單片機(jī)原理及應(yīng)用:基于Proteus和Keil C[M].第三版.北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[4]徐愛鈞.Keil C51單片機(jī)高級語言應(yīng)用編程與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[5]李朝青，劉艷玲.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].第4版，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

[6]王冠安.基于AT89C51單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真[J].高科技產(chǎn)品研發(fā),2014,4:24.

[7]朱清慧，張鳳蕊等.Proteus教程[M].第3版，北京：清華大學(xué)出版社，2016

林紀(jì)言（1995-），吉林長春人，主要研究方向為電子電路設(shè)計與數(shù)字通信技術(shù)。