基于單片機的交叉口信號機仿真系統(tǒng)設計

摘 要：本文研究目前十字交叉口的交通燈布置情況，設計了一種基于AT89C52的單片機控制的信號機系統(tǒng)。文中給出了系統(tǒng)的軟件和硬件實現(xiàn)及控制流程，能實現(xiàn)十字路口交通燈的模擬控制功能。

關鍵詞：AT89C52;交叉口;交通仿真

1 背景

在我國城市的道路交通控制中，十字路口設置的交通信號機隨處可見，并且大部分還具有倒計時顯示功能，它們的設置保證了交叉口的車輛和行人能夠遵循一定的交通規(guī)則順利通過交叉口，從而保證交叉口不發(fā)生擁堵。十字路口的交通信號燈是作為交通流控制常見的設備，目前，它們的控制和管理主要是依靠位于路旁的控制機柜直接控制的，基于這種思路，本文設計了一種信號機控制仿真系統(tǒng)，能模擬實際的信號機的顯示，為教學和演示提供方便，本文利用單片機作為該系統(tǒng)的控制核心設備，設計了基于單片機的信號機的仿真控制系統(tǒng)，能模擬實現(xiàn)交叉路口的交通控制。[1，2]

2 設計架構

本文實現(xiàn)的系統(tǒng)分為兩個部分：系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。硬件以單片機為核心，主要是對于仿真模擬平臺的搭建，軟件主要涉及軟件控制流程與控制思想的設計。具體的架構如下：

2.1 硬件架構

本文設計的硬件架構分為以下幾個模塊：（1）顯示模塊。顯示模塊包括信號燈顯示以及倒計時顯示模塊，[3，4，5，6]信號燈顏色順序每個方向從左到右一次排列為綠黃紅，信號燈采用三種不同顏色的二極管來構成，倒計時為采用數(shù)碼管顯示方式進行顯示，它們一起組合設置于信號機架上。（2）單片機控制模塊。本系統(tǒng)選用的單片機使用AT89C52單片機，這種類型的單片機具有在線編程功能，電路連接簡單，系統(tǒng)工作穩(wěn)定和功能多等特點。（3）電源模塊。單片機的供電模塊采用電壓變換電路，轉換成AT89C52單片機使用的12V電壓。對于信號燈和倒計時顯示模塊的供電電源也采用此種方式實現(xiàn)。[7]（4）交叉口平臺。搭建交叉口的十字路口硬件模擬平臺，在上面布置交通燈、倒計時模塊以及十字交叉口的仿真模擬路面等，在模擬平臺盒體內(nèi)部設置單片機及布線及供電電源，且平臺容易打開取出內(nèi)部的單片機芯片，方便容易對單片機芯片內(nèi)部程序進行更改。

2.2 軟件架構

本文設計的軟件主要是為了實現(xiàn)信號燈的顯示以及倒計時功能，本文系統(tǒng)為各個相位的信號燈顯示配備相應的倒計時時間，并且循環(huán)進行切換。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 硬件的實現(xiàn)

本文設計的硬件設計如圖所示，在一個交叉口的四個方向均設計了信號機柱，信號燈和計時器均設置于機柱上，從而實現(xiàn)對交叉路口四個方向的控制，各個方向的計時功能均采用倒計時方式來實現(xiàn)，如圖所示為設備平面圖，本文設計的硬件結構如下圖1所示：

3.2 軟件的實現(xiàn)

本文設計的軟件流程如下圖所示：系統(tǒng)啟動時，先對系統(tǒng)進行初始化，使得南北方向顯示綠燈，并且倒計時顯示，等倒計時完綠燈顯示后，顯示3s黃燈，使得南北方向顯示紅燈，而東西方向的燈光顯示剛好和南北方向的顯示是相反的。

本文設計的軟件系統(tǒng)是控制東西南北方向的燈光顯示以及倒計時器的顯示情況的，我們將該程序分為兩個相位，南北相位與東西相位，[8]我們假設南北相位為相位1的配時，東西相位為相位2的配時，設計初始程序中的配時情況為相位1為綠燈時間顯示為45s，相位2的紅燈時間為48s，其中在顯示綠燈及倒計時信息為0后，該相位繼續(xù)保持3s的黃燈顯示并倒計時3s，這樣就能保證在最后幾秒的綠燈車輛順利通過交叉口，隨著倒計時器的顯示，信號燈的顏色也進行了相應的變換，從而模擬十字交叉口的信號機的變換情況。

4 總結

本文設計了基于單片機的十字路口交通燈控制模擬控制系統(tǒng)，能夠模擬十字交叉口的交通配時，系統(tǒng)實現(xiàn)性好，可操作性強。

參考文獻：

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[7]毛謙敏.單片機原理及應用系統(tǒng)設計.國防工業(yè)出版社，2008.

[8]劉建科.基于VHDL交通控制器的設計及仿真[D].青海師范大學，2011.

作者簡介：王青苗（1989-），女，碩士，助教，研究方向：城市軌道交通控制。