一種交通信號(hào)安全防護(hù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文/呂龍波

在城市快速發(fā)展的過(guò)程中，交通控制系統(tǒng)得到較為廣泛的應(yīng)用，但在應(yīng)用的過(guò)程中也存在著一定的問(wèn)題，對(duì)人們的生活、學(xué)習(xí)和工作都會(huì)帶來(lái)一定的影響。隨著人們出行和物流量的增多，交通道路控制系統(tǒng)只有保證交通系統(tǒng)的高效和安全的性能，我們的生活水平才能得到更好的保障，但在實(shí)際生活中，城市中交通經(jīng)常會(huì)發(fā)生擁堵的現(xiàn)象，尤其是在一些道路交叉口的位置，道路交叉口作為整個(gè)交通運(yùn)輸中重要的樞紐，也是容易發(fā)生交通事故的地方。交叉口的類型有很多，而交通信號(hào)燈的應(yīng)用能夠有效改善交通道路的環(huán)境，出現(xiàn)了各種比同時(shí)段的信號(hào)控制器和多種方案式的信號(hào)自動(dòng)控制器，通過(guò)相應(yīng)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)到的交通道路車流量的多少進(jìn)行紅綠燈亮的時(shí)間長(zhǎng)短的控制，從而充分利用城市道路上的交通信號(hào)燈，提高城市交通道路的順暢性。

1 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與組成

交通信號(hào)控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)組成部分，其中有紅黃綠三種色彩的信號(hào)燈模塊、倒計(jì)時(shí)的顯示模塊以及能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控車量的檢測(cè)模塊。其相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在交通信號(hào)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)是由89C52組成的最小系統(tǒng)，其主要控制交叉路口的紅綠信號(hào)燈，并控制倒計(jì)時(shí)現(xiàn)實(shí)模塊進(jìn)而保證其能夠按照相應(yīng)的要求進(jìn)行正常顯示。將得到的相關(guān)信號(hào)輸入到單片機(jī)中，進(jìn)而可以利用單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制。倒計(jì)時(shí)顯示模塊的組成中包括8個(gè)共陰極的數(shù)碼管，該模塊的主要作用是顯示前進(jìn)或者等待的剩余時(shí)間，提醒相關(guān)車主紅綠燈的改變時(shí)間，進(jìn)而選擇停止前進(jìn)或者通行，從而維護(hù)交通運(yùn)行的秩序。

紅綠燈模塊一般包括紅黃綠三種色彩的發(fā)光二極管，在每個(gè)方向上以3個(gè)為一組，與真實(shí)交通道路上的信號(hào)燈一樣，在綠燈亮的時(shí)候可以通行，紅燈亮的時(shí)候就需要停止通行，車輛在行使的過(guò)程中需要遵守相應(yīng)的交通規(guī)則。車流量檢測(cè)模塊能夠?qū)嵤┍O(jiān)測(cè)道路上的車輛，如果交通道路上的車流量較大，其會(huì)通過(guò)單片機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)綠燈亮的時(shí)間，從而保證交通道路的通行效率。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過(guò)程中，交通量隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大也在逐漸增大，所以車流量檢測(cè)模塊作為交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的主要組成部分，發(fā)揮著十分重要的作用。

1.2 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的通行方案

本文中假定一個(gè)十字型的交叉路口，具有東西南北四個(gè)方向，不管什么時(shí)間段只允許相對(duì)的兩個(gè)方向的車輛通行，在黃燈亮起的時(shí)候，短暫的時(shí)間里允許通行但是不允許車輛行駛的兩個(gè)方向進(jìn)行相互對(duì)調(diào)。

在正常的通行情況下，當(dāng)東西方向同時(shí)亮起綠燈，南北方向同時(shí)亮起紅燈，倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，這個(gè)時(shí)候只允許東西方向車輛行駛，而南北方向禁止通行；當(dāng)東西方向的綠燈滅，同時(shí)亮起黃燈，倒計(jì)時(shí)顯示等待4秒，在這個(gè)時(shí)候等待線以外的車輛禁止通行；當(dāng)東西方向的紅燈亮，在同一時(shí)刻南北方向的綠燈亮，在這時(shí)東西方向不允許通行，而南北方向允許，直到倒計(jì)時(shí)結(jié)束；當(dāng)南北兩個(gè)方向上的綠燈同時(shí)滅而黃燈同時(shí)亮，在黃燈倒計(jì)時(shí)4秒開(kāi)始，等待線以外的車輛都不允許通行。正常通行情況下交通信號(hào)燈反復(fù)循環(huán)，正常通行模式及其亮燈狀態(tài)如表1所示。

2 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 主控制系統(tǒng)分析

交通信號(hào)控制系統(tǒng)的主控器使用的一種高能穩(wěn)定的8位單片機(jī)，其包含有一個(gè)8KB的FLASHROM，可以進(jìn)行反復(fù)的擦寫(xiě)，和內(nèi)部RAM以及3個(gè)16位可進(jìn)行編程定時(shí)器等。該控制系統(tǒng)的硬件電路如圖2所示。

其中主要包括的器件有單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、用來(lái)作信號(hào)指示的紅黃綠三種顏色的LED燈及二極管、驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的74LS04。

2.1.2 系統(tǒng)中單片機(jī)分析

單片機(jī)具有較小的體積卻擁有強(qiáng)大的功能，在控制系統(tǒng)中能夠發(fā)揮重要的作用，也被稱作為微控制器。單片機(jī)的組成中有一塊集成的電路芯片，內(nèi)部具有實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)基本功能需要的相關(guān)部件，在微機(jī)的中央處理器的基礎(chǔ)上，在同一芯片上集成了接口電路、時(shí)鐘電路以及一定容量的存儲(chǔ)器等，在外部增添一些外圍器件就構(gòu)成了一個(gè)較為完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)芯片是整個(gè)控制系統(tǒng)中十分重要的部分，具有強(qiáng)大而靈活的控制功能，能夠?qū)ΡO(jiān)控系統(tǒng)的輸入量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能。

2.2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在交通信號(hào)控制系統(tǒng)中軟件的主程序是主要功能的實(shí)現(xiàn)，利用車流量檢測(cè)對(duì)交通信號(hào)燈的時(shí)間進(jìn)行控制，在正常通行的情況下，交通信號(hào)燈在進(jìn)行工作的時(shí)候，其是按照相關(guān)路口的通行的交通規(guī)則進(jìn)行運(yùn)行，不斷反復(fù) 轉(zhuǎn)換紅綠燈的模式，而且紅綠燈的狀態(tài)可以提前進(jìn)行設(shè)定。

表1：正常通行模式及亮燈狀態(tài)

圖1：控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2：控制系統(tǒng)硬件電路圖

在正常通行的狀態(tài)下，一個(gè)時(shí)鐘的周期為68s，其中會(huì)進(jìn)行四個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，從東西綠燈、南北紅燈到東西黃燈、南北紅燈，然后到東西紅燈、南北綠燈，最后是南北黃燈、東西紅燈，按照這種狀態(tài)進(jìn)行反復(fù)循環(huán)。綠燈會(huì)亮30s，而紅燈會(huì)亮4s。在設(shè)計(jì)軟件部分的程序流程時(shí)，需要先設(shè)計(jì)延時(shí)子程序，然后再設(shè)計(jì)定時(shí)器的初始化程序。

3 總結(jié)

綜上所述，在城市化進(jìn)程不斷加快、交通運(yùn)輸行業(yè)迅速發(fā)展的過(guò)程中，交通信號(hào)燈對(duì)維持交通的有序運(yùn)行具有重要的作用。在交通信號(hào)控制系統(tǒng)的作用下，能夠保證交通系統(tǒng)的高效和安全性，從而更好保障人們的生活水平。交通信號(hào)燈的應(yīng)用能夠有效改善交通道路的環(huán)境，通過(guò)相應(yīng)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)到的交通道路車流量的多少進(jìn)行紅綠燈亮的時(shí)間長(zhǎng)短的控制，從而充分利用城市道路上的交通信號(hào)燈。在本文的研究中，分析了交通信號(hào)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，對(duì)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)也進(jìn)行了相應(yīng)的探討。