基于單片機(jī)的交通燈控制器設(shè)計(jì)

作者/郝慶妮、吳繼俠、張姣，咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院基金項(xiàng)目：國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201510722646）

基于單片機(jī)的交通燈控制器設(shè)計(jì)

作者/郝慶妮、吳繼俠、張姣，咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院基金項(xiàng)目：國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201510722646）

十字路口的通行能力取決于對(duì)交通燈控制的優(yōu)劣。針對(duì)兩條雙向八車道道路交匯的十字路口，設(shè)計(jì)了交通燈控制器。闡述了交通燈控制器的設(shè)計(jì)方案，以AT89C52單片機(jī)為控制核心，用發(fā)光二極管（紅，黃，綠）代表各個(gè)路口的交通燈，用七段數(shù)碼管對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。通過(guò)合理的方案設(shè)計(jì)及仿真分析，并最終經(jīng)過(guò)實(shí)際電路驗(yàn)證，該控制器工作可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

十字路口；交通燈；AT89C52；發(fā)光二極管

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，車輛的擁有量越來(lái)越多，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視[1]。如何保障道路通暢，特別是十字路口的通行能力，交通燈起到非同一般的作用。交通燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于交通疏導(dǎo)、提高道路通行能力，減少交通事故具有明顯效果。交通燈控制器也就成為研究的熱點(diǎn)。

單片機(jī)的出現(xiàn)及發(fā)展，使得交通燈控制器的電路簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，控制方便可靠，大大降低了交通燈控制器的成本，交通燈的普及度得到了提高[2]。

1.硬件電路設(shè)計(jì)

■1.1 設(shè)計(jì)方案

交通燈控制器的設(shè)計(jì)需根據(jù)每個(gè)路口的具體情況進(jìn)行考慮，那么，這樣的方案就會(huì)有很多種，這里僅對(duì)一種最具代表性的方案進(jìn)行闡述。即，功能最完整的十字路口的交通燈設(shè)計(jì)。圖1是兩條雙向八車道道路交匯的十字路口示意圖[3]。每側(cè)的四個(gè)車道中，左側(cè)車道為左轉(zhuǎn)車道，中間兩個(gè)車道為直行車道，右側(cè)車道為右轉(zhuǎn)車道。所有車輛需在進(jìn)入該路口之前根據(jù)自己所要去的方向提前駛?cè)胂鄳?yīng)的車道。

1.1.1 交通燈工作狀態(tài)說(shuō)明

南北路口上方的八盞交通燈分別用A、B、C進(jìn)行標(biāo)注，若標(biāo)號(hào)相同則表示其工作狀態(tài)一致。A指的是左轉(zhuǎn)信號(hào)燈，B指的是直行信號(hào)燈，C指的是右轉(zhuǎn)信號(hào)燈。東西路口上方的八盞交通燈分別用D、E、F進(jìn)行標(biāo)注，D指的是左轉(zhuǎn)信號(hào)燈，E指的是直行信號(hào)燈，F(xiàn)指的是右轉(zhuǎn)信號(hào)燈。四個(gè)路口兩側(cè)共八盞交通燈分別用G、H進(jìn)行標(biāo)注，若標(biāo)號(hào)相同則表示其工作狀態(tài)一致。本方案中，假設(shè)C、F一直為綠燈（右轉(zhuǎn)車輛隨時(shí)放行）。

1.1.2 交通燈工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法

東西和南北方向的放行時(shí)間的長(zhǎng)短是依據(jù)路口的各個(gè)方向平時(shí)的車流量來(lái)設(shè)定，若南北直行用工作狀態(tài)S1表示，東西方向的車輛左轉(zhuǎn)用工作狀態(tài)S2表示，東西直行用工作狀態(tài)S3表示，南北方向的車輛左轉(zhuǎn)用工作狀態(tài)S4表示，則各個(gè)狀態(tài)保持的時(shí)間之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 雙向八車道交匯十字路口示意圖

圖2 十字路口八個(gè)標(biāo)號(hào)交通燈工作狀態(tài)示意圖

我們可以依據(jù)上述的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)改變車輛的放行時(shí)間。假設(shè)180s為一個(gè)周期，八個(gè)標(biāo)號(hào)的信號(hào)燈在一個(gè)周期內(nèi)四種狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)情況示意圖如圖2所示：

■1.2 交通燈控制器硬件電路

1.2.1 交通燈控制器總體框圖

本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C52為核心，由晶振電路，強(qiáng)通電路，復(fù)位電路，數(shù)碼管時(shí)間顯示電路和紅黃綠三色燈顯示電路幾部分構(gòu)成。其中晶振電路主要為系統(tǒng)運(yùn)行提供一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，強(qiáng)通電路用于緊急情況下道路在某個(gè)方向的強(qiáng)制通行，復(fù)位電路則為系統(tǒng)提供初始化操作。由紅、黃、綠三色發(fā)光二極管模擬交通信號(hào)燈，數(shù)碼管顯示電路顯示信號(hào)燈出現(xiàn)的時(shí)間。系統(tǒng)的總體框圖如圖3所示。

圖3 交通燈控制器總體框圖

在交通燈控制系統(tǒng)中，信號(hào)燈的變化和時(shí)間的顯示，是用來(lái)傳達(dá)信息直接指揮交通的。在該控制器中，信號(hào)燈采用紅、黃、綠三種顏色的發(fā)光二極管來(lái)代替信號(hào)燈。由單片機(jī)的P0口控制，當(dāng)某一端口為低電平時(shí)，相應(yīng)的二極管發(fā)光。模擬路燈顯示電路如圖4所示。

圖4 模擬路燈顯示示意圖

每一個(gè)方向時(shí)間的顯示，由兩個(gè)LED七段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)器74LS47接收單片機(jī)P1口（東西方向）、P2口（南北方向）的信息，譯碼后，再驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示時(shí)間。圖5為時(shí)間顯示電路。

2.軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)交通燈控制器的設(shè)計(jì)方案，交通燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程有四個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)S1， 南北方向允許直行，東西方向紅燈亮，禁止通行；狀態(tài)S2， 南北車輛左轉(zhuǎn)，其余方向車輛禁行；狀態(tài)S3， 東西方向允許直行，南北方向禁止通行；狀態(tài)S4， 東西方向車輛左轉(zhuǎn)，南北方向禁止通行。紅綠燈顯示轉(zhuǎn)換流程圖[4]如圖6所示。

圖5 時(shí)間顯示電路

3.仿真結(jié)果

采用Proteus對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真[5]，系統(tǒng)各項(xiàng)功能都達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。仿真電路圖如圖7所示。

4.結(jié)束語(yǔ)

論文以單片機(jī)AT89C52芯片為核心設(shè)計(jì)了交通燈控制器，使用發(fā)光二極管（紅，黃，綠）代表各個(gè)路口的交通燈，用七段數(shù)碼管對(duì)轉(zhuǎn)換時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。采用按鍵模擬強(qiáng)通電路。經(jīng)過(guò)模擬仿真及實(shí)際電路焊接調(diào)試，該控制器實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，各方向紅黃綠燈轉(zhuǎn)換流暢。該系統(tǒng)為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時(shí)間與提示信息，既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。該設(shè)計(jì)性價(jià)比高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

圖6 紅黃綠燈顯示轉(zhuǎn)換

度和結(jié)果的可靠性。GPRS無(wú)線通訊模塊將現(xiàn)場(chǎng)故障信息通過(guò)短信的方式發(fā)送給工作人員；

（3）該系統(tǒng)內(nèi)部采用CAN總線連結(jié)各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

＊ [1]朱玲玲,李長(zhǎng)凱,張華中,等.配電網(wǎng)單相斷線故障負(fù)序電流分析及選線[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009, 37(9)：35-38.

＊ [2]肖希鳳.配電線路單相斷線故障檢測(cè)技術(shù)研究[D].濟(jì)南:濟(jì)南大學(xué),2016.