基于交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張克旬 趙永禮 李開

摘 要：近年來(lái)隨著科技飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，但僅單片機(jī)知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及與具體應(yīng)用對(duì)象軟件結(jié)合，這樣才能給人們帶來(lái)更有價(jià)值的應(yīng)用。

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使車輛越來(lái)越普遍，因此，人、車的通行秩序的維持，就要依靠交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式有很多。交通燈控制系統(tǒng)通常要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)AT89S52為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，以共陽(yáng)極雙位數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量設(shè)置紅綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩2秒時(shí)綠燈閃爍示警，另外，可以通過(guò)按鍵分別實(shí)現(xiàn)緊急模式和夜間模式以達(dá)到智能和節(jié)能的效果。系統(tǒng)整體電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、交通信號(hào)燈模塊和顯示電路模塊，將以上模塊綜合連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)功能。軟件部分則采用KEIL C語(yǔ)言編程，使單片機(jī)的中斷和計(jì)時(shí)功能，用以實(shí)現(xiàn)所設(shè)想功能。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、擴(kuò)展功能強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；交通燈；數(shù)碼管

0 引言

目前設(shè)計(jì)交通燈的方案有很多，有應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)。由于AT89S52單片機(jī)自帶有2個(gè)計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，且其I/O口作為輸出時(shí)，具有較大的吸收電流能力，可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且成本低，用其設(shè)計(jì)的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈。

1 各模塊選擇

1.1 控制：采用AT公司的單片機(jī)AT89s52作為控制器。單片機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大。它是MCS-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品，在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8052單片機(jī)完全兼容，使用時(shí)容易掌握；采用AT89s52單片機(jī)穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)，在系統(tǒng)/在應(yīng)用可編程。

1.2 顯示：用七段LED數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示，用LED燈作為狀態(tài)燈指示功能。

1.3 輸入：直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用兩個(gè)按鍵，分別是K1、K2。

1.4 電源：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源，采用USB供電為整個(gè)系統(tǒng)供電，它具有多路電源輸出，此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源。

1.5 設(shè)計(jì)要求：

①把設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化為四個(gè)狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)狀態(tài)如表1：

2 系統(tǒng)整體電路

①AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)核心器件，通過(guò)各個(gè)I/O口控制和驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)。

②P0口的第一到第四引腳控制數(shù)碼管的位選，然后經(jīng)過(guò)三極管輸出高電平傳輸?shù)诫p位共陽(yáng)數(shù)碼管進(jìn)行選通，P2口的第一到第七引腳用于控制數(shù)碼管的片選。

③P1口的六個(gè)引腳分別控制六個(gè)表示紅綠黃信號(hào)燈的LED二極管的亮與滅。

④根據(jù)十字路口車流量的大小調(diào)節(jié)車輛通行的時(shí)間。

⑤設(shè)置緊急按鍵用以處理緊急情況。通過(guò)外部中斷1實(shí)現(xiàn)，P3.3用于檢測(cè)相應(yīng)信號(hào)。

⑥設(shè)置夜間模式按鍵，從節(jié)省能源的角度考慮。通過(guò)外部中斷1實(shí)現(xiàn)，P3.2用于檢測(cè)其信號(hào)。

3 軟件主流程圖

圖2所示為正常模式下的流程圖，其實(shí)現(xiàn)的主要功能是顯示十字路口倒計(jì)時(shí)顯示，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)掃描確定按鍵的值，然后進(jìn)行判斷對(duì)應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行執(zhí)行，包括特種車輛的通行（緊急模式）和節(jié)能模式（夜間模式）。

3.1 緊急狀態(tài)子程序

在正常情況下，首先要進(jìn)行判斷緊急模式控制按鍵是否按下，要是按下則進(jìn)入緊急模式（所有紅燈亮），否則狀態(tài)正常運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)入緊急模式后，再次判斷緊急模式按鍵是否按下，只有再次按下時(shí)才能轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)，否則，仍處于緊急模式（所有紅燈亮）狀態(tài)。

3.2 夜間狀態(tài)子程序（圖4）

在夜間模式下，只有通過(guò)按鍵才能使所有的黃燈亮。再次按鍵后轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 軟硬件測(cè)試結(jié)果分析

由于經(jīng)驗(yàn)不足，電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中不能正常實(shí)現(xiàn)要求，需要在生產(chǎn)電路板時(shí)由廠家進(jìn)行檢測(cè)后略微進(jìn)行改動(dòng)，經(jīng)過(guò)幾次調(diào)試終于出現(xiàn)了正確結(jié)果。

以下是當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題：

①制作PCB板時(shí)邊界處由于沒(méi)有注意到設(shè)置成了具有電氣性的。

②制作PCB時(shí)由于排版不當(dāng)導(dǎo)致生產(chǎn)PCB板廠家退回一次。

③焊接過(guò)程中出現(xiàn)相鄰焊盤之間聯(lián)通導(dǎo)致電路無(wú)法運(yùn)行，檢查和更正后終于可以正常運(yùn)行。

④在用Proteus軟件進(jìn)行電路仿真時(shí)不能正常仿真出來(lái)， Proteus軟件中的電路和實(shí)際中的電路有一定差距，有時(shí)一個(gè)電阻的缺失就可能出現(xiàn)不能進(jìn)行高低電平的切換。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)交通燈的基本功能為：東西南北方向倒計(jì)時(shí)單元顯示時(shí)間，通行時(shí)間可以調(diào)節(jié)，使得行車繁忙時(shí)間段與行車清淡時(shí)間段行車時(shí)間可調(diào)，改善了交通問(wèn)題。

本次設(shè)計(jì)在原有基礎(chǔ)上，增加了緊急通行按鍵、轉(zhuǎn)換夜間模式按鍵。

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作者簡(jiǎn)介：

張克旬，男，1989.8.5，河北保定人，漢族，計(jì)量工程師，研究計(jì)量方面知識(shí)。