基于單片機的智能交通系統(tǒng)構(gòu)想和實現(xiàn)

項敢亮 高偉霞 錢偉 林潘安

摘? 要：系統(tǒng)由STC89C51RC單片機、驅(qū)動電路、數(shù)碼管顯示電路、紅綠燈電路構(gòu)成，采用通過按鍵觸發(fā)產(chǎn)生脈沖信號向STC89C51RC單片機傳達相應(yīng)指令，單片機執(zhí)行相應(yīng)的信號燈控制模式，以此調(diào)控各模式下各路口紅綠燈的時間長短。實驗展示了現(xiàn)實情況下智能交通系統(tǒng)的運行能夠減少車輛通行時間，在STC89C51單片機的理論實踐方面具有參考意義。

關(guān)鍵詞：STC89C51RC單片機;74HC245;智能交通系統(tǒng)

Abstract：The system is composed of STC89C51RC single chip microcomputer，driving circuit，display circuit of LED and traffic light circuit. The pulse signal generated by key triggering is used to convey the corresponding instructions to STC89C51RC single chip microcomputer. The single chip microcomputer executes the corresponding signal light control mode，so as to control the length of traffic light at each intersection under each mode. The experiment shows that the operation of intelligent transportation system can reduce the traffic time in reality，which has reference significance in the theory and practice of STC89C51.

Keywords：STC89C51RC single chip microcomputer;74HC245;intelligent transportation system

0? 引? 言

隨著我國人民生活水平的逐漸提高，汽車已經(jīng)走進千家萬戶，而我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，使城市交通的弊端日益凸顯。為此，各城市出臺各種相應(yīng)政策以期望解決這一困境，但是效果并不如意，因此設(shè)計多功能交通燈系統(tǒng)具有重要意義。

目前我國應(yīng)用最廣泛的交通燈控制系統(tǒng)是西門子公司的SCOOT智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在當前凸顯的不足之處主要有以下兩點：

（1）信號燈時間設(shè)計固定。然而現(xiàn)實情況中，兩車道車輛不可能都相近。通常十字路口經(jīng)常出現(xiàn)主干線路車流量大，而副車道車流量小的情況，然而由于時間固定，導(dǎo)致主干線路放行時間相對較短，副車道放行時間相對較長，不能達到快速疏通主干線路堵塞問題的目的。

（2）緊急車輛通行受阻。通常消防車、救護車執(zhí)行緊急任務(wù)時，由于紅綠燈限制將會導(dǎo)致緊急車輛無法通行，部分車輛的緊急避讓將會導(dǎo)致十字路口交通受阻[1]。

我們可以簡單地將交通堵塞看作是人、車與路之間的矛盾，解決這一矛盾主要可以從兩方面入手：

（1）完善交通設(shè)施。協(xié)調(diào)的街道規(guī)劃、完善的交通法律法規(guī)對緩解交通堵塞具有重要意義。然而該方法在時間成本、城市規(guī)劃等方面都受到相應(yīng)制約。

（2）實施智能交通系統(tǒng)。根據(jù)城市道路實際情況，完善PLC操作系統(tǒng)，這不僅可以提高交通管理效率、減緩駕駛?cè)藛T疲勞，還可以減少城市交通事故的發(fā)生，降低車輛在剎車和停留時帶來的資源浪費和環(huán)境污染[2]。

為此作者在基于智能Agent的UTC的研究基礎(chǔ)上，通過對部分城市交通路口的調(diào)研，構(gòu)想并設(shè)計了擁有通過監(jiān)測車流量、智能加減紅綠燈時間等功能的智能交通系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)旨在通過交通系統(tǒng)的智能處理，通過城市實際情況最大限度地減少交通擁堵及其他特殊情況，以此提高交通通行效率。本系統(tǒng)通過串/并口通訊完成對系統(tǒng)的整體控制。首先通過外部傳感器搜集交通數(shù)據(jù)（實驗設(shè)計考慮實驗室條件，采用按鍵電路作為輸入信號），STC89C51RC單片機通過對脈沖信號的響應(yīng)，結(jié)合內(nèi)部算法，輸出控制信號，通過對數(shù)碼管與LED的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對交通的智能管制。

1? 總體方案設(shè)計

本文設(shè)計的基于單片機的智能交通控制系統(tǒng)可以看成簡單算法的實現(xiàn)。在現(xiàn)實情況下，十字路口將會遇到不同的特殊情況，本系統(tǒng)通過對紅綠燈紅/綠時間比的控制，減少車輛停留總時間。硬件設(shè)計上系統(tǒng)由主控制電路、驅(qū)動顯示電路、數(shù)碼管顯示電路、按鍵控制電路、紅綠信號燈組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

系統(tǒng)利用相應(yīng)的功能按鍵實現(xiàn)對主控制電路傳輸信號。車流量檢測模塊功能，實驗先通過暫停鍵使系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，選擇K4鍵，確認為車流量檢測模式，再通過相應(yīng)加減按鍵實現(xiàn)信息的傳遞，當車流量達到if語句的條件時，執(zhí)行加減時間的功能。另外當至深夜時，系統(tǒng)模式進行調(diào)換，各路口顯示黃燈閃爍，在促使司機減速的同時也具有警示作用。

2? 系統(tǒng)設(shè)計

2.1? 硬件設(shè)計

結(jié)合系統(tǒng)所需存儲及計數(shù)器要求，設(shè)計選用STC89C51RC單片機作為微處理器，選用紅綠黃共12個LED充當信號燈電路，數(shù)碼管顯示電路由4個雙數(shù)碼管安裝在各路口，以此組成系統(tǒng)的硬件設(shè)計。

2.2? 主控制電路

STC89C51RC對51基礎(chǔ)型單片機做了進一步增強。選用該微處理器是因為其高速的時鐘頻率完全適應(yīng)實驗所需，它包含8位中央處理器，內(nèi)部還含有只讀程序存儲器，配上其豐富的引腳結(jié)構(gòu)和具有的在線系統(tǒng)編程（ISP）特性，這些豐富的配置，將會為程序的存儲、調(diào)用帶來方便。故選用其作為該系統(tǒng)的主控制電路。

2.3? 驅(qū)動顯示電路

由于單片機自身驅(qū)動電流較小，無法滿足數(shù)碼管顯示的亮度需求，設(shè)計了利用三態(tài)八路輸出的74HC245驅(qū)動電路。驅(qū)動顯示電路由74HC245譯碼器與排阻構(gòu)成。

74HC245是一個高速CMOS總線收發(fā)器，特有三個使能輸入端，其DIP端口使能時，A、B端口分別作輸入與輸出;當DIP端口為0時，B、A端口分別作輸入與輸出。通過查閱具體的數(shù)據(jù)手冊，實驗設(shè)計電路滿足數(shù)碼管額定電流，照明正常。實驗中P.0端口是驅(qū)動顯示電路的輸出端，因為P.0端口的特殊性，在端口增加了一個排阻。

2.4? 按鍵控制電路

本設(shè)計共引用5個按鍵分別對應(yīng)現(xiàn)實環(huán)境下的不同模式，如：緊急避讓模式、深夜模式、人行中斷模式、時間加減模式、車流量檢測模式。

K0為緊急避讓模式。當傳感器檢測到特種車輛相應(yīng)頻率，傳感器向單片機發(fā)送高平脈沖，實驗用K0按鍵代替。緊急模式啟動時，各路口信號燈變?yōu)榧t燈，普通車輛停止行駛，禮讓特種車輛快速通行。當特種車輛通過后，系統(tǒng)調(diào)整為正常模式。

K1為深夜模式。當K1外部按鍵向單片機產(chǎn)生外部脈沖時，深夜模式啟動，紅綠燈皆變?yōu)辄S燈狀態(tài)，行駛車輛減速行駛。

K2為人行中斷模式。當按下K2鍵時，人行中斷模式啟動，當行人所通過街道為紅燈時，行人觸碰行人按鍵，行人按鍵執(zhí)行的街道紅綠燈時間縮短為8秒倒計時，相應(yīng)的街道紅綠燈實行綠燈時間8秒倒計時。

K3為時間加減模式。通過壓力傳感器傳回的數(shù)據(jù)，當車流量大于設(shè)定最大車流量時，傳感器向系統(tǒng)傳入高平數(shù)字信號，減少車流量大的路口紅燈時間，該系統(tǒng)理想設(shè)定為當車流量大于100時減少15 s紅燈時間，另一方紅燈時間增加15 s。

K4為車流量檢測模式。為方便實驗成效，通過按鍵加減代替紅外傳感對車流量的檢測。當按下K4按鍵，進入車流量檢測模式，再按車流量加減按鍵，當南北方向車流量檢測為東西方向的兩倍時，南北方向紅燈時間減少，綠燈時間增加，東西方向紅燈時間增加，綠燈時間減少。這一模式通過對現(xiàn)實車流量的檢測，以其靈活性、智能化優(yōu)勢，可以在短時間內(nèi)對信號燈做出正確的調(diào)整，避免了當下信號燈機械性、重復(fù)性的問題，對交通的管制具有良好的效果。

2.5? 看門狗電路

考慮到顯示交通路口噪聲大且電磁干擾較強，為了防止對信號處理產(chǎn)生干擾，實驗中增加看門狗電路。為了防止程序“死機”或者進入死循環(huán)，增加看門狗硬件電路是有必要的。

3? 軟件仿真與程序設(shè)計

3.1? 軟件仿真

在查閱各元器件數(shù)據(jù)手冊以及原理圖后，對電路原理圖進行仿真及程序調(diào)試，經(jīng)檢測，運行結(jié)果達到預(yù)計設(shè)想，能夠有效地實現(xiàn)各模式功能，進一步驗證整體電路的正確性。軟件仿真電路如圖2所示。

3.2? 程序設(shè)計

本設(shè)計使用C語言進行編程。在進行編程時，通過對子程序的調(diào)用完成程序的編譯工作，其中鍵盤電路設(shè)置程序控制P.3端口的信號輸入，對接控制工作;數(shù)碼管顯示控制程序控制P.0端口高低信號，實現(xiàn)數(shù)碼管顯示，此外還包括紅綠燈電路程序、消抖及延時程序。中斷程序的流程圖如圖3所示。

4? 結(jié)? 論

本文主要研究了基于STC89C51RC單片機的智能交通系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，利用按鍵電路代替相關(guān)傳感器的信息，向單片機傳送數(shù)字信號，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)程序設(shè)計，實現(xiàn)對交通燈的智能控制，進而有效地控制交通。本文旨在當高校具備實驗的環(huán)境下，可供學(xué)生進行設(shè)計型實驗，可以是驗證性也可以是創(chuàng)新性的，給學(xué)生提供一個模擬環(huán)境平臺，同時可以給相關(guān)交通管理部門提供一些智能控制的思路，從而更加有效合理地管理交通。

參考文獻：

[1] 溫欣玲，張玉葉.基于單片機交通燈智能控制系統(tǒng)研究 [J].微計算機信息，2007（29）：90-91+47.

[2] 趙娜，袁家斌，徐晗.智能交通系統(tǒng)綜述 [J].計算機科學(xué)，2014，41（11）：7-11+45.

作者簡介：項敢亮（1999—），男，漢族，安徽宣城人，本科，研究方向：光電信息科學(xué)與工程;通訊作者：高偉霞（1981—），男，漢族，河北邢臺人，講師，碩士，研究方向：信號處理。