基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李友亮

摘要：近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)逐漸得到人們的青睞。使用單片機(jī)需要結(jié)合具體的軟硬件結(jié)構(gòu)。十字路口車輛穿梭能夠有條不紊，交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)在此扮演了一個(gè)重要的角色。本系統(tǒng)采用單片機(jī)和一些外圍電路，設(shè)計(jì)了的交通燈電路，電路能夠顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，根據(jù)實(shí)際車流量通過(guò)設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);交通燈;倒計(jì)時(shí);時(shí)間顯示

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口密度越來(lái)越大，人們的生活條件越來(lái)越好，道路上機(jī)動(dòng)車數(shù)量和各種交通工具迅速增加，隨之而來(lái)的是城市交通負(fù)荷增長(zhǎng)，壓力增大。目前，交通擁堵問(wèn)題已成為城市交通的一大隱患。交通信號(hào)燈是疏導(dǎo)路面交通通行的重要手段，是城市道路交通管理不可或缺的一部分。目前大多數(shù)交通燈的通行時(shí)間都是人為設(shè)定的，不能根據(jù)實(shí)時(shí)的道路交通狀況改變，這也是造成道路擁堵甚至癱瘓的主要原因之一。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文提出了一種基于單片機(jī)的多工作模式交通燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)模式，還可以工作在根據(jù)車流量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間的智能模式，以及特殊車輛到來(lái)時(shí)的緊急模式。

在所有情況下，電子（邏輯）電路都是用來(lái)控制電源電路的。電子邏輯電路通常由電子設(shè)計(jì)的基本數(shù)字元件組成，包括振蕩器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、解碼器、微處理器等，而電源電路則包括燈和驅(qū)動(dòng)電路。數(shù)字電路的設(shè)計(jì)使輸出與設(shè)計(jì)選擇相適應(yīng)。電源單元的設(shè)計(jì)目的是產(chǎn)生穩(wěn)定的電源電壓，用于邏輯電路供電。輸出由一系列燈組成，這些燈根據(jù)設(shè)計(jì)按特定的順序照明。通過(guò)邏輯電路設(shè)計(jì)，使燈具按照特定的順序出現(xiàn)，每一種顏色都代表該列車輛不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。但是，我們需要更多了解信號(hào)燈，并結(jié)合實(shí)際需求，不斷創(chuàng)新發(fā)展，才能達(dá)到發(fā)展的需求，所以研究交通信號(hào)燈極為重要。

一、交通燈電路的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

交通燈的硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，我們除了實(shí)現(xiàn)交通燈基本功能以外，需要考慮的主要還有以下因素：芯片運(yùn)行穩(wěn)定度;編程的復(fù)雜度等;以下對(duì)各個(gè)模塊的選擇方案進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。

（一）交通燈方案設(shè)計(jì)

我們基于51型單片機(jī)，數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)。根據(jù)預(yù)期目標(biāo)要求，研究現(xiàn)在經(jīng)常使用的各功能模塊的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行了認(rèn)真的對(duì)比，從功耗、體積、性能等多維角度仔細(xì)研究各個(gè)方案是否可行。在進(jìn)行了嚴(yán)密的推敲和研究之后，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)決定采用包括以下幾個(gè)模塊，各個(gè)模塊方案論證也在下文進(jìn)一步給出。交通燈總體設(shè)計(jì)框圖，主要有單片機(jī)控制、按鍵控制、紅外電路、驅(qū)動(dòng)顯示等電路組成。

（二）電源方案

為使單片機(jī)工作時(shí)能有穩(wěn)定的電流源，而不是高低不同的電壓電流，我們采用的電源必須能夠穩(wěn)壓輸出。有以下兩種方案：方案一：獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案雖然穩(wěn)定可靠，且各種成品電路市場(chǎng)上很多，我們可以隨意挑選，但如果各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊提供電源。此方案簡(jiǎn)單易懂，成本節(jié)約;但功率的輸出不高。所以基于以上討論，在設(shè)計(jì)的時(shí)候我們選擇第二種方案。

（三）顯示界面方案

交通燈系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)功能?；谏鲜鲈?，本次設(shè)計(jì)考慮了兩種方案：方案一：點(diǎn)陣式LED顯示。此方案可顯示各種內(nèi)容的文字，圖形等，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，軟件工作量會(huì)變大。方案二：數(shù)碼管顯示。此方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但功能較少，只能顯示有限的文字，綜合考慮，方案二就能達(dá)到要求，所以選用方案二完成顯示功能。

二、基于51型單片機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，單片機(jī)是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心組成，它既控制整個(gè)系統(tǒng)有條不紊的進(jìn)行工作，又能進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。我們的項(xiàng)目旨在通過(guò)使用智能系統(tǒng)自動(dòng)減少道路上的交通，從而消除道路上的延誤。它通過(guò)傳感器來(lái)確定每條路上的交通狀況。利用這些交通信息，我們可以管理信號(hào)時(shí)間和處理道路上的交通。在每條道路上，我們放置紅外傳感器來(lái)檢測(cè)車輛，并給出每條道路上的當(dāng)前交通信息。信號(hào)的時(shí)間是根據(jù)每條道路的交通水平來(lái)調(diào)整的。如果某條路的水平比其他路高，那么這條路就會(huì)分配綠色信號(hào)，而其他路則會(huì)分配紅色信號(hào)。它還提供了在緊急車輛出現(xiàn)時(shí)釋放緊急車輛的附加功能，即當(dāng)看到緊急車輛時(shí)釋放。本課題以某城市交通信號(hào)燈控制器為研究對(duì)象，采用紅外傳感器對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了基于51單片機(jī)的交通信號(hào)燈控制器。提出這一方案的目的是為了減少交通阻塞，減少因交通阻塞而導(dǎo)致的綠燈等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、油料損失和經(jīng)濟(jì)損失。為了國(guó)家的發(fā)展，有必要減少主要道路上的交通堵塞。該系統(tǒng)的核心是單片機(jī)STC89C52。該單片機(jī)屬于8051單片機(jī)，包括芯片ROM，采用閃存形式。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，閃存可以擦除，這提供了快速的進(jìn)程。我們選擇AT89c52單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，是因?yàn)樗幊毯?jiǎn)單，輸入輸出線數(shù)量充足，RAM和ROM大小易于管理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序采用RAM和ROM存儲(chǔ)，ITLCS的框圖由單片機(jī)、輸入開(kāi)關(guān)矩陣、實(shí)時(shí)時(shí)鐘1307、時(shí)鐘電路、繼電器驅(qū)動(dòng)器ULN2003、LED接口電路組成。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)的交通燈系統(tǒng)加以改進(jìn)，可以根據(jù)十字路口的實(shí)時(shí)路況靈活地調(diào)節(jié)交通燈的通行時(shí)間，充分地利用道路資源，提高道路的通行能力，改善擁堵現(xiàn)象，具有一定的實(shí)用推廣價(jià)值。本系統(tǒng)也存在不足之處，在智能模式與緊急模式轉(zhuǎn)換上可以做一些改進(jìn)，當(dāng)檢測(cè)到有警車或救護(hù)車出行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)緊急模式，當(dāng)檢測(cè)到緊急車輛通過(guò)后系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到正常模式。

在系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)，南北直行方向?yàn)榫G燈，東西方向?yàn)榧t燈;36s過(guò)后，南北方向?yàn)辄S燈，東西方向仍為紅燈;再過(guò)4s，南北左轉(zhuǎn)方向?yàn)榫G燈。60s過(guò)后，南北方向?yàn)榧t燈，東西直行方向?yàn)榫G燈。又過(guò)36s，東西方向?yàn)辄S燈，南北方向仍為紅燈[4]。再過(guò)4s，東西左轉(zhuǎn)方向?yàn)榫G燈。20s過(guò)后，紅綠燈回到初始狀態(tài)。原設(shè)定時(shí)間周期中，南北方向和東西方向的紅燈時(shí)間都是60s，由于兩個(gè)方向都存在車流量檢測(cè)，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意兩個(gè)方向的相互影響[2]。若南北直行方向的車流量大于東西直行方向車流量，則南北直行的綠燈設(shè)定時(shí)間由原來(lái)的36s變?yōu)?6s，黃燈閃爍時(shí)間不變，東西方向的紅燈時(shí)間相應(yīng)增加，變?yōu)?0s。若南北左轉(zhuǎn)方向的車流量大于東西左轉(zhuǎn)方向車流量，則南北左轉(zhuǎn)的綠燈設(shè)定時(shí)間由原來(lái)的20s變?yōu)?0s，黃燈閃爍時(shí)間仍不變，東西方向的紅燈時(shí)間也相應(yīng)地變化到70s。通過(guò)程序的自動(dòng)調(diào)節(jié)可以減少車輛等待時(shí)間，有效地緩解道路擁擠的問(wèn)題。

紅燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈前的5s鐘對(duì)各個(gè)紅燈方向的車流量檢測(cè)進(jìn)行采樣，通過(guò)兩個(gè)方向采樣值的比較來(lái)調(diào)節(jié)各個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間。

當(dāng)警車或救護(hù)車出行時(shí)，按下緊急按鍵，系統(tǒng)進(jìn)入緊急模式。所有路口的設(shè)置均為紅燈，等警車和救護(hù)車通過(guò)后，仍可以按下此鍵恢復(fù)到正常模式下工作。

結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈以紅綠燈控制為主，可以做到在節(jié)假日等交通流量大的日子里，為確保民眾安全，在各個(gè)交通路口增派交警臨時(shí)指揮，以緩解交通壓力，雖然此類設(shè)計(jì)已經(jīng)有效緩解了大部分情況，但我們?nèi)孕柩芯扛又悄芑慕煌ü芾碓O(shè)施，避免人員傷害和保護(hù)交警的安全。所以，合理控制流量，利用好各個(gè)高速道路，是交管部門待解決的主要問(wèn)題。

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