城市交通信號機(jī)的硬件設(shè)計

摘 要:隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速增長，交通系統(tǒng)的發(fā)展也越來越受到重視，而采用先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)等高新技術(shù)開發(fā)的智能交通系統(tǒng)可以大幅度提高交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，減少交通擁堵，擴(kuò)大了交通的運(yùn)行效益，提高了經(jīng)濟(jì)效益。借鑒先進(jìn)信號控制機(jī)的設(shè)計理念，結(jié)合我國交通需求的實(shí)際需要，以交通工程基本理論為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前的微處理器和嵌入式單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，對智能交通信號控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和研究。針對當(dāng)前交通控制系統(tǒng)中存在的問題，研究了城市智能交通信號控制機(jī)。關(guān)鍵詞:智能交通; 交通信號控制; 自動控制; 單片機(jī)

中圖分類號:TN710-34; TP29文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)17-0193-03

Hardware Design of Urban Traffic Semaphore

LIAO Yong-mei

(Shaanxi Expressway Construction Group Co.， Xi’an 710054， China)

Abstract: Along with the high-speed growth of domestic economy， the development of transportation systems is taken into account increasingly. The advanced technology such as information technology， communication and control technologies， as wellas intelligent transportation systems may enhance the operating efficiency of the transportation networks by a large margin， reduce the traffic jams， and enhance the economic efficiency. Taking the design idea of the advanced signal cybertron as a reference， the control system of the intelligent traffic signal is analyzed and the researched in combination with the domestic transportation demand and the application technology of the embedded single chip processor. The intelligent signal control machine for the urban traffic is studied in allusion to the problems esisting in the available transportation control systems.Keywords: intelligence control of traffic signal; traffic signal control system; automatic control; single chip microcomputer

0 引 言

伴隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的廣泛推廣與應(yīng)用，城市交通信號控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出兩大發(fā)展趨勢:

(1) 控制理念的變化;

(2) 人工智能技術(shù)的應(yīng)用。

智能交通信號控制機(jī)主要應(yīng)用在那些城市交叉口車流量較大、交通流沖突較多和復(fù)雜的交叉口與岔道口，以及某些道路路段上對交通流方向控制的地方，以改善交通環(huán)境，管理和疏導(dǎo)交通為目標(biāo)，通過交通信號對道路上交通流量的調(diào)節(jié)、控制和疏導(dǎo)，以達(dá)到維護(hù)交通秩序，保障交通安全暢通，減少交通事故的目的。

1 交通信號控制機(jī)系統(tǒng)概要

智能交通控制器機(jī)是交通控制算法的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制器主機(jī)硬件采用了可裁剪的模塊化設(shè)計方案，軟件采用具有很好移植性能的C語言編寫，主要以單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)十字路口紅綠燈的自動控制，主要功能有全自動多時段配時控制，半自動控制、手動換相、附加左轉(zhuǎn)綠燈、人行道通行燈等。

2 交通信號控制器硬件設(shè)計

2.1 交通信號機(jī)硬件整體

由圖1和圖2所示的交通信號機(jī)的硬件整體框架圖和核心電路整體框架可以看出，核心電路板是以單片機(jī)為主，其中包括時鐘模塊、存儲模塊、鍵盤輸入模塊、防死機(jī)模塊、方案控制顯示電路模塊、燈色顯示電路模塊、時間顯示模塊。下面對上述模塊進(jìn)行簡要說明。

圖1 交通信號機(jī)硬件整體框圖

(1) 時鐘模塊:利用DS12887芯片與單片機(jī)AT89C51進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時時間鐘信息的讀取。

(2) 存儲模塊:使用93C46芯片作為單片機(jī)的外部存儲器，用于存儲配時表信息。

(3) 鍵盤輸入模塊:利用74LS244設(shè)計鍵盤輸入電路。

(4) 防死機(jī)模塊:利用74LS123構(gòu)成復(fù)位電路，防止單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)。

圖2 交通信號機(jī)的核心電路整體框架

2.2 時鐘模塊的電路設(shè)計

時鐘電路完成的主要任務(wù)是利用時鐘芯片與單片機(jī)之間的通信，使單片機(jī)獲得標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時時鐘信息。在這里選擇DS12887時鐘芯片，此芯片具有自帶電池，可以斷電存儲時鐘信息。

時鐘模塊電路如圖3所示。

(1) 當(dāng)時鐘芯片的片選段CS(13管腳)為低電平有效，單片機(jī)可對其進(jìn)行讀寫;

(2) 單片機(jī)的RD(P3.7，17管腳)低電平向時鐘芯片的RD(DS，17管腳)發(fā)出讀取數(shù)據(jù)請求，此端口有效說明單片機(jī)正在讀取時鐘數(shù)據(jù);

(3) 單片機(jī)的WR(P3.6，16管腳)低電平向時鐘芯片的WR(15管腳)發(fā)出寫數(shù)據(jù)請求，此端口有效說明單片機(jī)正在向時鐘芯片中寫數(shù)據(jù);

(4) 單片機(jī)的ALE(30管腳)用于訪問時鐘芯片(AS，14管腳)時輸出脈沖來鎖存低8位地址;

(5) 時鐘Rester(18管腳)接100 kΩ電阻串聯(lián)接VCC，另外的一個線直接接在VCC;

(6) 單片機(jī)的P0口與時鐘芯片的AD端口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而獲取實(shí)時時鐘信息。

圖3 時鐘模塊電路

2.3 存儲模塊

在設(shè)計電路時為了能較高效率使用單片機(jī)的I/O口，使用串行閃存93C46芯片進(jìn)行存儲模塊電路的設(shè)計。

從圖4存儲模塊電路可以看出:單片機(jī)AT89C51利用P3.5口使得93C46芯片的片選信號有效，通過P3.4口進(jìn)行時鐘通信，利用P3.3和P3.2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)對配時表信息的儲存。

圖4 存儲模塊電路

2.4 按鍵電路設(shè)計

面板設(shè)計共需要9個按鍵，利用單片機(jī)的P0口的分時復(fù)用，解決其中8個按鍵與單片機(jī)的連接，剩下的一個鍵單獨(dú)接到P1口。在電路設(shè)計中使用了74LS244芯片和74LS139芯片，接線圖如圖5所示。

圖5 交通信號控制機(jī)按鍵電路

2.5 交通燈顯示模塊

如圖6所示的交通燈顯示電路，使用的控制芯片基本和時間顯示模塊的相同，使用一片74LS139，兩片74LS273;電路依然是通過單片機(jī)的P0口輸出數(shù)據(jù)用來控制紅綠燈的亮滅，利用74LS139芯片實(shí)現(xiàn)不同時間輸出不同相位交通燈控制數(shù)據(jù)。

2.6 防死機(jī)電路

在交通信號控制系統(tǒng)中，為防止“死機(jī)”現(xiàn)象，使系統(tǒng)具有自動恢復(fù)能力，在其中設(shè)防死機(jī)系統(tǒng)，即所謂的“看門狗”，其基本接線圖如圖7所示。

圖6 交通燈顯示電路

圖7 看門狗電路

3 結(jié)論和展望

提出了一種新型交通信號機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法，根據(jù)現(xiàn)代城市中交通信號機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，并針對交通信號機(jī)的整體硬件的要求，給出了交通信號機(jī)的各部分硬件構(gòu)成，來滿足城市交通信號控制的需求。

隨著科技的發(fā)展和社會交通量的日益增大，還可對該交通信號機(jī)系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行升級和擴(kuò)展，以滿足更高的交通控制的需求。

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