基于智能方式的交通信號控制機的研制

摘 要:采用雙單片機作為控制核心，由鍵盤、倒計時、交通燈顯示、時鐘等模塊組成。系統除具有基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設置位機設置、倒計時顯示、緊急狀況處理、無線傳輸等相關功能。實驗證明該系統能夠簡單、經濟、有效地疏導交通，提高了交通路口的通行能力。

關鍵詞:單片機 倒計時 緊急狀態控制

0 引言

隨著城市化速度加快，機動車日益普及，人們在享受機動車所帶來的巨大便利同時，也面臨著交通擁擠的困惑。傳統的交通信號燈控制結構復雜，可靠性低，故障率高，因此研究計算機與自動控制技術，設計新型的交通燈控制系統，對緩解交通阻塞，提高暢通率具有十分現實的意義。應用智能交通信號控制機后，為交通決策者提供直接的決策方案，實現實時的交通調配。該系統具有設計周期短、可靠性高、維護方便、使用簡單等優點。

1 交通燈控制需求分析

根據交通控制的需要，有10個定時開關機時段和5個黃閃時段，每個時段可有不同的控制方案。單片機工作時還有正常交通時序和緊急情況通過兩種控制方式。交通信號控制機分A向(東西)和B向(南北)兩個方向控制，每個方向又分左轉、直行、右轉、人行的控制。從控制信號機上可實時觀察工作狀況及相應參數，如四面紅燈時間、黃閃時間，A向和B向各燈亮滅時間。

1.1 定時開關機時段和黃閃時段考慮到系統不同的應用場合，設置有10個定時開關機時段和5個黃閃時段，以應對不同情況下的交通狀況(如工作日、節假日和特殊情況)。

1.2 正常時序控制正常工作時，系統先是10秒黃閃，然后5秒四面紅燈，先A向(東西方向)綠燈亮，B向(南北方向)紅燈亮，此時信號燈點亮的時間可由鍵盤設定(時間為0-99S)，同時相應車道倒計時開始工作，當綠燈倒計時減為0時，黃燈亮2秒，然后紅燈亮2秒，此時為四面均為紅燈狀態。A向(東西方向)紅燈亮，B向(南北方向)綠燈亮，各車道倒計時開始顯示相應時間，當綠燈倒計時減為O時，黃燈亮2秒，然后紅燈亮2秒，此時為四面又為紅燈狀態。以后開始第二周期的動作，重復循環。各燈所亮時間均可由鍵盤或上位機軟件設定。夜間車流量較少時，可根據系統設置進入黃閃時段，此時A向和B向紅綠燈均關閉，倒計時亦不顯示，各方向黃燈處于閃爍狀態，直到黃閃時段結束方轉入正常時段工作。

1.3 緊急情況控制系統設置有手動、自動兩種狀態，手動狀態應用于緊急情況下，自動狀態應用于平時。緊急狀態下，可按手動，自動鍵兩次，進行緊急控制狀態，此時可通過鍵盤實現東西通行南北禁行或東西禁行南北通行的功能，也可以實現單獨某一方向通行的功能。

2 系統硬件設計

2.1 總體硬件設計系統設計總框圖如圖1所示。

以單片機最小系統為基礎，主MCU負責控制時鐘、存儲器和交通燈顯示，從MCU負責控制鍵盤、液晶顯示和無線模塊。主、從MCU之間通過串口通訊。

2.2 各模塊設計

2.2.1 單片機最小應用系統及接口電路

考慮到系統的功能及單片機特點，采用雙單片機作為控制核心。單片機采用宏晶STCl0F04XE，該芯片全面兼容8051單片機，采用增強型8051內核，速度比普通8051快8—12倍，并具有高速、寬電壓、低功耗等特點，可完全滿足本系統設計需要。

2.2.2 鍵盤控制模塊采用HD7279A來作為控制模塊。HD7279A是一片具有串行接口的，可驅動8位共陰式數碼管(或64只獨立LED)的智能顯示驅動芯片，該芯片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。

2.2.3 交通燈顯示模塊本系統中共有22路輸出，系統輸出擴展采用74HC573來完成。

2.2.4 倒計時模塊倒計時模塊采用學習型倒計時數字顯示器。不需要人工調整就可以自動跟蹤交通燈的亮、滅時間，當交通燈的時間有誤差時，倒計時器可以自動校正。

2.2.5 液晶顯示模塊采用240×128分辨率的大屏幕顯示器。所有狀態參數全部實時顯示，同時顯示日期和時間，便于實時觀察并對參數及時調整。

2.2.6 時鐘模塊實時時鐘電路采用DSl302。DSl302是DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。

3 系統軟件設計

全部控制程序分為幾個模塊:主程序、顯示控制、鍵盤處理、時鐘控制、存儲控制子程序、上位機軟件、定時、緊急情況處理等中斷處理程序。

主程序完成初始化，定時器初始化，對定時數據區和顯示緩沖區初始化，開中斷，然后循環調用顯示子程序和鍵盤處理子程序等工作。

顯示控制子程序負責液晶顯示屏的信息顯示。鍵盤處理子程序負責接收相應控制參數。存儲器子程序負責將各參數存儲，并將參數傳遞給單片機。

上位機軟件可用電腦通過串口與單片機相連，通過電腦設置相關參數。

4 結束語

本系統的軟件系統較大，全部采用C語言編寫。通過自下到上的方法，單獨調好每一個模塊，最后完成整個系統的調試。

由于充分利用了雙單片機，提高了系統的可靠性和穩定性，硬件控制電路簡單，系統體積小，調試和維護方便，軟件部分可根據具體情況修改程序中的參數，能通過鍵盤靈活控制各車道的通行時間，應用了外部中斷，緊急狀態下能及時手動控制，對靈活有效地利用交通燈控制行車安全、車輛分流、減少交逢事故的發生有一定的實際意義。本系統今后還可做進一步完善，如配合攝像機進行交通監控、增加語音提示功能等。

參考文獻:

[1]周志敏，周紀海，紀愛華，LED驅動電路設計與應用IMl，北京:人民郵電出版社，2006.

[2]李朝青Pc機及單片機數據通信技術[M]，北京:北京航空航天大學出版社，2001.

[3]何立民，MCS-51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術[M]北京:航空航天大學出版社，1990.

[4]譚浩強，張基溫，唐永炎，C語言程序設計教程[M]北京:高等教育出版社。2003