中職學校電子專業學生基于單片機的交通燈系統（硬件）設計

摘要：通過設計以8051單片機為核心的交通燈系統，提高學生學習電子專業知識的興趣和動手能力。為了調動學生學習電子專業知識的興趣、提高學生動手實踐能力以及團隊合作意識，特意設計了基于單片機的交通紅綠燈系統。作品除具有普通交通信號燈的功能外，還附加了語音提示功能和按鍵調整功能，并通過現場調研和實驗驗證得出最佳配時方案。經測試，該設計符合題目要求，整體性能良好，各項指標達到預期結果，證明了模擬交通燈系統的正確性與可行性。系統的主體部分由教師設計，具體的電路焊接由教師輔導學生完成。

關鍵字：單片機、交通燈系統設計、交通控制

中圖分類號：TN7 文獻標示碼：A

一、城市街道交通現狀

交通運輸對經濟和社會的發展有著深遠的影響，一個通行良好的交通運輸系統是一個國家經濟發展得以進行的必要條件。然而隨著社會的發展，城鎮道路建設由于歷史等各種原因相對滯后，特別是街道各十字路口，更是成為交通網中通行能力的“隘口”和交通事故的“多發源”。

二、交通燈四種通行模式和交通規則

在帶領學生多次對路口的流通量進行考察后，將系統的信號設為四個基本相位模式，系統將依照這四種模式循環執行。

模式1：南北向車輛直行，南北向行人通行。

模式2：東西向車輛直行，東西向行人通行。

模式3：南北向左轉、右轉，行人禁行。

模式4：東西向左轉、右轉，行人禁行。

假設南北方向為主干道，表示為A道；東西方向為次干道，表示為B道，A車道與B車道交叉組成十字路口，兩車道輪流放行33s，其中綠燈常亮30s，黃燈常亮3s(用于警告)。

三、系統硬件設計

硬件設計是整個系統的基礎，要考慮的方面很多，除了實現交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素：①系統穩定度；②器件的通用性；③ 軟件編程的易實現性；④系統其它功能及性能指標。硬件設計至關重要，現從各功能模塊的實現逐個進行分析。

1、總體設計

單片機是整個硬件系統的核心，控制整個系統的運行。行車方向指示采用雙色LED發光管，可用紅綠兩種顏色來指示禁止或放行，雙數碼管實現倒計時計數功能。。

2、主體功能及電路實現

系統采用DTMF編/解碼技術，選用DTMF編/解碼芯片MT8880。主體電路如圖1所示。

圖1 主體電路

單片機8051負責控制MT8880收發數據和驅動繼電器SSR。雙音多頻收發芯片MT8880負責信號的解碼調制。電阻R1、R2和三極管VT1組成放大電路，把雙音多頻收發器MT8880輸出的雙音多頻信號進行放大，發送到總線上。R3、VT2是電子開關，當不發送雙音多頻信號時，VT2截止，使VT1截止，總線處于高阻狀態。

3、通行指示及實現

每個路口選用16只雙色LED發光管來模擬左、右拐、直行及行人通行等指示燈，以及4只黃色LED發光管用于換行警告。綠色表示通行，紅色則表示禁止通行。電路設計簡潔，編程方便。

用發光二極管模擬交通信號燈，用P0口輸出控制信號，其中P0.0控制A車道的直行、人行燈；P0.1控制A車道的左右轉燈；P0.2控制B車道的直行、人行燈；P0.3控制B車道的左右轉燈；當輸出低電平時，綠信號燈亮；高電平時紅信號燈亮。P0.4控制黃燈，輸出低電平時，信號燈亮；反之，信號燈滅。

4、倒計時計數功能及其實現

每個路口有4 個兩位的LED 數碼管用于顯示倒計時功能，它們分別放置在路口的四個方向。因為四個方向的數碼管顯示的內容相同，所以我們可以把它們當成同一模塊用兩根信號線控制，就是說，將4個數碼管個位（把數碼管第二位定義為個位，第一位定義為十位）用一根信號線控制，十位用另一根信號線控制。數碼管顯示的數值從紅燈的設置時間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到1；然后又從綠燈的設置時間最大值往下減，一直減到1；接著便是黃燈，然后又顯示綠燈時間，動態循環顯示。

5、LED相關原理

LED（Light Emitting Diode），發光二極管，它是將電轉化為光的固態半導體器件。一端是負極，另一端連接正極的半導體晶片是LED的核心裝置，它被環氧樹脂封裝起來。由一個P型半導體和一個N型半導體組成“P-N結”的半導體晶片。當有電流通過時，電子被推向P區，在P區里電子和空穴復合，之后就會以光子的形式發光。光的顏色由P-N結的材料決定。數碼管簡介數碼管是由發光二極管組成的半導體發光器件，分為七段和八段數碼管。

四、交叉路口及交通信號控制概論

城市交通網絡由大量的平面交叉路口匯集而成。我們有必要采取某些控制方法，合理分配通行權才能使車輛安全的通過交叉路口。為保證車輛和行人的通行安全，必須是發生沖突的車流和人流在時間上和空間上分離。我們按道路條數不同把平面交叉路口分為三路交叉、四路交叉、多路交叉，按交叉情況分為T形、Y形、十字形、X形，環形和多路交叉型等。本設計從現實生活考慮，以生活中最常見的十字形交叉口為例進行設計和研究，十字形交叉口簡單明了而又極具代表性，能夠充分反映現代交通信號自動控制系統在交通運行中的作用和實際效果，它是研究其他類型交通交叉口的一個前提，為進一步的研究做了很好的準備，此路口也在論證上極具說服力，所以我們僅選擇十字形交叉口為研究對象。

五、模擬交通燈的主要功能：

1、、倒計時，采用2HZ中斷精確實現了秒表倒計時。

2、、數碼顯示，2位7段數碼管循環顯示倒計時，由IOB口低八位控制數碼管段選，IOB11和IOB12口控制位選。通過設定標志位flag_c為零時正常顯示。當flag_c為非零時可進入緊急狀態或調整狀態，并調用相應顯示程序。

3、、語音播報，采用大容量SACM_ S480播報程序，當單片機檢測倒計時顯示1時開

開始 自動播報溫馨語音提示，提醒行人和車輛注意安全，充分體現了S480強大的語音播報功能。

五、結束語

本次設計活動充分調動了學生的參與性與主動性，在考查學生基礎知識掌握情況的同時拓寬學生知識面，鍛煉學生動手能力，對激起學生學習電子專業知識的興趣有一定的積極作用，但是也暴露出學生動手實踐能力低下的缺點。作為職業學校的學生，實踐能力應該是其學習生涯的重點，但是學校、教師及學生都沒有重視這點，在今后的教學計劃中學校和教師應著重加強學生實訓能力的培養。

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