基于單片機的可編程智能交通燈控制系統

張維

（陜西工業職業技術學院 陜西 咸陽 712000）

基于單片機的可編程智能交通燈控制系統

張維

（陜西工業職業技術學院 陜西 咸陽 712000）

文中設計一種基于AT89S52單片機的智能交通燈控制系統。本系統主要由單片機系統、鍵盤電路、LED顯示電路和數碼管顯示電路等部分組成。通過搭建硬件及軟件電路實現交通燈基本正常轉換功能及某一個車道無車輛的通行調整功能以及緊急狀況下的緊急車輛避險的功能。本系統具有制作簡易，可操作性強，性能穩定，不受外界干擾，功能可靠，具有一定的實用價值。

AT89S52單片機；LED；數碼管；交通燈

交通控制系統是城市交通的重要指揮系統，它與人們日常生活密切相關。隨著人們生活水平的提高，對交通管制也提出了更高的要求。加之社會經濟和城市交通的快速發展及城市道路的改造與拓寬，使得城市的十字路口越來越多，交通堵塞越來越嚴重。良好的交通控制系統是保障城市交通有序、快速、安全、有效的手段之一。本文正是以此為出發點，對單片機控制的交通燈系統作以介紹，對于改善交通堵塞起到一定程度的緩解作用。

1 系統設計

1.1 設計任務

基于AT89S52單片機設計一個能夠控制12盞交通信號燈并配有數碼管倒計時顯示的可編程交通控制系統，要求交通信號燈按照交通規則的模式來運行。另外，本設計還配有幾個擴展功能。設計由單片機主控電路、鍵盤控制電路、LED顯示電路、數碼管顯示電路等部分組成［1］。

1.2 設計思路

交通控制系統主要控制A主干道和B支干道兩干道的交通，以AT89S52單片機為核心芯片，通過控制三色LED的亮滅來控制各干道的通行；顯示主要是采用兩位的數碼管進行動態倒計時顯示；另外，可以通過4個按鍵來模擬某一個干道沒有車輛的情況及緊急狀況下的緊急車輛避險的情況。

1.3 理論分析

1.3.1 交通燈顯示的理論分析

交通信號燈控制系統設計的流程圖如圖1所示。

圖1 交通信號燈控制系統設計的流程圖Fig.1 The flow chart of the traffic lights control system

1.3.2 系統模擬以下交通情況

1）設計一個十字路口的交通燈控制電路，要求東西方向（A主干道）車道和南北方向（B支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，時間可通過軟件設置修改；

2）在綠燈轉為紅燈時，要求黃燈先亮，才能變換運行車道；

3）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的同時都用數碼管進行顯示（采用倒計時的方法）；

4）擴展功能實現：（分3種情況進行）如果東西紅燈，但待通行車輛多，而南北綠燈，車輛少，這時通過按鍵，讓東西通行，同時數碼管顯示00，南北方向亦然；如果遇到有緊急車輛（如急救車、消防車，警車等）通過，則東西南北4個方向，全為紅燈，且數碼管顯示為00。

2 硬件電路設計

2.1 單片機主控電路

單片機采用AT89S52型單片機，其中內部具有8 kB程序存儲器可用。一方面要完成對各模塊的控制，另一方面也要協調好各模塊的時序及口線沖突問題。

交通信號燈控制系統原理圖如下：

1）電源接口與下載口電路

電源接口是接+5 V直流電壓為整個單片機供電，并且為了提高電路的抗干擾能力，分別接一個0.1 μF的電容和一個10 μF電容接在+5與接地線之間，一個起低通濾波作用，一個起高通濾波作用。下載電路是由一個四路波碼開關和一個插口組成。此電路可以根據具體情況的需要，隨時更改軟件程序，實現預期功能［2］。具體電路如圖2所示。

圖2 電源接口與下載口電路Fig.2 Power interface circuit and download port

2）單片機主控電路

單片機主控電路是由AT89S52單片機，時鐘電路和復位電路等部分組成，具體電路如圖3所示。本設計充分利用了AT89S52單片機的I/O接口資源，分別控制紅黃綠燈，數碼管倒計時顯示，按鍵的響應等。時鐘電路用于產生AT89S52單片機的所需要的時鐘控制信號，因為單片機的內部電路在時鐘信號控制下，才能按照時序指令進行工作。本設計外部晶振用12 MHz的晶振，這樣可以使傳輸波特率更加準確［3］。單片機復位是由外部的復位電路來實現的。本設計的復位電路采用按鍵復位。單片機的I/O接口中的P3.0到P3.7接擴展口，它可以根據具體情況的需要擴展其它的功能。

圖3 單片機主控電路Fig.3 MCU control circuit

2.2 按鍵控制電路

因為本設計時精簡和優化了電路，所以單片機剩余的并口資源還比較多，可以使用4個按鍵，分別是K1、K2、K3和K4對交通燈的擴展功能進行控制［4］。K1、K2、K33個鍵是擴展功能的執行鍵，K4是擴展功能的復位鍵（即退出擴展功能，回到原狀態）。K1、K2、K3和K4分別與單片機的P2.3、P2.2、P2.1、P2.0口相連。如果東西紅燈，但待通行車輛多，而南北綠燈，車輛少，這時可按下K1鍵，讓東西通行，執行后按下K4鍵，恢復原狀態；如果南北紅燈，但待通行車輛多，而東西綠燈，車輛少，這時可以按下K2鍵，讓南北通行，執行后按下K4鍵，恢復原狀態；如果遇到有緊急車輛（如急救車、消防車，警車等）通過，則按下K3鍵，東西南北4個方向，全為紅燈，只讓緊急車輛通過，執行后按下K4鍵，恢復原狀態。具體電路如圖4所示。

2.3 LED顯示電路

LED顯示電路是用12個LED來實現紅綠黃燈轉換狀態，共4對電路分別代表東西南北4個方向的紅綠黃燈，因為對角的交通指示燈的情況是一樣的，所以可以將對角的LED燈并聯起來，這樣一方面從硬件上簡化了電路，一方面從軟件上降低了編程的難度。A主干道的紅綠黃分別接到單片機的P1.2、P1.1、P1.0進行交通燈狀態的控制，B支干道的紅綠黃分別接到單片機的P1.5、P1.4、P1.3口進行交通燈狀態控制［5］。具體電路如圖5所示。

圖4 按鍵控制電路Fig.4 Key control circuit

圖5 LED顯示電路Fig.5 LED display circuit

2.4 數碼管顯示電路

數碼管顯示電路用來實現倒計時顯示功能，用PNP三極管作為其驅動，P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6口為數碼管的7段的段控制端，P2.7、P2.6為數碼管的位控制端。采用共陽極接法，即低電平驅動可使數碼管點亮［6］。數碼管顯示采取分時段動態倒計時顯示的方法，主要是位控制端的選擇和數碼管顯示時個位與十位的選取的實現，倒計時的時間長短主要是通過軟件編程設置的。具體電路如圖6所示。

圖6 數碼管顯示電路Fig.6 LED display circuit

3 軟件設計

3.1 系統程序流程圖

根據具體電路設計要求，系統程序流程圖如圖7所示。狀態1為南北紅燈，東西綠燈；狀態2為南北紅燈，東西黃燈；狀態 3為南北綠燈，東西紅燈；狀態4為南北黃燈，東西綠燈。按鍵函數是根據擴展狀態的按鍵K1，K2，K3，K44個按鍵實現相應功能［7］。

3.2 系統程序結構

1）主程序：包括系統初始化和工作循環兩大板塊。前一板塊的任務是對系統的各種初始化設置，后一板塊的任務是對系統進行連續的監測和服務。

2）功能子程序：本文的子程序包括延時子程序，數碼管動態顯示子程序等。

3）中斷子程序：本文中斷子程序包括數碼管顯示中斷和數碼管倒計時顯示中斷等兩個中斷子程序［8］。

本系統軟件設計首先是從主函數控制紅綠燈顯示開始的，通過中斷子程序進行狀態轉換并進行倒計時顯示。當按下某一個（K1、K2、K3）鍵，執行擴展的幾個功能，此時中斷停止，保存數碼管的此刻的值，按下K4鍵可使系統繼續從剛才的保存時的狀況繼續執行，此過程要注意按鍵去抖。

圖7 系統程序流程圖Fig.7 The flow chart of system program

4 系統調試

4.1 LED顯示電路調試

當LED顯示電路連接完畢后，將寫好的測試程序通過下載口下載到單片機芯片內（主要是利用高低電平檢測LED燈的亮滅），通電即可檢測，同時也檢測了單片機系統是否工作正常。經調試，LED顯示正常。

4.2 數碼管電路調試

將寫好的測試程序通過下載口下載到單片機芯片內，主要是檢測數碼管的各段的亮滅以及數碼管顯示是否正確，開電源即可測試。經調試，數碼管顯示正常。

4.3 系統電路調試

系統上電，將寫好的交通燈控制系統程序通過下載口下載到單片機片內即可開始測試，觀察交通燈的一個循環（共計4個狀態），紅綠黃3種燈的顯示狀態是否正常，同時觀察數碼管倒計時的顯示是否正常。最后結合4個按鍵檢測擴展功能下的交通燈及數碼管顯示是否正常。經調試，系統的各項預期功能均可以實現。

5 結束語

文中詳細介紹了基于AT89S52單片機的交通燈控制系統的設計，硬件原理及軟件的構成。經調試，本設計的交通控制系統達到了設計的要求，能控制A主干道和B支干道兩干道的交通，并能采用兩位數碼管進行動態倒計時顯示；可以實現某一個干道沒有車輛的交通情況及緊急狀況下的緊急車輛避險的情況。整個電路結構簡單，制作簡易，可操作性強，性能穩定，不受外界干擾，功能可靠，且軟件工作量不大，具有一定的實用價值。本設計電路仍然有需改進的地方，例如可以增加蜂鳴器進行緊急預警，增加行人通行的動態指示等。

［1］鄭建光，李永.基于AT89C51單片機的交通燈系統設計［J］.自動化與儀器儀表，2008（6）:30-33.

［2］李萍.基于AT89S51的智能交通燈控制系統設計與仿真［J］.電子設計工程，2014（1）:190-193.

［3］劉德新，周志文，張衛豐.基于STC89S52單片機智能交通燈控制系統的設計與制作及應用 ［J］.深圳職業技術學院學報，2012（9）:38-41.

［4］何玲，吳恒玉，唐民麗.基于單片機的智能交通燈控制系統的研究與設計［J］.電子設計工程，2011（11）:144-146.

［5］黃毅.智能交通燈控制系統設計與仿真［J］.科技咨詢，2008（28）:125-126.

［6］李群芳.單片微型計算機與接口技術［M］.北京：電子工業出版社，2005.

［7］譚浩強.C語言程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2014.

［8］謝維成.單片機原理與應用及C51程序設計 ［M］.北京：清華大學出版社，2014.

Design of programmable traffic lights control system based on AT89S52 single-chip microcomputer

ZHANG Wei
（Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

The design of traffic light control system based on the single-chip microcomputer of AT89S52 is introduced.The system is mainly made up of the single-chip microcomputer system，keyboard circuit，LED display circuit and other components.This system can achieve the normal function of traffic lights and the function of the condition without a car on lane and the emergency hedge function of emergency vehicles.This system has the advantages of simple manufacture，the strongly maneuverability，the stable performance，without external interference and certain practical value.

AT89S52 single-chip microcomputer；LED；digital control；traffic lights

TN99

A

1674－6236（2016）04-0171-04

2015-04-08 稿件編號：201504066

張 維（1986—），男，陜西咸陽人，碩士，講師。研究方向：電力電子技術及過程控制技術。