交通信號燈系統設計

王智偉 河北省省直房地產服務中心

交通信號燈系統設計

王智偉 河北省省直房地產服務中心

本設計的主要內容是以51系列單片機為核心，使用了STC89C52 ,采用高亮度的紅綠兩種顏色的單色發光二極管作為路口車輛直行、左拐彎、右拐彎和行人通行的指示燈,以3位高亮度的七段數碼管作為交通信號燈的倒計時顯示系統 ,系統自動控制、后臺手動控制等功能完整。

交通信號燈;單片機;數碼管

1.總體設計方案

本次交通信號指示系統中，采用了STC89C52單片機作為系統中起到大腦核心作用的主控制器，作為路口車輛以及行人通行管理的總控制元件。在每個路口的各個方向，均設置有左轉彎指示燈、右轉彎指示燈、車輛直行指示燈及行人通行指示燈，每個指示燈由紅色、綠色兩個高亮度的LED指示燈組成， 3位高亮度的七段數碼管用于倒計時顯示，提示正在行駛中的車輛和通行的行人，通行狀態轉換所剩余的時間。另外，在某些緊急情況下，類似于110、 120等的特殊車輛通行時，可以通過后臺手動控制，強制相關路口的全部指示燈轉變為紅燈、特種車輛可以通行、其它車輛、行人禁止通行的狀態，在經過預先設定的時間15s后，系統能夠自動恢復到之前運行著的狀態，對路口的車輛以及行人進行正常與否的管理。在系統中，還設置有照顧盲人通行的聲音提示功能（蜂鳴器發出響聲，提示過往的盲人綠燈開始以及通行倒計時即將結束）、倒計時120s與60s轉換（在大小型城市適應性不同的情況下，采用不同的倒計時方式）等功能。

在本設計系統中，使用型號為STC89C52的單片機來作為整個交通信號指示系統設計的核心， 120s倒計時顯示采用3位高亮度的七段數碼管；左轉彎指示燈、右轉彎指示燈、車輛直行指示燈以及行人通行指示燈，采用了紅色、綠色兩種顏色的高亮度發光二極管（由于系統設計的局限性，此處采用紅綠兩個LED燈同時閃爍來表示黃燈）；倒計時七段數碼管的顯示采用了動態通信方式、進行縱向掃描，以節約端口數。按照以上系統的設計方案，一個51單片機的4組端口剛好能夠滿足要求。本設計具有以下優點：總體設計結構一目了然，電路連接簡單方便，顯示模塊高亮度，使用性能可靠等。

系統框圖如圖2-1所示。

在完整的系統中， 51單片機的P1組端口（P1.0～P1.7）用于控制模擬交通信號燈系統中南北方向的信號指示燈， P2組端口（P2.0～P2.7）用于控制東西方向上的通行信號指示功能；P0組端口（P0.0～P0.7）和P3.0～P3.2端口，用于控制3位的七段數碼管倒計時的正常顯示；在緊急情況下，類似于110、 120等的特殊車輛通行時，使用外中斷1端口（P3.3）進行強制轉換。

2.系統模塊介紹

整套電路系統主要由六個大型模塊組成：（1）主控制系統模塊；（2）通行信號燈的輸出控制模塊；（3）倒計時顯示模塊；（4）特種車輛通行模塊；（5）盲人提示音模塊（6）電源模塊等。

主控制系統模塊主要作為系統的核心設計，起到人體中大腦所起的作用，指揮各個分模塊，協調其他各部分，最終實現靈活調動各個模塊正常工作、整體功能可靠實行的目標。

通行信號燈輸出控制模塊，由8組紅色綠色指示燈構成，分別用于指示東西南北兩個方向上的車輛直行、左轉彎、右轉彎和行人通行，其中，紅燈亮時，表示禁止通行；綠燈亮時，表示可以通行，紅綠雙燈閃爍表示實際應用中的黃燈。

特殊車輛通行模塊是本設計中新添加的模塊，用于解決實際生活中110、 120等特殊車輛緊急通過時，途中遇見紅燈所產生的時間損耗。此模塊由后臺手動控制。

盲人提示音模塊也是本設計中新添加的模塊，出于人性化的考慮，在設計中添加了盲人提示音，行人通行指示綠燈亮的時候，會伴隨有蜂鳴器發出的響亮聲音，提醒盲人，可以通過馬路，在綠燈結束的10s之前開始，蜂鳴器間隔響5次，提示正在通行的盲人，綠燈的通行倒計時即將結束，請盡快通行，以保證安全。考慮到實際生活中的應用，在該設計系統中增加了一個按鍵開關，控制該模塊的開啟與關閉。

倒計時顯示模塊主要用來顯示路口通行倒計時所剩余的時間，由于受電路板大小的限制，在本設計中僅采用一組3個高亮度的紅色七段數碼管來顯示倒計時，而用倒計時剩余時間的分段，來劃分此刻該方向的禁行與通行。

圖2-1 系統結構框圖

電源模塊用來維持系統運行所需要的能量，為該系統提供所需的+5V電源電壓。

3.系統硬件模塊設計

本系統的設計中，主控制器采用的是芯片STC89C52， STC89C52是STC公司生產的一種代表性單片機。

系統中，單片機的P1組端口（P1.0～P1.7）用于控制模擬交通信號燈系統中南北方向的信號指示燈， P2組端口（P2.0～P2.7）用于控制東西方向上的通行信號指示功能；P0組端口（P0.0～P0.7）和P3.0～P3.2端口，用于控制3位的七段數碼管倒計時的正常顯示；在緊急情況下，類似于110、 120等的特殊車輛通行時，使用外中斷1端口（P3.3）進行強制轉換。

單片機最小系統中，VCC接+5V電源電壓，用于對單片機的供電。對于晶振的頻率大小，本設計中選擇了11.0592MHz，因為標準51單片機的最小系統中，能夠選擇的晶振頻率范圍為1.2MHz-12MHz，由于一個機器周期的長度等于12個時鐘周期，所以在使用中，優先選擇12MHz的晶振，但是在本設計中， 12MHz的頻率進行串行通信不容易實現所需的9600波特率，而11.0592MHz在計算中恰好可以得到，所以在該設計中選擇的是11.0592MHz的晶振。

4.結論與心得體會

在本設計系統中，使用型號為STC89C52的單片機來作為整個交通信號指示系統設計的核心，仿真模擬設計的交通信號燈適用于大、中、小城市十字路口的車輛以及行人的通行交通管理；倒計時顯示的模塊中， 3位高亮度七段數碼管直觀地顯示出了路口指示燈對于通行指示的剩余時間。該系統的基本功能非常完整，不僅能夠包含有現在生活中應用著的普通交通信號燈的指示功能，還特別的增加了兩個特殊功能，一個是當特種車輛通行時，交通線時系統將強制全部轉為紅燈；二是當盲人通過道路是，設計的語音提示功能，更好的完善了系統的性能。

[1]任其亮，城市公共交通便捷性評價模型研究，公路交通科技，2015年32卷2期。

[2]張志峰，普通干線公路檢測工作的安全管理研究，公路交通科技，2014年31卷11期。

[3]J.Brignell and N.White.Intelligent Sensor System Bristel∶Top Publishing INC.1994.