基于智能控制理論STC10芯片交通信號燈系統(tǒng)的設(shè)計

顧江洋

摘要： 交通燈在實際控制中的特點，提出基于STC10F04單片機自動控制交通燈及時間顯示的方法。設(shè)計出控制硬件電路以及控制程序。同時根據(jù)交叉路口的參數(shù)設(shè)計出一種信號配時的算法。增設(shè)路段遇忙調(diào)整時方程式控制狀態(tài)和緊急情況處理模塊，通過手動控制開關(guān)按鈕A0和A1方便系統(tǒng)在正常狀態(tài)和緊急狀態(tài)、方程式控制間來回切換進一步完善了交通燈控制系統(tǒng)。然后進行簡單的模擬，通過對參數(shù)的分析證明本設(shè)計的系統(tǒng)的可行性。

Abstract： For the characteristics of traffic lights in the actual control， the automatic control traffic lights and time display based on STC10F04 single-chip are put forward. According to the parameters of the intersection， an algorithm for signal timing is designed. Add sections busy adjusting state equation for the control and emergency processing module， by manual control switch button A0， A1 and convenient system in normal state and the state of emergency， the equation between the control switch back and forth further improves the traffic light control system. Then a simple simulation is carried out. Through the analysis of the parameters， the feasibility of this design for the system is proved.

關(guān)鍵詞： 自動控制；時間顯示器；外部中斷；延時；方程式控制

Key words： automatic control；the time display；external interrupt；time delay；the control equation

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）02-0148-02

0 引言

在城市當(dāng)中道路的建設(shè)與發(fā)展是存在瓶頸的，而人均車輛保有量每年都在增長，兩者的飛速發(fā)展都會導(dǎo)致交通的擁堵。道路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交通流量每年都在飛速的發(fā)展。上個世紀(jì)70年代Pappis和Mamdani在思量直行的車流擁擠情況后便提出了一種應(yīng)對要領(lǐng)即運用模糊控制算法控制交通信號配時[1]。在當(dāng)時取得了一定的效果。同一時期的德國也建立了基于磁性環(huán)路檢測裝置的智能交通系統(tǒng)限制道路的車流量。但是，從交通控制系統(tǒng)由計算控制之后，對交通流的不斷增加以及對全部交通系統(tǒng)內(nèi)的飽和度而言都一直不能從本質(zhì)上解決交通擁堵的問題。其中有一個重點就是硬件方面的無法改良造就了這一難題。因此，展開對與交通信號控制電路硬件的方面是具有研究價值與意義的從研究發(fā)展的角度來看是具有實際價值的。

1 系統(tǒng)程序工作原理

本系統(tǒng)鏈接圖如圖1所示。P1口、P2口、P3.6口、P3.7口與紅綠燈相連接由P1.0-P1.7口，P2.0-P2.7口和P3.6口、P3.7口串口控制。P0口、P4口與LED數(shù)碼管相連接由P1.0-P1.7，P2.0-P2.7和P3.6、P3.7串口控制。同時的，通過數(shù)碼管顯示倒計時。相反，當(dāng)I/O對外輸出高電壓時，與之對應(yīng)的顯示等就會滅。

本系統(tǒng)預(yù)設(shè)了一個人工干預(yù)動作。通過將電阻與電源正極之間連接變?yōu)闉楦唠娖绞蛊洳划a(chǎn)生中斷來確保。如果中斷引腳INT0（P3.2）的方式接地變?yōu)闉榈碗娖剑a(chǎn)生中斷請求使得整個系統(tǒng)停止主程序開始執(zhí)行預(yù)設(shè)的中斷服務(wù)程序。不需調(diào)整信號配時的周期時長，當(dāng)電阻和電源正極連接變?yōu)楦唠娖剑窃谶@個過程中沒有中斷產(chǎn)生。

2 系統(tǒng)程序與控制算法設(shè)計

系統(tǒng)時通過主程序，按時中斷和外部中斷子程序三個部結(jié)構(gòu)而成的。主程序主要的使命是控制系統(tǒng)的開關(guān)和初始化以及等候中斷。定時中斷主要的使命是LED數(shù)碼管和燈的刷新。而外部中斷子程序的任務(wù)是應(yīng)對外界的突發(fā)情況緊急情況并完成恢復(fù)。

由圖2所示STC10F04計數(shù)的起停由STC10F04的P0和P4口控制，STC10F04的P0和P4口輸出1時，系統(tǒng)當(dāng)即計數(shù)，交通信號配時啟動開始顯示。系統(tǒng)每次計數(shù)后的每100ms后就會向中斷子程序發(fā)送一個信號，請求中斷，通過刷新數(shù)碼管的要領(lǐng)判斷當(dāng)前路線狀況，相對應(yīng)的系統(tǒng)進入處理程序。一旦有緊急情況的發(fā)生就會立即進入外部中斷服務(wù)子程序，緊接著就會讓系統(tǒng)停止計數(shù)。然后四個方向的紅燈同時點亮。然后下一次外部中斷中如果沒有信號，則規(guī)復(fù)交通燈狀態(tài)。程序流程圖如圖3所示。

通過對中斷程序的初始化：EA=1；ET0=1；EX0=1；EX1=0。在加上中斷的許可權(quán)條件：只有在總程序允許中斷和源允許中斷全部許可的條件下中斷指令才會發(fā)出[2]。

如表1所示PX0：外部中斷0優(yōu)先級設(shè)置位。PX1：外部中斷1優(yōu)先級設(shè)置位。PT0：定時器/計數(shù)器中斷0優(yōu)先級設(shè)置位。PT1：定時器/計數(shù)器中斷1優(yōu)先級設(shè)置位。PS： 串行中斷優(yōu)先級設(shè)置位。[3]

如圖4所示當(dāng)車流量極速上漲導(dǎo)致交通擁擠時。可通過按一次A1方程式控制按鈕時讓南北方向通行時間增加60s；東西方向通行時間增設(shè)為30s。按兩次A1方程式控制開關(guān)按鈕時使得南北方向通車時間不變，為35s；東西方向通車時間變?yōu)?5s。按三次A1方程式控制開關(guān)按鈕時，使得南北方向跟東西方向的通車時間間隔都為35s。

本系統(tǒng)的設(shè)計最重要的部分就是定時中斷子程序如圖5所示。中斷子程序的功能就是將LED數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)進行實時的刷新同時對于各個的狀態(tài)進行簡單的程序處理。

對于函數(shù)來說在設(shè)定的初值可知T0定時5ms，因此每次T0到5ms時的時候芯片就會對應(yīng)中斷的請求，接著就會展開中斷服務(wù)子程序。

3 系統(tǒng)模塊的設(shè)計

本系統(tǒng)的顯示模塊包含兩大模塊一個是對于發(fā)光二極管模塊的設(shè)計，還有就是對數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計。在整個系統(tǒng)中控制LED數(shù)碼管是通過兩個部分來實現(xiàn)的，一個是筆段亮滅控制的信號輸入由“A、B、C、D、E、F、G、DP”端口輸入到函數(shù)，芯片的P0口和P4口引腳構(gòu)成了8位LED數(shù)碼管驅(qū)動電路；[5]同時段的該動態(tài)數(shù)碼管的顯還要經(jīng)過共陰型數(shù)碼管，共陰型數(shù)碼管的引腳端為正極，通過與硬件上的二極管的負極鏈接，形成一個公共引腳端。在整個硬件上使用 8只三極管。因此，通過P0.0-P0.7口或者P4.4-P4.6口輸出的電壓是高電壓時三極管不通，對應(yīng)的LED數(shù)碼管無顯示。相反的，輸出的電壓為低電壓時，硬件三極管導(dǎo)通，系統(tǒng)對數(shù)碼管供電。數(shù)碼管電路如圖6。

4 系統(tǒng)測試與結(jié)論

本設(shè)計是基于智能控制理論的交通等系統(tǒng)的設(shè)計，為了對應(yīng)緊急狀態(tài)，給出了增設(shè)緊急中斷按鍵的措施，和方程式控制按鍵。可以解決車流量激增以及，車流分布不均勻的情況適用不同的路口。對程序的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)程序運行1s后沒有對計數(shù)變量time清0，其結(jié)果就是數(shù)碼管無法顯示或者亂碼。如果將其設(shè)定1s時把計數(shù)變量time清0，則數(shù)碼管恢復(fù)正常顯示。因為用到P3口作為I/O口，P3口還有第二功能。

參考文獻：

[1]曲大義，陳秀鋒，魏金麗.智能交通技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011，10：1-4.

[2]李政偉.城市單交叉口信號配時設(shè)計與仿真[D].北京：北京交通大學(xué)，2008，5：1-2.

[3]吳兵，李曄.交通管理與控制[M].北京：人民交通出版社，2009，1：4-5.

[4]曾松林.城市單交叉路口交通信號的控制方法研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2013，5：1-2.

[5]田振華.紅外攝像機的原理及選擇[J].中國公共安全，2013（24）：80-82.

[6]顏峰.紅外線攝像監(jiān)控技術(shù)[J].儀器儀表用戶，2007（03）：1-2.