基于單片機的智能交通燈控制器的設計

孫鵬 遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的智能交通燈控制器的設計

孫鵬 遼寧錦州渤海大學工學院

本文主要設計了基于單片機的智能交通燈控制器。本文設計的系統功能包括了交通燈控制功能、交通信號燈檢測故障以及現場實時控制等功能，通過該系統可以起到實現交通燈可靠性、智能化以及實用性的目的，同時還可以增強交叉口的通行能力。

智能交通燈 單片機 檢測故障

以往我們所用到的交通信號燈所采用的方法主要是獨立控制各路口以及定周期控制，但是這種傳統方法目前不能滿足我國的交通現狀。因此面對這種社會的需求，我們需要做到的是提高道路條件，另外還需要增強管理水平以及相關的交通控制，從而通過有效的交通設施，將交通管理控制發揮到極致，進而在一定程度上提高道路的有效利用率。現今我國的交通路燈控制對可靠性、安全性以及便捷性方面有了很大的需求。

1 論證交通燈控制系統

現今我國一般選擇了固定周期的方式控制城市的交叉口信號燈，這種方式導致的結果是交通流量五河和控制信號相互適應，而且當發生了緊急的問題的時候，是很難得到相關的處理的。智能交通燈控制系統的實現除了涉及到單片機之外，還涉及到了通過PC機實時控制交通燈以及交通燈檢測故障等等，本文設計的系統交通燈故障檢測選擇的是電壓檢測法以及電流檢測法，該方法實現了系統可靠性的增強。單片機選擇的型號是AT89S52，該單片機是CMOS8位微控制器中的一種，其特點是功耗低、性能高，而且Flash存儲器就達到了8K。而且該Flash上可以實現在系統對程序進行編程，十分適合在常規的編程器中，而且該芯片在很多嵌入式控制應用系統中都有著廣泛的應用。單片機控制交通燈的紅、黃、綠燈的點亮以及熄滅的時間是由系統中的定時器實現的，還能夠完成路燈的時間設定以及控制信號的接收。該控制系統選擇單片機，方便調試，同時也提供了簡單的設計，另外控制信號的輸出是通過外部接口實現的。單片機的采購成本也比較低，另外單片機的體積也比較小，但是單片機的運算能力很強。定時器在向CPU發送信號的過程中是通過中斷的方式實現的，CPU的響應比較短，同時系統的功能損耗也比較低。輸入輸出信號的控制操作時通過單片機實現的，通燈亮滅的時間設置以及燈的選擇情況都是通過單片機控制的，大大地提高了系統的效率。

2 系統硬件設計

圖1 系統硬件結構圖

按照上面所介紹的方案可以知道該系統的控制核心是單片機，控制方式擇選串口方式進行，交通信號的展現需要借助于鎖存器這個部件，完成發射器的紅外信號接收需要借助于紅外接收模塊，另外系統里面的模塊還涉及到了實時調整交通燈以及檢測故障模塊。假如有信號燈形成故障的時候，系統就會給出相應的警告提示信息內容，在一定程度上講十分有利于系統的可靠性提高。本文的硬件組成部分主要有串口通信模塊、單片機控制系統、紅外遙控接收模塊、信號燈檢測模塊以及信號燈顯示模塊等。本文設計的硬件結構框圖如圖1所示。

2.1 單片機連接電路

AT89S52型號的單片機中的P0口的主要目的是顯示交通信號燈以及LED倒計時器，紅外遙控的控制采用的是中斷的方式，尤其是為了確保系統穩定性而加入了“看門狗”電路。

2.2 LED顯示以及交通燈顯示模塊

在交通信號燈進行驅動部分設置目的是為了附加功率驅動電路，電路實現圖如圖3所示。輸出顯示控制口擇選的為P0，P0端口會利用鎖存芯片里面的控制信號，進一步確定倒計時器在工作中不會出現意外，而且交通燈正常工作。功率驅動電路如圖2所示。

2.3 串口通信模塊

該模塊的主要作用是區域控制交通信號，同時完成PC機以及單片機之間的相互通信，該模塊中還包括了通訊接口電路。

圖2 功率驅動電路

圖3 紅外遙控電路原理框圖

2.4 交通燈故障檢測模塊

假若交通燈的連接線路中有斷路或者短路現象發生，從而造成了交通燈熄滅，這個時候就要采取自動檢測的措施，檢測的實現需要借助于故障檢測模塊。單片機借助于串口向控制中心發送故障信號，從而確保系統可以穩定地運行。輸入檢測的組成部分包括了74LS245以及5212光電隔離，脈沖的獲得是通過74LS245實現了，當有故障產生的時候，則脈沖就不會出現。本系統的故障檢測方法選擇的是電壓檢測法以及電流檢測法。

2.4.1 電流檢測法

當線路有斷路的情況產生的時候或者是當LED燈出現損壞的時候，交通燈的運行就會出現錯誤，當選擇電流的檢測法進行故障檢測的時候，故障的判斷是通過R150的電流實現的。

2.4.2 電壓檢測法

假若當可控硅有問題形成時，交通燈十分容易出現錯誤，通過對R26兩端的電壓進行檢查，能夠更好地了解可控硅的損壞情況。

2.5 紅外遙控模塊設計

要完成全部方向的信號燈擇選以及相關的急車強通等功能。本系統使用的芯片是SC9012，紅外線接收器用到的中心頻率是50kHz的NJL41V30，此器件里面附帶著紅外線的PIN接收管以及Modem和選頻放大器。當發射器的按鍵是被相應鍵按下的時候，接收器輸出的電平是高電平，將或非門與單片機的控制器進行連接，從中斷服務程序中檢測出所按下的是哪種狀態的按鍵，進而實現中斷服務。紅外遙控電路原理框圖如圖3所示。

圖4 軟件設計的流程圖

3 系統軟件設計

軟件設計選擇了單片機，編程語言選擇的是C語言，同時可讀性強，而且有很好的可移植性。設計程序設計中交通燈的工作情況，選擇的是定時器0中斷。同時對于例外的車輛通行時間的控制需要用到定時器1中斷實現的，特殊車輛通行需要用到外部中斷INT0。特殊車輛中斷響應以及緊急中斷所花費的時候比較短。車流量控制中斷的響應是在下一個循環的時候開始的，目的是盡量防止了突發的紅綠燈出現異常。軟件設計的流程圖如圖4所示。

本文設計的智能交通燈控制器選擇的方法是交通流時間分割，控制參數選擇的是1周7天，按照每一個道路的交叉口中的交通流的分布情況，把一天的時間設置成12個時段，其中時段是允許不等，另外每個時段還能夠拆分為4個相位階段，根據時間的不同，可以把交叉口的車流分離，從而形成南北以及東西等十字路口，同時每一個干道的組成部分包括了紅、黃以及綠等三種顏色，車輛的安全通行需要借助于指示燈以及倒計時器、紅、綠燈的指示，進而減少出現和交通流之間的沖突。選擇這個方法，將目前的道路的寬度以及相關的通行能力充分地進行了展示，在很大程度上確保了交通流動的連續性，而且還盡量避免了交通的延誤。此外用戶可以借助PC機設置系統的參數，進而可以和多個路口保持協調的作用，如果有緊急的情況發生時，就可以借助紅外遙控完成通行控制，最終增強系統的智能性。

結語：該系統大大增強了系統的可靠性以及系統的穩定性。而且設計的實用性強，程序可靠同時易操作，功能包括了交通燈的指示以及倒計時。通過該系統能夠很方便地控制交通路口的參數，可以提高緊急車輛通過的效率，而且在這個過程中實現了交通燈的故障檢測，具有很多的實用價值。

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