一種交通信號安全防護控制系統的設計

文/呂龍波

在城市快速發展的過程中，交通控制系統得到較為廣泛的應用，但在應用的過程中也存在著一定的問題，對人們的生活、學習和工作都會帶來一定的影響。隨著人們出行和物流量的增多，交通道路控制系統只有保證交通系統的高效和安全的性能，我們的生活水平才能得到更好的保障，但在實際生活中，城市中交通經常會發生擁堵的現象，尤其是在一些道路交叉口的位置，道路交叉口作為整個交通運輸中重要的樞紐，也是容易發生交通事故的地方。交叉口的類型有很多，而交通信號燈的應用能夠有效改善交通道路的環境，出現了各種比同時段的信號控制器和多種方案式的信號自動控制器，通過相應的交通信號控制系統，能夠根據監測到的交通道路車流量的多少進行紅綠燈亮的時間長短的控制，從而充分利用城市道路上的交通信號燈，提高城市交通道路的順暢性。

1 交通信號控制系統的總體設計

1.1 控制系統的總體設計與組成

交通信號控制系統主要包括三個組成部分，其中有紅黃綠三種色彩的信號燈模塊、倒計時的顯示模塊以及能夠實時監控車量的檢測模塊。其相關結構如圖1所示。

在交通信號控制系統中，單片機是由89C52組成的最小系統，其主要控制交叉路口的紅綠信號燈，并控制倒計時現實模塊進而保證其能夠按照相應的要求進行正常顯示。將得到的相關信號輸入到單片機中，進而可以利用單片機進行相應的控制。倒計時顯示模塊的組成中包括8個共陰極的數碼管，該模塊的主要作用是顯示前進或者等待的剩余時間，提醒相關車主紅綠燈的改變時間，進而選擇停止前進或者通行，從而維護交通運行的秩序。

紅綠燈模塊一般包括紅黃綠三種色彩的發光二極管，在每個方向上以3個為一組，與真實交通道路上的信號燈一樣，在綠燈亮的時候可以通行，紅燈亮的時候就需要停止通行，車輛在行使的過程中需要遵守相應的交通規則。車流量檢測模塊能夠實施監測道路上的車輛，如果交通道路上的車流量較大，其會通過單片機來調節綠燈亮的時間，從而保證交通道路的通行效率。在我國社會經濟快速發展的過程中，交通量隨著城市規模的擴大也在逐漸增大，所以車流量檢測模塊作為交通信號控制系統中的主要組成部分，發揮著十分重要的作用。

1.2 交通信號控制系統的通行方案

本文中假定一個十字型的交叉路口，具有東西南北四個方向，不管什么時間段只允許相對的兩個方向的車輛通行，在黃燈亮起的時候，短暫的時間里允許通行但是不允許車輛行駛的兩個方向進行相互對調。

在正常的通行情況下，當東西方向同時亮起綠燈，南北方向同時亮起紅燈，倒計時開始，這個時候只允許東西方向車輛行駛，而南北方向禁止通行；當東西方向的綠燈滅，同時亮起黃燈，倒計時顯示等待4秒，在這個時候等待線以外的車輛禁止通行；當東西方向的紅燈亮，在同一時刻南北方向的綠燈亮，在這時東西方向不允許通行，而南北方向允許，直到倒計時結束；當南北兩個方向上的綠燈同時滅而黃燈同時亮，在黃燈倒計時4秒開始，等待線以外的車輛都不允許通行。正常通行情況下交通信號燈反復循環，正常通行模式及其亮燈狀態如表1所示。

2 交通信號控制系統的軟硬件設計

2.1 控制系統的硬件設計

2.1.1 主控制系統分析

交通信號控制系統的主控器使用的一種高能穩定的8位單片機，其包含有一個8KB的FLASHROM，可以進行反復的擦寫，和內部RAM以及3個16位可進行編程定時器等。該控制系統的硬件電路如圖2所示。

其中主要包括的器件有單片機最小系統、數碼管驅動、用來作信號指示的紅黃綠三種顏色的LED燈及二極管、驅動發光二極管的74LS04。

2.1.2 系統中單片機分析

單片機具有較小的體積卻擁有強大的功能，在控制系統中能夠發揮重要的作用，也被稱作為微控制器。單片機的組成中有一塊集成的電路芯片，內部具有實現計算機基本功能需要的相關部件，在微機的中央處理器的基礎上，在同一芯片上集成了接口電路、時鐘電路以及一定容量的存儲器等，在外部增添一些外圍器件就構成了一個較為完整的計算機系統。單片機芯片是整個控制系統中十分重要的部分，具有強大而靈活的控制功能，能夠對監控系統的輸入量進行實時監控，實現系統的自動控制功能。

2.2 控制系統的軟件設計

在交通信號控制系統中軟件的主程序是主要功能的實現，利用車流量檢測對交通信號燈的時間進行控制，在正常通行的情況下，交通信號燈在進行工作的時候，其是按照相關路口的通行的交通規則進行運行，不斷反復 轉換紅綠燈的模式，而且紅綠燈的狀態可以提前進行設定。

表1：正常通行模式及亮燈狀態

圖1：控制系統總體結構圖

圖2：控制系統硬件電路圖

在正常通行的狀態下，一個時鐘的周期為68s，其中會進行四個狀態的轉化，從東西綠燈、南北紅燈到東西黃燈、南北紅燈，然后到東西紅燈、南北綠燈，最后是南北黃燈、東西紅燈，按照這種狀態進行反復循環。綠燈會亮30s，而紅燈會亮4s。在設計軟件部分的程序流程時，需要先設計延時子程序，然后再設計定時器的初始化程序。

3 總結

綜上所述，在城市化進程不斷加快、交通運輸行業迅速發展的過程中，交通信號燈對維持交通的有序運行具有重要的作用。在交通信號控制系統的作用下，能夠保證交通系統的高效和安全性，從而更好保障人們的生活水平。交通信號燈的應用能夠有效改善交通道路的環境，通過相應的交通信號控制系統，能夠根據監測到的交通道路車流量的多少進行紅綠燈亮的時間長短的控制，從而充分利用城市道路上的交通信號燈。在本文的研究中，分析了交通信號控制系統的總體設計，對控制系統的軟硬件設計也進行了相應的探討。