基于單片機的交通燈控制器設計

作者/郝慶妮、吳繼俠、張姣，咸陽師范學院物理與電子工程學院基金項目：國家大學生創(chuàng)新訓練項目（201510722646）

基于單片機的交通燈控制器設計

作者/郝慶妮、吳繼俠、張姣，咸陽師范學院物理與電子工程學院基金項目：國家大學生創(chuàng)新訓練項目（201510722646）

十字路口的通行能力取決于對交通燈控制的優(yōu)劣。針對兩條雙向八車道道路交匯的十字路口，設計了交通燈控制器。闡述了交通燈控制器的設計方案，以AT89C52單片機為控制核心，用發(fā)光二極管（紅，黃，綠）代表各個路口的交通燈，用七段數(shù)碼管對轉換時間進行倒計時。通過合理的方案設計及仿真分析，并最終經(jīng)過實際電路驗證，該控制器工作可靠，具有一定的實用價值。

十字路口；交通燈；AT89C52；發(fā)光二極管

引言

隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，車輛的擁有量越來越多，城市交通問題越來越引起人們的重視[1]。如何保障道路通暢，特別是十字路口的通行能力，交通燈起到非同一般的作用。交通燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于交通疏導、提高道路通行能力，減少交通事故具有明顯效果。交通燈控制器也就成為研究的熱點。

單片機的出現(xiàn)及發(fā)展，使得交通燈控制器的電路簡單，功能強大，控制方便可靠，大大降低了交通燈控制器的成本，交通燈的普及度得到了提高[2]。

1.硬件電路設計

■1.1 設計方案

交通燈控制器的設計需根據(jù)每個路口的具體情況進行考慮，那么，這樣的方案就會有很多種，這里僅對一種最具代表性的方案進行闡述。即，功能最完整的十字路口的交通燈設計。圖1是兩條雙向八車道道路交匯的十字路口示意圖[3]。每側的四個車道中，左側車道為左轉車道，中間兩個車道為直行車道，右側車道為右轉車道。所有車輛需在進入該路口之前根據(jù)自己所要去的方向提前駛入相應的車道。

1.1.1 交通燈工作狀態(tài)說明

南北路口上方的八盞交通燈分別用A、B、C進行標注，若標號相同則表示其工作狀態(tài)一致。A指的是左轉信號燈，B指的是直行信號燈，C指的是右轉信號燈。東西路口上方的八盞交通燈分別用D、E、F進行標注，D指的是左轉信號燈，E指的是直行信號燈，F(xiàn)指的是右轉信號燈。四個路口兩側共八盞交通燈分別用G、H進行標注，若標號相同則表示其工作狀態(tài)一致。本方案中，假設C、F一直為綠燈（右轉車輛隨時放行）。

1.1.2 交通燈工作狀態(tài)轉換方法

東西和南北方向的放行時間的長短是依據(jù)路口的各個方向平時的車流量來設定，若南北直行用工作狀態(tài)S1表示，東西方向的車輛左轉用工作狀態(tài)S2表示，東西直行用工作狀態(tài)S3表示，南北方向的車輛左轉用工作狀態(tài)S4表示，則各個狀態(tài)保持的時間之間有嚴格的對應關系。

圖1 雙向八車道交匯十字路口示意圖

圖2 十字路口八個標號交通燈工作狀態(tài)示意圖

我們可以依據(jù)上述的標準來改變車輛的放行時間。假設180s為一個周期，八個標號的信號燈在一個周期內(nèi)四種狀態(tài)的跳轉情況示意圖如圖2所示：

■1.2 交通燈控制器硬件電路

1.2.1 交通燈控制器總體框圖

本系統(tǒng)以單片機AT89C52為核心，由晶振電路，強通電路，復位電路，數(shù)碼管時間顯示電路和紅黃綠三色燈顯示電路幾部分構成。其中晶振電路主要為系統(tǒng)運行提供一個統(tǒng)一的時間基準，強通電路用于緊急情況下道路在某個方向的強制通行，復位電路則為系統(tǒng)提供初始化操作。由紅、黃、綠三色發(fā)光二極管模擬交通信號燈，數(shù)碼管顯示電路顯示信號燈出現(xiàn)的時間。系統(tǒng)的總體框圖如圖3所示。

圖3 交通燈控制器總體框圖

在交通燈控制系統(tǒng)中，信號燈的變化和時間的顯示，是用來傳達信息直接指揮交通的。在該控制器中，信號燈采用紅、黃、綠三種顏色的發(fā)光二極管來代替信號燈。由單片機的P0口控制，當某一端口為低電平時，相應的二極管發(fā)光。模擬路燈顯示電路如圖4所示。

圖4 模擬路燈顯示示意圖

每一個方向時間的顯示，由兩個LED七段數(shù)碼管實現(xiàn)。驅(qū)動器74LS47接收單片機P1口（東西方向）、P2口（南北方向）的信息，譯碼后，再驅(qū)動數(shù)碼管顯示時間。圖5為時間顯示電路。

2.軟件設計

根據(jù)交通燈控制器的設計方案，交通燈的轉換過程有四個狀態(tài)，狀態(tài)S1， 南北方向允許直行，東西方向紅燈亮，禁止通行；狀態(tài)S2， 南北車輛左轉，其余方向車輛禁行；狀態(tài)S3， 東西方向允許直行，南北方向禁止通行；狀態(tài)S4， 東西方向車輛左轉，南北方向禁止通行。紅綠燈顯示轉換流程圖[4]如圖6所示。

圖5 時間顯示電路

3.仿真結果

采用Proteus對電路原理圖進行仿真[5]，系統(tǒng)各項功能都達到了預期的設計要求。仿真電路圖如圖7所示。

4.結束語

論文以單片機AT89C52芯片為核心設計了交通燈控制器，使用發(fā)光二極管（紅，黃，綠）代表各個路口的交通燈，用七段數(shù)碼管對轉換時間進行倒計時。采用按鍵模擬強通電路。經(jīng)過模擬仿真及實際電路焊接調(diào)試，該控制器實現(xiàn)了設計要求，各方向紅黃綠燈轉換流暢。該系統(tǒng)為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息，既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度。該設計性價比高，具有一定的實用價值。

圖6 紅黃綠燈顯示轉換

度和結果的可靠性。GPRS無線通訊模塊將現(xiàn)場故障信息通過短信的方式發(fā)送給工作人員；

（3）該系統(tǒng)內(nèi)部采用CAN總線連結各個節(jié)點設備，具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點。

＊ [1]朱玲玲,李長凱,張華中,等.配電網(wǎng)單相斷線故障負序電流分析及選線[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2009, 37(9)：35-38.

＊ [2]肖希鳳.配電線路單相斷線故障檢測技術研究[D].濟南:濟南大學,2016.