單片機智能交通控制系統

(佳木斯大學 黑龍江 佳木斯 154007)

一、緒論

相關研究發現，我國城市道路交通網絡體系中，為了應對交通高峰期時段，通常是將信號燈固定時間并同時輔以交警指揮。但這種控制方式不僅不智能，而且還需要大量的交通警察，對人力資源是一種明顯浪費。因此，要解決城市嚴峻的交通壓力，必須要控制好城市交通信號燈，這就需要運用電子與信息技術開發新型的智能交通系統。智能交通系統ITS(Intelligent Traffic System)是將信息技術，電子控制和計算機技術引進到整個交通管理系統中。該系統是一個準確、高效、實時的綜合運輸和管理系統。各國已經意識到傳統的固定時間交叉模式已不再適用于當前的城市化交叉點。在交通流量大的城市，傳統模式的缺點是顯而易見的。因此，各國現在都重視智能交通系統的發展。城市智能交通系統的目標是有效提高城市道路的利用率和交通率。本文采用控制算法來設計一種新型的交叉口智能交通信號燈。它可以實現實時控制交通燈的定時，使交叉口的通行能力得以大大提高。

二、智能交通燈系統方案設計

(一)功能分析與方案設計

該智能交通控制系統實現的功能有下面幾點：

1)實現十字路口智能交通系統最基本的功能；

2)實時對一個方向的車流量進行檢測，根據車流量自動對交通燈的時間進行控制；

3)緊急按鍵功能，按下緊急按鍵后，在路口燈都變為紅色的同時，并發出聲音實現報警提示，等待車輛通過后恢復正常；

4)實時顯示車流量的大小。

根據智能交通燈系統的設計功能，其系統設計框圖如圖1-1所示。

圖1-1 系統框圖

單片機作為核心控制模塊，接受車流量檢測信息和按鍵信息，并實現對數碼管顯示模塊、數碼管倒計時模塊、聲音模塊和LED指示燈的智能控制。本設計的總體硬件電路如圖1-2所示。

圖1-2 系統框圖

如圖1-2所示的交通燈控制系統的總體硬件電路，單片機作為核心控制模塊，接受按鍵模塊數據，實現對數碼管以及LDE燈的顯示控制，設置兩個按鍵模塊來代替車流量檢測功能。

三、智能交通系統硬件電路設計

(一)單片電路設計

由于性價比相對較低、性能較高、電壓較低、耗能較低等優點，單片機在短時間內獲得了較大范圍的應用和推廣。單片機的運算功能較強、編程較為靈活，且適用于多種邏輯程序，有定時器和計數器功能，可用于定時和計數工作。同時單片機電路可以在復位和晶振電路以及電源電路的共同配合作用下實現正常的工作。因此，本設計以單片機作為系統核心控制器，

(二)車流量檢測電路

本設計采用紅外對管(紅外對管是紅外線發射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時候的總稱。在光譜中波長大于0.76微米的一段稱為紅外線)來實現對車流量的檢測。在紅外對管車流量檢測電路中，當沒有車來時，紅外對管因為沒有車的反射，接受到的光線弱，內部的發光二極管不發光，三極管端口LM393的正端接5V高電平，HW1引腳輸出高；當有車輛過來時，車輛反射的光變強，發光二極管在強反射光下時三極管導通，使得LM393的正端接地，HW1引腳就輸出高電平。電阻R10作為分壓電阻，實現在0到5V之間變化。HW1和HW2與單片機的P31和P32引腳連接，實現對車流量數據的讀取。

(三)數碼管顯示電路設計

本設計模擬實際十字路口交通燈和LED指示燈電路。4個2X8數碼管實現倒計時顯示，4組代表黃綠紅的LED燈指示。

(四)LED指示電路設計

本系統里4個路口分別采用三個黃綠紅三種顏色的LED來模擬實現指示燈的功能，四個路口指示燈分別由單片機的P11、P36、P37、P03和P05引腳控制，12個燈屬于共陽極連接，引腳輸出低電平時燈亮，反之燈滅。

(五)按鍵電路設計

本文設計的按鍵電路與單片機的P3.1到P3.7引腳連接，從而實現按鍵功能，按鍵后直接將引腳接地，系統通過對兩個引腳的狀態掃描實現按鍵判斷。除了復位按鍵之外，本系統還有4個功能按鍵，都具有復用功能，分別對應黃燈常亮、紅燈常亮、東西通行、南北禁止、南北通行、東西禁止、確定按鍵、時間增加、時間減少按鍵、選擇設置按鍵以及車流量檢測功能。這4個按鍵都是供地連接，一端與地連接，一端與單片機的引腳連接，當有按鍵按下時，單片機的引腳直接接地，單片機就會讀取到一個低電平，并執行相應的功能。

(六)蜂鳴器聲音電路設計

本智能交通控制信號燈系統通過蜂鳴器來報警。當系統檢測到緊急按鍵按下后，除了四個路口紅燈亮，還會發出聲音進行報警提示。蜂鳴器聲音報警電路主要是通過三極管對信號放大，然后實現對三極管的驅動，輸出一定信號的PWM波，使得蜂鳴器振動發出聲音，實現蜂鳴警示的功能。

四、單片機智能交通控制系統軟件設計

(一)主程序設計

本設計的主要是實時對按鍵進行檢測，對車流量檢測，實現緊急模式和正常模式，系統主程序流程圖如圖4-1所示；

圖4-1 系統主程序流程圖

如圖4-1所示主程序流程圖，實時對車輛進行檢測，實現放音功能。

(二)子主程序設計

本系統的子程序主要是通過中斷來實現按車流量檢測統計，利用數碼管來顯示時間，工作模式的切換則通過掃描按鍵執行。

1、定時中斷子函數：通過外部中斷來實現對東西和南北兩個相對方向指示燈的控制，使上述兩個指示燈保持常開或者常閉狀態。定時中斷子函數主要是實現系統在自動模式下對東西和南北兩個相對方向交通燈的自動控制。

2、顯示子函數：顯示子函數主要是在單片機的控制下對數碼管進行定時的操作，從而顯示倒計時、車流量等信息。

3、按鍵子函數：按鍵子函數主要是對緊急模式以及自動運行模式等等進行控制和設置，單片機通過掃描按鍵，從而實現不同的功能。

五、仿真測試

在設計的基礎上進行仿真來對智能交通控制系統進行驗證，主要對正常運行時的交通燈控制功能、緊急模式等方面進行驗證，還要對車流量檢測模塊以及數碼管顯示模塊進行測試。通過仿真設計，系統測試結果顯示，本文設計的智能交通控制系統能夠很好地實現交通燈的控制，可以實時檢測到車流量，并根據車流量對交通燈進行控制，智能改變通行時間的大小。

六、總結

智能交通控制系統在日常生活意義重大，其對于緩解交通壓力具有非常關鍵的作用。本文設計的智能交通控制系統在實現基本的交通控制功能的同時，也根據檢測到的車流量對交通燈指示時間進行控制，從而滿足了一定程度上的智能交通控制。雖然本文實現了預定的設計目標，但是該系統仍然有很多需要完善的地方，比如可以實現對四個方向的智能控制，根據四個方向的車流量對四個方向的通行時間更改；可以增加遠程監控功能，遠程對交通燈控制時間進行修改等。