基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

李友亮

摘要：近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機逐漸得到人們的青睞。使用單片機需要結(jié)合具體的軟硬件結(jié)構(gòu)。十字路口車輛穿梭能夠有條不紊，交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)在此扮演了一個重要的角色。本系統(tǒng)采用單片機和一些外圍電路，設(shè)計了的交通燈電路，電路能夠顯示倒計時時間，根據(jù)實際車流量通過設(shè)置紅、綠燈燃亮時間。

關(guān)鍵詞：單片機;交通燈;倒計時;時間顯示

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市人口密度越來越大，人們的生活條件越來越好，道路上機動車數(shù)量和各種交通工具迅速增加，隨之而來的是城市交通負荷增長，壓力增大。目前，交通擁堵問題已成為城市交通的一大隱患。交通信號燈是疏導路面交通通行的重要手段，是城市道路交通管理不可或缺的一部分。目前大多數(shù)交通燈的通行時間都是人為設(shè)定的，不能根據(jù)實時的道路交通狀況改變，這也是造成道路擁堵甚至癱瘓的主要原因之一。針對這一現(xiàn)象，本文提出了一種基于單片機的多工作模式交通燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)模式，還可以工作在根據(jù)車流量的大小自動調(diào)節(jié)紅綠燈時間的智能模式，以及特殊車輛到來時的緊急模式。

在所有情況下，電子（邏輯）電路都是用來控制電源電路的。電子邏輯電路通常由電子設(shè)計的基本數(shù)字元件組成，包括振蕩器、定時器、計數(shù)器、解碼器、微處理器等，而電源電路則包括燈和驅(qū)動電路。數(shù)字電路的設(shè)計使輸出與設(shè)計選擇相適應。電源單元的設(shè)計目的是產(chǎn)生穩(wěn)定的電源電壓，用于邏輯電路供電。輸出由一系列燈組成，這些燈根據(jù)設(shè)計按特定的順序照明。通過邏輯電路設(shè)計，使燈具按照特定的順序出現(xiàn)，每一種顏色都代表該列車輛不同的運動狀態(tài)。但是，我們需要更多了解信號燈，并結(jié)合實際需求，不斷創(chuàng)新發(fā)展，才能達到發(fā)展的需求，所以研究交通信號燈極為重要。

一、交通燈電路的系統(tǒng)硬件設(shè)計

交通燈的硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，我們除了實現(xiàn)交通燈基本功能以外，需要考慮的主要還有以下因素：芯片運行穩(wěn)定度;編程的復雜度等;以下對各個模塊的選擇方案進行了簡單的探討。

（一）交通燈方案設(shè)計

我們基于51型單片機，數(shù)碼管顯示倒計時。根據(jù)預期目標要求，研究現(xiàn)在經(jīng)常使用的各功能模塊的設(shè)計方案，并對各個方案進行了認真的對比，從功耗、體積、性能等多維角度仔細研究各個方案是否可行。在進行了嚴密的推敲和研究之后，設(shè)計的系統(tǒng)決定采用包括以下幾個模塊，各個模塊方案論證也在下文進一步給出。交通燈總體設(shè)計框圖，主要有單片機控制、按鍵控制、紅外電路、驅(qū)動顯示等電路組成。

（二）電源方案

為使單片機工作時能有穩(wěn)定的電流源，而不是高低不同的電壓電流，我們采用的電源必須能夠穩(wěn)壓輸出。有以下兩種方案：方案一：獨立的穩(wěn)壓電源。此方案雖然穩(wěn)定可靠，且各種成品電路市場上很多，我們可以隨意挑選，但如果各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復雜，且可能影響電路電平。方案二：單片機控制模塊提供電源。此方案簡單易懂，成本節(jié)約;但功率的輸出不高。所以基于以上討論，在設(shè)計的時候我們選擇第二種方案。

（三）顯示界面方案

交通燈系統(tǒng)要求完成倒計時功能?；谏鲜鲈颍敬卧O(shè)計考慮了兩種方案：方案一：點陣式LED顯示。此方案可顯示各種內(nèi)容的文字，圖形等，但實現(xiàn)復雜，軟件工作量會變大。方案二：數(shù)碼管顯示。此方案實現(xiàn)簡單，但功能較少，只能顯示有限的文字，綜合考慮，方案二就能達到要求，所以選用方案二完成顯示功能。

二、基于51型單片機的總體設(shè)計方案

本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，單片機是整個硬件系統(tǒng)的核心組成，它既控制整個系統(tǒng)有條不紊的進行工作，又能進行數(shù)據(jù)的處理。我們的項目旨在通過使用智能系統(tǒng)自動減少道路上的交通，從而消除道路上的延誤。它通過傳感器來確定每條路上的交通狀況。利用這些交通信息，我們可以管理信號時間和處理道路上的交通。在每條道路上，我們放置紅外傳感器來檢測車輛，并給出每條道路上的當前交通信息。信號的時間是根據(jù)每條道路的交通水平來調(diào)整的。如果某條路的水平比其他路高，那么這條路就會分配綠色信號，而其他路則會分配紅色信號。它還提供了在緊急車輛出現(xiàn)時釋放緊急車輛的附加功能，即當看到緊急車輛時釋放。本課題以某城市交通信號燈控制器為研究對象，采用紅外傳感器對其進行優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)了基于51單片機的交通信號燈控制器。提出這一方案的目的是為了減少交通阻塞，減少因交通阻塞而導致的綠燈等待時間過長、油料損失和經(jīng)濟損失。為了國家的發(fā)展，有必要減少主要道路上的交通堵塞。該系統(tǒng)的核心是單片機STC89C52。該單片機屬于8051單片機，包括芯片ROM，采用閃存形式。經(jīng)過一段時間，閃存可以擦除，這提供了快速的進程。我們選擇AT89c52單片機開發(fā)板，是因為它編程簡單，輸入輸出線數(shù)量充足，RAM和ROM大小易于管理，結(jié)構(gòu)簡單。系統(tǒng)程序和應用程序采用RAM和ROM存儲，ITLCS的框圖由單片機、輸入開關(guān)矩陣、實時時鐘1307、時鐘電路、繼電器驅(qū)動器ULN2003、LED接口電路組成。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)對傳統(tǒng)的交通燈系統(tǒng)加以改進，可以根據(jù)十字路口的實時路況靈活地調(diào)節(jié)交通燈的通行時間，充分地利用道路資源，提高道路的通行能力，改善擁堵現(xiàn)象，具有一定的實用推廣價值。本系統(tǒng)也存在不足之處，在智能模式與緊急模式轉(zhuǎn)換上可以做一些改進，當檢測到有警車或救護車出行時，系統(tǒng)自動啟動緊急模式，當檢測到緊急車輛通過后系統(tǒng)自動恢復到正常模式。

在系統(tǒng)開始時，南北直行方向為綠燈，東西方向為紅燈;36s過后，南北方向為黃燈，東西方向仍為紅燈;再過4s，南北左轉(zhuǎn)方向為綠燈。60s過后，南北方向為紅燈，東西直行方向為綠燈。又過36s，東西方向為黃燈，南北方向仍為紅燈[4]。再過4s，東西左轉(zhuǎn)方向為綠燈。20s過后，紅綠燈回到初始狀態(tài)。原設(shè)定時間周期中，南北方向和東西方向的紅燈時間都是60s，由于兩個方向都存在車流量檢測，在程序設(shè)計時，需要注意兩個方向的相互影響[2]。若南北直行方向的車流量大于東西直行方向車流量，則南北直行的綠燈設(shè)定時間由原來的36s變?yōu)?6s，黃燈閃爍時間不變，東西方向的紅燈時間相應增加，變?yōu)?0s。若南北左轉(zhuǎn)方向的車流量大于東西左轉(zhuǎn)方向車流量，則南北左轉(zhuǎn)的綠燈設(shè)定時間由原來的20s變?yōu)?0s，黃燈閃爍時間仍不變，東西方向的紅燈時間也相應地變化到70s。通過程序的自動調(diào)節(jié)可以減少車輛等待時間，有效地緩解道路擁擠的問題。

紅燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈前的5s鐘對各個紅燈方向的車流量檢測進行采樣，通過兩個方向采樣值的比較來調(diào)節(jié)各個方向的紅綠燈時間。

當警車或救護車出行時，按下緊急按鍵，系統(tǒng)進入緊急模式。所有路口的設(shè)置均為紅燈，等警車和救護車通過后，仍可以按下此鍵恢復到正常模式下工作。

結(jié)束語

文中設(shè)計的交通信號燈以紅綠燈控制為主，可以做到在節(jié)假日等交通流量大的日子里，為確保民眾安全，在各個交通路口增派交警臨時指揮，以緩解交通壓力，雖然此類設(shè)計已經(jīng)有效緩解了大部分情況，但我們?nèi)孕柩芯扛又悄芑慕煌ü芾碓O(shè)施，避免人員傷害和保護交警的安全。所以，合理控制流量，利用好各個高速道路，是交管部門待解決的主要問題。

參考文獻：

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