單片機在交通系統中應用

高俊娟

華北機電學校 山西長治 046000

伴隨著人民生活水平的逐步提高，汽車已經進入了千家萬戶，而我國城市化進程的加快，也使得城市交通的弊端日益凸顯。針對這一難題，各地紛紛出臺相關政策，但效果并不理想，因此多功能交通燈的設計顯得尤為重要。隨著經濟和社會的快速發展，城市道路交通的變化與不確定性越來越大，傳統的道路交通控制系統已不能滿足城市發展的需要。為了解決這個問題，本文設計了一個基于單片機的交通信號燈智能控制系統，并通過實驗進行了驗證。為此，本論文在對基于 UTC智能代理的城市交通交叉口進行調研的基礎上，提出并設計了一種具有交通流量監控和車燈時間智能加減的城市交通交叉口智能控制系統。

ITS的目標是通過對交通系統和城市實際情況的智能處理，減少交通擁擠等特殊情況，提高交通效率。采用串行/并行通信方式對系統進行控制。先用外部傳感器采集交通數據（實驗設計考慮實驗室條件，采用關鍵電路作為輸入信號），再用單片機Stc89c51rc響應控制信號，結合內部算法輸出控制信號，通過數字管和 led調整實現智能交通控制。

1 總體方案設計

本文所設計的智能交通控制系統可以看作一個簡單算法。實際上，十字路口會遇到一些特殊情況。通過控制交通信號燈時間比，可以減少車輛的總停留時間。主要包括：主控電路、驅動顯示電路、數碼管顯示電路、按鈕控制電路、交通信號電路等。圖1是系統的結構設計。

圖1 系統結構設計框圖

本系統通過相應的功能鍵向主控電路發送信號。在流量檢測模塊的功能中，首先通過停頓鍵停止試驗，選擇K4鍵，確認為流量檢測模式，然后通過相應的加減鍵完成流量信息的傳遞，當流量達到 if語句條件時執行時間加減。此外，夜深時，系統模式會發生變化，每個路口的黃燈都會閃爍，這不僅能促使司機減速，還具有警示作用。日間作業是利用紅外線感應實時檢測東西和南北方向的交通流量，并利用單片機對交通系統進行自動控制，使系統能根據交通流量在各個方向上自動調節交通信號燈時間，合理延長直向和大向交通信號燈時間，減少小方向交通信號燈時間（設置后雙向左轉綠燈時間不變），有效提高車輛通行率，保障城市道路暢通。夜間的工作模式是關閉交通控制系統，讓黃燈閃爍，保證車輛能在少時快速通行。白天和夜間工作模式可以自動轉換，轉換的時間視地點的實際情況而定（例如，上午6點到白天工作模式；上午2點到晚上工作模式）。另外，當有急救車經過并且方向是紅色的時候，可以按下控制按鈕，強制該方向的綠燈亮，其他方向的紅燈亮，以保證急救車安全、有序的通過。急救車通過后，再次按控制鍵，恢復到原來的運行狀態。

2 系統設計

2.1 硬件設計

針對系統存儲、計數等方面的要求，選擇了一臺stc89c51rc單片機作為微處理器，并選擇了12個紅、綠、黃三基色發光二極管作為信號電路，其中數字管顯示電路為4個雙數碼管，分別安裝在各個路口，構成系統硬件設計。

2.2 主電路

增強了51單片機Stc89c51rc的基本功能。微處理器的高速時鐘頻率完全符合實驗要求。它包含8位 CPU和只讀的程序存儲器。由于具有豐富的插針結構和聯機系統編程（ISP）功能，這些豐富的配置將使程序的存儲和調用更加方便。因此選用其為系統的主控電路。

2.3 驅動顯示電路

單片機驅動電流小，不能滿足數碼管顯示亮度的要求。本論文設計了74hc245的三態八輸出驅動電路。驅動顯示電路包括74hc245解碼器和漏極阻抗。

2.4 按鍵控制電路

本設計共引用5個按鍵分別對應現實環境下的不同模式，如：緊急避讓模式、深夜模式、人行中斷模式、時間加減模式、車流量檢測模式。

K0是緊急避讓模式。檢測車輛頻率后，用K0鍵替換傳感器，向單片機發出高電壓脈沖。應急啟動后，路口交通燈變為紅燈，普通車輛停止行駛，特殊車輛允許快速通行。專用車輛通過后，系統調整到正常模式。

K1是夜間模式。夜車開動時，K1外鍵對 MCU產生外脈沖，交通燈變黃，行車減速。

K2是行人阻斷模式。按K2時，啟動行人中斷模式。走過紅燈街道，行人碰了行人鑰匙。步行者按動按鈕后路燈倒計時縮短為8秒，相應的路燈綠燈倒計時縮短為8秒。

K3是一種加減法。從壓力傳感器傳回的數據來看，當流量超過設定的最大值時，傳感器向系統發出高壓數字信號，以減少大流量交匯處的紅燈時間。理論上，當交通流量超過100時，紅燈時間會減少15秒，而另一邊會增加15秒。

K4，車流檢測模式。為了便于對測試結果進行分析，本文采用加減鍵代替紅外傳感器進行檢測。按下K4鍵進入車流檢測模式，再按下車流加減鍵，當南北方向車流檢測值為東西方向車流檢測值的兩倍時，將縮短南北方向紅燈時間、綠燈時間和東西方向綠燈時間。第一個仿真試驗基于真實車流檢測，靈活、智能，能夠在短時間內準確地調整信號，避免了信號的機械性和重復性問題，對交通管理有很好的效果。

2.5 看門狗電路

為了消除信號處理的干擾，設計了看門狗電路。為了防止程序死亡或進入死循環，看門狗硬件電路必須增加。

3 軟件仿真與程序設計

3.1 軟件仿真

根據資料手冊和各元件原理圖，完成了電路原理圖的模擬調試，并繪制了線路圖。通過測試，運行結果達到了預期設想，并有效地實現了各個模塊的功能，進一步驗證了電路的設計。圖2給出了軟件模擬電路。

3.2 程序設計

本次設計是用 C語言編寫的。編程時，調用子程序進行編程，其中，鍵盤電路通過設置程序控制 p.3端口的信號輸入和控制地面；數碼管通過控制 p.0端口的高低信號來實現數碼管顯示，還包括紅綠燈電路程序、抖動消除程序和延遲程序。圖3是中斷程序流程圖。

圖2 軟件仿真電路

圖3 中斷程序流程圖

4 結語

本文的研究內容是基于stc89c51rc的智能交通系統的設計與實現。用于替代傳感器信息的關鍵電路，向單片機發送數字信號。并且通過系統程序設計，實現了交通信號燈的智能控制，有效地控制了交通。本文的研究目的在于為學生提供一個模擬的環境平臺，為相關的交通管理部門進行智能控制提供一些思路，從而使交通管理更加高效、合理。