劉新英，高玉雪

（塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉新英，高玉雪

（塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89C51單片機(jī)芯片的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng).該系統(tǒng)除具有交通燈控制功能外,增加了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制及交通信號(hào)燈故障檢測(cè)功能,提高了交通燈的智能化、可靠性和實(shí)用性,可有效提高交叉口的車(chē)輛通行能力。

單片機(jī)；交通燈；故障檢測(cè)；紅外遙控

如今，紅綠燈安裝在各個(gè)路口，成為疏導(dǎo)交通車(chē)輛最常見(jiàn)和最有效的手段。這一技術(shù)但是，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的交通燈的缺陷也日益出現(xiàn)，其設(shè)計(jì)過(guò)于死板，紅綠燈交替變換時(shí)間過(guò)于程式化，達(dá)不到道路的最大通行效率是最明顯的問(wèn)題。

文中研究的是以AT89C52單片機(jī)為控制器的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)紅外接收器接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)特種車(chē)輛（119、120等）自動(dòng)放行；通過(guò)車(chē)輛檢測(cè)電路采集路況信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后，分配各車(chē)道的綠燈時(shí)間，實(shí)現(xiàn)車(chē)流動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，LED數(shù)碼管顯示通行倒計(jì)時(shí)；系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時(shí)間手動(dòng)設(shè)置、可倒計(jì)時(shí)顯示、急車(chē)強(qiáng)行通過(guò)、車(chē)流量檢測(cè)及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能[1]。

1 交通控制系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計(jì)及原理

該交通燈控制系統(tǒng)用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，接入的LED數(shù)碼管就可顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上加入了違規(guī)檢測(cè)電路和車(chē)流量檢測(cè)電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，同時(shí)接上蜂鳴器。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車(chē)流量檢測(cè)模塊、違規(guī)檢測(cè)模塊和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊、LED倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出[2]。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及工作原理

本設(shè)計(jì)選用AT89C52單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊，8個(gè)LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，車(chē)流量檢測(cè)傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號(hào)，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警[3-4]。

系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)為核心，組成一個(gè)集車(chē)流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車(chē)流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測(cè)電路，狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，語(yǔ)音提示器組成[5]。其具體的硬件電路總圖如圖2所示。

其中P0，P2用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，RESET引腳接上復(fù)位電路，P3.3即INT1接違規(guī)檢測(cè)電路和P3.2即INT0接緊停／東西時(shí)間設(shè)置鍵J，P0.6，P0.7接車(chē)流量檢測(cè)電路，P3.6接南北時(shí)間設(shè)置鍵S，P3.7接自動(dòng)模式選擇／返回鍵F，P3.4接語(yǔ)音提示器。系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時(shí)間自動(dòng)和紅綠燈時(shí)間設(shè)置。若此時(shí)F鍵按下，則為自動(dòng)模式，若此時(shí)按下的是S鍵，則為時(shí)間設(shè)置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設(shè)置好兩個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間，再按F鍵確認(rèn)。其實(shí)這個(gè)過(guò)程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車(chē)流量檢測(cè)及調(diào)整。

圖2 總體設(shè)計(jì)電路圖Fig. 2 Overall circuit design

圖3 基于視頻圖像的車(chē)流量檢測(cè)工作原理Fig. 3 Schematic vehicle flow detection based on video image

圖4 基于視頻圖像的車(chē)流量檢測(cè)圖Fig. 4 Vehicle flow detection based on video images

接下來(lái)，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時(shí)間值送顯P0口和用P2口來(lái)選通LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時(shí)以50 ms為周期，用軟件方法計(jì)時(shí)1 s，到達(dá)1 s就要將時(shí)間值減1，刷新LED數(shù)碼管。

時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值，開(kāi)啟兩個(gè)外部中斷，其一為違規(guī)信號(hào)或禁停信號(hào)輸入，一旦信號(hào)有效，中斷開(kāi)始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開(kāi)啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車(chē)流量檢測(cè)信號(hào)輸入，若檢測(cè)到車(chē)輛經(jīng)過(guò)，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲(chǔ)車(chē)流量的計(jì)數(shù)器加1，然后中斷結(jié)束返回[4]。

3 各控制模塊

3.1 車(chē)檢測(cè)模塊

本設(shè)計(jì)采用視頻圖像的車(chē)流量檢測(cè)，基本思想是視頻圖片中每條車(chē)道上設(shè)置一個(gè)固定區(qū)域作為虛擬的檢測(cè)線(xiàn)，對(duì)該區(qū)域內(nèi)圖像進(jìn)行處理，完成對(duì)車(chē)輛信息的獲取[6]，車(chē)流量檢測(cè)工作原理圖和車(chē)流量檢測(cè)圖分別如圖3和圖4所示。

3.2 信號(hào)燈模塊

信號(hào)燈用來(lái)顯示車(chē)輛通行狀況，對(duì)于一個(gè)十字路口，每個(gè)路口的信號(hào)的的轉(zhuǎn)換順序?yàn)椋壕G——＞黃——＞紅，綠燈的最短時(shí)間為20秒，最長(zhǎng)時(shí)間為40秒，紅燈最短時(shí)間為25秒，最長(zhǎng)時(shí)間為45秒，黃燈時(shí)間為5秒。

圖5 交通信號(hào)燈運(yùn)行狀態(tài)Fig. 5 Traffic lights running state

3.3 時(shí)間顯示模塊

在交通信號(hào)燈的正上方安裝一個(gè)顯示綠燈通行時(shí)間，紅燈等待時(shí)間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路。由于東往西、西往東方向顯示的時(shí)間相同，南往北、北往南方向顯示的時(shí)間也相同，所以只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數(shù)碼管可以時(shí)間的時(shí)間為0-99秒完全可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，數(shù)碼管連接方法如圖6所示。

圖6 數(shù)碼管連接方法Fig. 6 Digital tube connection method

3.4 緊急轉(zhuǎn)換模塊

當(dāng)有特殊車(chē)輛（如119、120）急需通行時(shí)，文中設(shè)計(jì)了緊急通行開(kāi)關(guān)，當(dāng)特種車(chē)輛到來(lái)時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉所有綠燈，讓特種車(chē)輛通過(guò)。設(shè)計(jì)中特種車(chē)輛可采用紅外線(xiàn)發(fā)生器為發(fā)信器，用實(shí)時(shí)中斷來(lái)響應(yīng)特種車(chē)的通行要求。紅外接收器采用的是一體化紅外接收器，具有靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)的性質(zhì)。紅外遙控接收電路原理框圖如圖7。

圖7 紅外接收原理框圖Fig. 7 Infrared receiver block diagram

3.5 違規(guī)檢測(cè)電路及模擬

圖8 違規(guī)檢測(cè)電路Fig. 8 Violation detection circuit

在紅燈和黃燈期間，車(chē)輛是禁行的，為了對(duì)那些違反規(guī)則的車(chē)輛進(jìn)行檢測(cè)，可使用超聲波車(chē)輛傳感器。但是，用于受到條件的限制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只是使用了普通光敏二極管。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于單片機(jī)的多功能交通燈控制系統(tǒng)充分利用AT89S52單片機(jī)芯片的功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性.系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、程序可靠,實(shí)現(xiàn)了各種情況下交通燈的正常指示和倒計(jì)時(shí)功能，應(yīng)用此系統(tǒng)可簡(jiǎn)便靈活地通過(guò)遙控的方式調(diào)整十字路口的控制參數(shù),使緊急車(chē)輛及時(shí)順利通過(guò)，更重要的是本系統(tǒng)在此過(guò)程中還很好的完成了對(duì)交通燈的故障檢測(cè),有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1] 吳黎明.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社2003.

[2] 李學(xué)海.標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)基礎(chǔ)教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.

[3] 先鋒工作室.單片機(jī)程序?qū)嵗齕M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

[4] 吳洪潭,肖艷萍,趙偉國(guó).單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005.

[5] 左然,施明恒,王希麟.可再生能源論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[6] 廖志凌.太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2008.

Traff i c light control system design based on singlechip

LIU Xin-ying, GAO Yu-xue
（Machinery and Electric Engineering School, Tarim University, Alaer 843300, China）

The thesis design traffic light control system based on AT89S51 MCU. In addition to fundamental functions of traffic lights, it also has functions of emergency case processing and signal fault detection. The system also uses infrared remote real-time control technology and PC to achieve the real-time control. Using MCU for traffic lights control can improve the intelligence reliability and practicality of traffic light. So it can improve the traffic capacity at crossings.

AT89S52 MCU; traffic light; signal fault detection; infrared remote control

TN710

A

1674-6236(2014)03-0174-04

2013–06–24 稿件編號(hào)：201306158

劉新英(1980—)，女，山東菏澤人，碩士研究生，講師。研究方向：信號(hào)與信息處理。