基于單片機的交通燈控制系統設計

摘要：本文設計了一種基于AT89C51單片機芯片的交通信號燈控制系統該系統除具有交通燈控制功能外，增加了現場實時控制及交通信號燈故障檢測功能，提高了交通燈的智能化、可靠性和實用性，可有效提高交叉口的車輛通行能力。

如今，紅綠燈安裝在各個路口，成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。這一技術但是，隨著社會的不斷進步，傳統的交通燈的缺陷也日益出現，其設計過于死板，紅綠燈交替變換時間過于程式化，達不到道路的最大通行效率是最明顯的問題。

文中研究的是以AT89C52單片機為控制器的交通燈控制系統，該系統通過紅外接收器接收信號實現特種車輛(119、120等)自動放行;通過車輛檢測電路采集路況信號，經單片機處理后，分配各車道的綠燈時間，實現車流動態調節，LED數碼管顯示通行倒計時;系統除基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設置、可倒計時顯示、急車強行通過、車流量檢測及調整、交通異常狀況判別及處理等相關功能。

1 交通控制系統的總體框圖設計及原理

該交通燈控制系統用單片機直接控制信號燈的狀態變化，接入的LED數碼管就可顯示倒計時以提醒行使者。本系統在此基礎上加入了違規檢測電路和車流量檢測電路為單片機采集數據，同時接上蜂鳴器。本設計以單片機為控制核心，連接成最小系統，由車流量檢測模塊、違規檢測模塊和按鍵設置模塊等產生輸入，信號燈狀態模塊、LED倒計時模塊和蜂鳴器狀態模塊接受輸出。系統的總體框圖如圖1所示。

2 系統硬件總電路構成及工作原理

本設計選用AT89C52單片機及外圍器件構成最小控制系統，12個發光二極管分成4組紅綠黃三色燈構成信號燈指示模塊，8個LED東西南北各兩個構成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數據，光敏傳感器捕獲違規信號，若干按鍵組成時間設置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個蜂鳴器進行報警。

系統硬件電路構成：單片機為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環控制系統。系統硬件電路由車流量檢測電路、單片機、違規檢測電路，狀態燈，LED顯示，按鍵，語音提示器組成。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數碼管，P1用于控制紅綠黃發光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時鐘電路，RESET引腳接上復位電路，P3.3即INT1接違規檢測電路和P3.2即INT0接緊停/東西時間設置鍵J，P0.6，P0.7接車流量檢測電路，P3.6接南北時間設置鍵S，P3.7接自動模式選擇/返回鍵F，P3.4接語音提示器。系統上電或手動復位后，系統等待模式選擇設置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設置。若此時F鍵按下，則為自動模式，若此時按下的是S鍵，則為時間設置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設置好兩個方向的紅綠燈時間，再按F鍵確認。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進行設置，以及標志是否要進行車流量檢測及調整。

接下來，系統必須先顯示狀態燈及LED數碼管，將狀態碼值送顯P1口，將要顯示的時間值送顯P0口和用P2口來選通LED數碼管的顯示導通，在此同時以50 ms為周期，用軟件方法計時1 s，到達1 s就要將時間值減1，刷新LED數碼管。

時間到達一個狀態所要全部時間，則要進行下一狀態判斷及銜接，并裝入次狀態的相應狀態碼值以及時間值，開啟兩個外部中斷，其一為違規信號或禁停信號輸入，一旦信號有效，中斷開始，進入中斷服務子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當按下F鍵，中斷結束返回。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經過，進入相應的中斷子程序，將存儲車流量的計數器加1，然后中斷結束返回。

3 各控制模塊

3.1 車檢測模塊

本設計采用視頻圖像的車流量檢測，基本思想是視頻圖片中每條車道上設置一個固定區域作為虛擬的檢測線，對該區域內圖像進行處理，完成對車輛信息的獲取，車流量檢測工作原理圖和車流量檢測圖分別如圖3和圖4所示。

3.2 信號燈模塊

信號燈用來顯示車輛通行狀況，對于一個十字路口，每個路口的信號的的轉換順序為：綠——>黃——>紅，綠燈的最短時間為20秒，最長時間為40秒，紅燈最短時間為25秒，最長時間為45秒，黃燈時間為5秒。

3.3 時間顯示模塊

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

3.4 緊急轉換模塊

當有特殊車輛(如119、120)急需通行時，文中設計了緊急通行開關，當特種車輛到來時能自動關閉所有綠燈，讓特種車輛通過。設計中特種車輛可采用紅外線發生器為發信器，用實時中斷來響應特種車的通行要求。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的性質。紅外遙控接收電路原理框圖如圖7。

3.5 違規檢測電路及模擬

在紅燈和黃燈期間，車輛是禁行的，為了對那些違反規則的車輛進行檢測，可使用超聲波車輛傳感器。但是，用于受到條件的限制，本系統設計中只是使用了普通光敏二極管。

4 結束語

基于單片機的多功能交通燈控制系統充分利用AT89S52單片機芯片的功能，提高了系統的可靠性和穩定性，系統設計簡便、實用性強、操作簡單、程序可靠，實現了各種情況下交通燈的正常指示和倒計時功能，應用此系統可簡便靈活地通過遙控的方式調整十字路口的控制參數，使緊急車輛及時順利通過，更重要的是本系統在此過程中還很好的完成了對交通燈的故障檢測，有較強的實際應用價值。