李 想，姜以濤

（1.陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，陜西 西安 710300；2.江蘇博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 無(wú)錫 214028）

基于一種微控制器的交通信號(hào)的控制方案

李 想1，姜以濤2

（1.陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，陜西 西安 710300；2.江蘇博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 無(wú)錫 214028）

根據(jù)現(xiàn)代城市交通控制與管理問(wèn)題的現(xiàn)狀，結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實(shí)情，闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案。

計(jì)時(shí)電路；主控電路；信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器；脈沖信號(hào)發(fā)生器

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，城市交通堵塞擁擠已成為越來(lái)越突出的問(wèn)題。交通信號(hào)控制的發(fā)展趨勢(shì)已從單交叉口孤立的“點(diǎn)控”模式逐漸發(fā)展成為干道上多個(gè)交叉口協(xié)調(diào)控制的“線控”模式和區(qū)域范圍內(nèi)若干個(gè)交叉口協(xié)調(diào)控制的“面控”模式。這種趨勢(shì)迫切需要有一種功能強(qiáng)大的交通信號(hào)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)。本文正是在這一背景下研制了一種基于AT89S52單片機(jī)的交通信號(hào)控制機(jī)。

1 方案的比較、設(shè)計(jì)與論證

1.1 電源提供方案

為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了2種電源方案：

（1）方案一。采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜。

（2）方案二。采用單片機(jī)控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。

經(jīng)綜合考慮，我們選擇方案二。

1.2 顯示界面方案

該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈?，我們考慮了3種方案：

（1）方案一。完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符，無(wú)法勝任題目要求。

（2）方案二。完全采用點(diǎn)陣式LED顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符、漢字、圖形等。

（3）方案三。采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣LED相結(jié)合的方法，因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看，并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

權(quán)衡利弊，方案三可互補(bǔ)方案一、二的優(yōu)缺點(diǎn)，我們決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。

1.3 輸入方案

題目要求系統(tǒng)能手動(dòng)設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，我們討論了2種方案：

（1）方案一。采用8155擴(kuò)展I/O口及鍵盤，顯示等。

該方案的優(yōu)點(diǎn)，是使用靈活可編程，并且有RAM及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O口，但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜。

（2）方案二。直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用 4 個(gè)按鍵，分別是 K1、K2、K3、K4。

由于該系統(tǒng)對(duì)于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的I/O口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。

2 理論分析與計(jì)算

對(duì)于一個(gè)交通路口來(lái)說(shuō)，能在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大的車流量，就算是達(dá)到了最佳的性能，我們稱在單位時(shí)間內(nèi)都能達(dá)到的最大車流為車流量，用公式：

車流量=車流/時(shí)間來(lái)表示。設(shè)定一些標(biāo)號(hào)如圖1所示。

圖1 標(biāo)號(hào)設(shè)定圖

說(shuō)明：此圖上邊為北路口燈，右邊為東路口燈，下邊為南路口燈，左邊為西路口燈。因此最終只需寫出一組 S1、S2、S3、S4 的邏輯狀態(tài)表。

3 電路設(shè)計(jì)圖與流程圖

圖3 流程圖

由于LED用來(lái)實(shí)現(xiàn)紅綠燈狀態(tài)，若直接接在單片機(jī)的口線，路口倒計(jì)時(shí)的顯示就不能實(shí)現(xiàn)。74LS04的作用是倒相和驅(qū)動(dòng)，其輸出的電流大約48mA，實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)足以滿足要求，而且發(fā)光管也能達(dá)到足夠的亮度。兩組發(fā)光管（一組紅、一組綠）由于反相器的作用，其邏輯狀態(tài)恰恰相反。電阻串聯(lián)的二極管的作用是為了分壓，防止因上下兩組發(fā)光管分壓不同導(dǎo)致邏輯的錯(cuò)誤，共4組分別代表東西南北4個(gè)方向的紅綠燈。

4 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

（1）當(dāng)電路連接完畢后，將寫好的測(cè)試程序刷寫到芯片內(nèi)，K1和K2分別給端口送高電平和低電平，通電即可檢測(cè)。

（2）數(shù)碼管的測(cè)試。將串口的和電路板上的接口連接，將寫好的測(cè)試程序刷寫到芯片內(nèi)。

（3）整體電路測(cè)試。系統(tǒng)上電，刷寫好程序即可開始測(cè)試，觀測(cè)一個(gè)周期（共計(jì)S1～S4的4個(gè)狀態(tài)，默認(rèn)60 s）燈的顯示狀態(tài)是否正常，同時(shí)觀察倒計(jì)的計(jì)數(shù)是否正常。

圖4 測(cè)試程序電路

5 部分核心程序

6 結(jié)束語(yǔ)

由于使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強(qiáng)大，而且可以隨時(shí)的更新系統(tǒng)，進(jìn)行不同狀態(tài)的組合。是值得在實(shí)際生產(chǎn)生活中廣泛采用的方案。

[1]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.

[2]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.

[3]何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.

[4]張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1990.

Micro-controller based on a Traffic Signal Controlling Program

LIXiang1,JIANG Yi-tao2
(1.Shan xi Institute of Technology，Electronics and Information Engineering，Xi'an 710300，China;2.Bosch Automotive Diesel Systems Co.,Ltd.,Wuxi Jiangsu 214028，China)

According to the modern urban traffic control and management of the status quo,with the actual situation of urban transport traffic light control system described in the working principle of a practical urban traffic light control system hardware design.

timing circuit；main control circuit；signal converters；pulse generator

TP273

B

1672-545X（2011）09-0078-02

2011-06-26

李 想（1981—），男，吉林白城人，助教，主要從事電子信息工程的教學(xué)與研究工作。