摘要：通過設計以8051單片機為核心的交通燈系統(tǒng)，提高學生學習電子專業(yè)知識的興趣和動手能力。為了調動學生學習電子專業(yè)知識的興趣、提高學生動手實踐能力以及團隊合作意識，特意設計了基于單片機的交通紅綠燈系統(tǒng)。作品除具有普通交通信號燈的功能外，還附加了語音提示功能和按鍵調整功能，并通過現場調研和實驗驗證得出最佳配時方案。經測試，該設計符合題目要求，整體性能良好，各項指標達到預期結果，證明了模擬交通燈系統(tǒng)的正確性與可行性。系統(tǒng)的主體部分由教師設計，具體的電路焊接由教師輔導學生完成。

關鍵字：單片機、交通燈系統(tǒng)設計、交通控制

中圖分類號：TN7 文獻標示碼：A

一、城市街道交通現狀

交通運輸對經濟和社會的發(fā)展有著深遠的影響，一個通行良好的交通運輸系統(tǒng)是一個國家經濟發(fā)展得以進行的必要條件。然而隨著社會的發(fā)展，城鎮(zhèn)道路建設由于歷史等各種原因相對滯后，特別是街道各十字路口，更是成為交通網中通行能力的“隘口”和交通事故的“多發(fā)源”。

二、交通燈四種通行模式和交通規(guī)則

在帶領學生多次對路口的流通量進行考察后，將系統(tǒng)的信號設為四個基本相位模式，系統(tǒng)將依照這四種模式循環(huán)執(zhí)行。

模式1：南北向車輛直行，南北向行人通行。

模式2：東西向車輛直行，東西向行人通行。

模式3：南北向左轉、右轉，行人禁行。

模式4：東西向左轉、右轉，行人禁行。

假設南北方向為主干道，表示為A道；東西方向為次干道，表示為B道，A車道與B車道交叉組成十字路口，兩車道輪流放行33s，其中綠燈常亮30s，黃燈常亮3s(用于警告)。

三、系統(tǒng)硬件設計

硬件設計是整個系統(tǒng)的基礎，要考慮的方面很多，除了實現交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性；③ 軟件編程的易實現性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標。硬件設計至關重要，現從各功能模塊的實現逐個進行分析。

1、總體設計

單片機是整個硬件系統(tǒng)的核心，控制整個系統(tǒng)的運行。行車方向指示采用雙色LED發(fā)光管，可用紅綠兩種顏色來指示禁止或放行，雙數碼管實現倒計時計數功能。。

2、主體功能及電路實現

系統(tǒng)采用DTMF編/解碼技術，選用DTMF編/解碼芯片MT8880。主體電路如圖1所示。

圖1 主體電路

單片機8051負責控制MT8880收發(fā)數據和驅動繼電器SSR。雙音多頻收發(fā)芯片MT8880負責信號的解碼調制。電阻R1、R2和三極管VT1組成放大電路，把雙音多頻收發(fā)器MT8880輸出的雙音多頻信號進行放大，發(fā)送到總線上。R3、VT2是電子開關，當不發(fā)送雙音多頻信號時，VT2截止，使VT1截止，總線處于高阻狀態(tài)。

3、通行指示及實現

每個路口選用16只雙色LED發(fā)光管來模擬左、右拐、直行及行人通行等指示燈，以及4只黃色LED發(fā)光管用于換行警告。綠色表示通行，紅色則表示禁止通行。電路設計簡潔，編程方便。

用發(fā)光二極管模擬交通信號燈，用P0口輸出控制信號，其中P0.0控制A車道的直行、人行燈；P0.1控制A車道的左右轉燈；P0.2控制B車道的直行、人行燈；P0.3控制B車道的左右轉燈；當輸出低電平時，綠信號燈亮；高電平時紅信號燈亮。P0.4控制黃燈，輸出低電平時，信號燈亮；反之，信號燈滅。

4、倒計時計數功能及其實現

每個路口有4 個兩位的LED 數碼管用于顯示倒計時功能，它們分別放置在路口的四個方向。因為四個方向的數碼管顯示的內容相同，所以我們可以把它們當成同一模塊用兩根信號線控制，就是說，將4個數碼管個位（把數碼管第二位定義為個位，第一位定義為十位）用一根信號線控制，十位用另一根信號線控制。數碼管顯示的數值從紅燈的設置時間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到1；然后又從綠燈的設置時間最大值往下減，一直減到1；接著便是黃燈，然后又顯示綠燈時間，動態(tài)循環(huán)顯示。

5、LED相關原理

LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是將電轉化為光的固態(tài)半導體器件。一端是負極，另一端連接正極的半導體晶片是LED的核心裝置，它被環(huán)氧樹脂封裝起來。由一個P型半導體和一個N型半導體組成“P-N結”的半導體晶片。當有電流通過時，電子被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子和空穴復合，之后就會以光子的形式發(fā)光。光的顏色由P-N結的材料決定。數碼管簡介數碼管是由發(fā)光二極管組成的半導體發(fā)光器件，分為七段和八段數碼管。

四、交叉路口及交通信號控制概論

城市交通網絡由大量的平面交叉路口匯集而成。我們有必要采取某些控制方法，合理分配通行權才能使車輛安全的通過交叉路口。為保證車輛和行人的通行安全，必須是發(fā)生沖突的車流和人流在時間上和空間上分離。我們按道路條數不同把平面交叉路口分為三路交叉、四路交叉、多路交叉，按交叉情況分為T形、Y形、十字形、X形，環(huán)形和多路交叉型等。本設計從現實生活考慮，以生活中最常見的十字形交叉口為例進行設計和研究，十字形交叉口簡單明了而又極具代表性，能夠充分反映現代交通信號自動控制系統(tǒng)在交通運行中的作用和實際效果，它是研究其他類型交通交叉口的一個前提，為進一步的研究做了很好的準備，此路口也在論證上極具說服力，所以我們僅選擇十字形交叉口為研究對象。

五、模擬交通燈的主要功能：

1、、倒計時，采用2HZ中斷精確實現了秒表倒計時。

2、、數碼顯示，2位7段數碼管循環(huán)顯示倒計時，由IOB口低八位控制數碼管段選，IOB11和IOB12口控制位選。通過設定標志位flag_c為零時正常顯示。當flag_c為非零時可進入緊急狀態(tài)或調整狀態(tài)，并調用相應顯示程序。

3、、語音播報，采用大容量SACM_ S480播報程序，當單片機檢測倒計時顯示1時開

開始 自動播報溫馨語音提示，提醒行人和車輛注意安全，充分體現了S480強大的語音播報功能。

五、結束語

本次設計活動充分調動了學生的參與性與主動性，在考查學生基礎知識掌握情況的同時拓寬學生知識面，鍛煉學生動手能力，對激起學生學習電子專業(yè)知識的興趣有一定的積極作用，但是也暴露出學生動手實踐能力低下的缺點。作為職業(yè)學校的學生，實踐能力應該是其學習生涯的重點，但是學校、教師及學生都沒有重視這點，在今后的教學計劃中學校和教師應著重加強學生實訓能力的培養(yǎng)。

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