孫鵬 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的智能交通燈控制器的設(shè)計

孫鵬 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本文主要設(shè)計了基于單片機(jī)的智能交通燈控制器。本文設(shè)計的系統(tǒng)功能包括了交通燈控制功能、交通信號燈檢測故障以及現(xiàn)場實時控制等功能，通過該系統(tǒng)可以起到實現(xiàn)交通燈可靠性、智能化以及實用性的目的，同時還可以增強(qiáng)交叉口的通行能力。

智能交通燈 單片機(jī) 檢測故障

以往我們所用到的交通信號燈所采用的方法主要是獨立控制各路口以及定周期控制，但是這種傳統(tǒng)方法目前不能滿足我國的交通現(xiàn)狀。因此面對這種社會的需求，我們需要做到的是提高道路條件，另外還需要增強(qiáng)管理水平以及相關(guān)的交通控制，從而通過有效的交通設(shè)施，將交通管理控制發(fā)揮到極致，進(jìn)而在一定程度上提高道路的有效利用率。現(xiàn)今我國的交通路燈控制對可靠性、安全性以及便捷性方面有了很大的需求。

1 論證交通燈控制系統(tǒng)

現(xiàn)今我國一般選擇了固定周期的方式控制城市的交叉口信號燈，這種方式導(dǎo)致的結(jié)果是交通流量五河和控制信號相互適應(yīng)，而且當(dāng)發(fā)生了緊急的問題的時候，是很難得到相關(guān)的處理的。智能交通燈控制系統(tǒng)的實現(xiàn)除了涉及到單片機(jī)之外，還涉及到了通過PC機(jī)實時控制交通燈以及交通燈檢測故障等等，本文設(shè)計的系統(tǒng)交通燈故障檢測選擇的是電壓檢測法以及電流檢測法，該方法實現(xiàn)了系統(tǒng)可靠性的增強(qiáng)。單片機(jī)選擇的型號是AT89S52，該單片機(jī)是CMOS8位微控制器中的一種，其特點是功耗低、性能高，而且Flash存儲器就達(dá)到了8K。而且該Flash上可以實現(xiàn)在系統(tǒng)對程序進(jìn)行編程，十分適合在常規(guī)的編程器中，而且該芯片在很多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)控制交通燈的紅、黃、綠燈的點亮以及熄滅的時間是由系統(tǒng)中的定時器實現(xiàn)的，還能夠完成路燈的時間設(shè)定以及控制信號的接收。該控制系統(tǒng)選擇單片機(jī)，方便調(diào)試，同時也提供了簡單的設(shè)計，另外控制信號的輸出是通過外部接口實現(xiàn)的。單片機(jī)的采購成本也比較低，另外單片機(jī)的體積也比較小，但是單片機(jī)的運算能力很強(qiáng)。定時器在向CPU發(fā)送信號的過程中是通過中斷的方式實現(xiàn)的，CPU的響應(yīng)比較短，同時系統(tǒng)的功能損耗也比較低。輸入輸出信號的控制操作時通過單片機(jī)實現(xiàn)的，通燈亮滅的時間設(shè)置以及燈的選擇情況都是通過單片機(jī)控制的，大大地提高了系統(tǒng)的效率。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

按照上面所介紹的方案可以知道該系統(tǒng)的控制核心是單片機(jī)，控制方式擇選串口方式進(jìn)行，交通信號的展現(xiàn)需要借助于鎖存器這個部件，完成發(fā)射器的紅外信號接收需要借助于紅外接收模塊，另外系統(tǒng)里面的模塊還涉及到了實時調(diào)整交通燈以及檢測故障模塊。假如有信號燈形成故障的時候，系統(tǒng)就會給出相應(yīng)的警告提示信息內(nèi)容，在一定程度上講十分有利于系統(tǒng)的可靠性提高。本文的硬件組成部分主要有串口通信模塊、單片機(jī)控制系統(tǒng)、紅外遙控接收模塊、信號燈檢測模塊以及信號燈顯示模塊等。本文設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.1 單片機(jī)連接電路

AT89S52型號的單片機(jī)中的P0口的主要目的是顯示交通信號燈以及LED倒計時器，紅外遙控的控制采用的是中斷的方式，尤其是為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定性而加入了“看門狗”電路。

2.2 LED顯示以及交通燈顯示模塊

在交通信號燈進(jìn)行驅(qū)動部分設(shè)置目的是為了附加功率驅(qū)動電路，電路實現(xiàn)圖如圖3所示。輸出顯示控制口擇選的為P0，P0端口會利用鎖存芯片里面的控制信號，進(jìn)一步確定倒計時器在工作中不會出現(xiàn)意外，而且交通燈正常工作。功率驅(qū)動電路如圖2所示。

2.3 串口通信模塊

該模塊的主要作用是區(qū)域控制交通信號，同時完成PC機(jī)以及單片機(jī)之間的相互通信，該模塊中還包括了通訊接口電路。

圖2 功率驅(qū)動電路

圖3 紅外遙控電路原理框圖

2.4 交通燈故障檢測模塊

假若交通燈的連接線路中有斷路或者短路現(xiàn)象發(fā)生，從而造成了交通燈熄滅，這個時候就要采取自動檢測的措施，檢測的實現(xiàn)需要借助于故障檢測模塊。單片機(jī)借助于串口向控制中心發(fā)送故障信號，從而確保系統(tǒng)可以穩(wěn)定地運行。輸入檢測的組成部分包括了74LS245以及5212光電隔離，脈沖的獲得是通過74LS245實現(xiàn)了，當(dāng)有故障產(chǎn)生的時候，則脈沖就不會出現(xiàn)。本系統(tǒng)的故障檢測方法選擇的是電壓檢測法以及電流檢測法。

2.4.1 電流檢測法

當(dāng)線路有斷路的情況產(chǎn)生的時候或者是當(dāng)LED燈出現(xiàn)損壞的時候，交通燈的運行就會出現(xiàn)錯誤，當(dāng)選擇電流的檢測法進(jìn)行故障檢測的時候，故障的判斷是通過R150的電流實現(xiàn)的。

2.4.2 電壓檢測法

假若當(dāng)可控硅有問題形成時，交通燈十分容易出現(xiàn)錯誤，通過對R26兩端的電壓進(jìn)行檢查，能夠更好地了解可控硅的損壞情況。

2.5 紅外遙控模塊設(shè)計

要完成全部方向的信號燈擇選以及相關(guān)的急車強(qiáng)通等功能。本系統(tǒng)使用的芯片是SC9012，紅外線接收器用到的中心頻率是50kHz的NJL41V30，此器件里面附帶著紅外線的PIN接收管以及Modem和選頻放大器。當(dāng)發(fā)射器的按鍵是被相應(yīng)鍵按下的時候，接收器輸出的電平是高電平，將或非門與單片機(jī)的控制器進(jìn)行連接，從中斷服務(wù)程序中檢測出所按下的是哪種狀態(tài)的按鍵，進(jìn)而實現(xiàn)中斷服務(wù)。紅外遙控電路原理框圖如圖3所示。

圖4 軟件設(shè)計的流程圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計選擇了單片機(jī)，編程語言選擇的是C語言，同時可讀性強(qiáng)，而且有很好的可移植性。設(shè)計程序設(shè)計中交通燈的工作情況，選擇的是定時器0中斷。同時對于例外的車輛通行時間的控制需要用到定時器1中斷實現(xiàn)的，特殊車輛通行需要用到外部中斷INT0。特殊車輛中斷響應(yīng)以及緊急中斷所花費的時候比較短。車流量控制中斷的響應(yīng)是在下一個循環(huán)的時候開始的，目的是盡量防止了突發(fā)的紅綠燈出現(xiàn)異常。軟件設(shè)計的流程圖如圖4所示。

本文設(shè)計的智能交通燈控制器選擇的方法是交通流時間分割，控制參數(shù)選擇的是1周7天，按照每一個道路的交叉口中的交通流的分布情況，把一天的時間設(shè)置成12個時段，其中時段是允許不等，另外每個時段還能夠拆分為4個相位階段，根據(jù)時間的不同，可以把交叉口的車流分離，從而形成南北以及東西等十字路口，同時每一個干道的組成部分包括了紅、黃以及綠等三種顏色，車輛的安全通行需要借助于指示燈以及倒計時器、紅、綠燈的指示，進(jìn)而減少出現(xiàn)和交通流之間的沖突。選擇這個方法，將目前的道路的寬度以及相關(guān)的通行能力充分地進(jìn)行了展示，在很大程度上確保了交通流動的連續(xù)性，而且還盡量避免了交通的延誤。此外用戶可以借助PC機(jī)設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，進(jìn)而可以和多個路口保持協(xié)調(diào)的作用，如果有緊急的情況發(fā)生時，就可以借助紅外遙控完成通行控制，最終增強(qiáng)系統(tǒng)的智能性。

結(jié)語：該系統(tǒng)大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且設(shè)計的實用性強(qiáng)，程序可靠同時易操作，功能包括了交通燈的指示以及倒計時。通過該系統(tǒng)能夠很方便地控制交通路口的參數(shù)，可以提高緊急車輛通過的效率，而且在這個過程中實現(xiàn)了交通燈的故障檢測，具有很多的實用價值。

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