林紀(jì)言 吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院

基于AT89C51單片機(jī)的路口交通信號燈控制設(shè)計(jì)

林紀(jì)言 吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院

該路口交通信號燈控制系統(tǒng)以美國Atmel公司生產(chǎn)的51單片機(jī)為控制核心，配合使用數(shù)碼管、紅黃綠三種發(fā)光二極管、反相器等多種電子軟件，該設(shè)計(jì)不僅可以控制路口的通行狀態(tài)，也可以是對于車輛的車速進(jìn)行測量，適用于不同環(huán)境下的交通控制。

AT89C51 速度測量 交通信號燈 keil proteus

引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，道路上的汽車也越來越多，隨之而來的交通環(huán)境越來越惡劣，道路的擁擠現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，尤其在北京等大城市的路口，在高峰時(shí)間段擁擠更為嚴(yán)重。根據(jù)調(diào)查我國的大多數(shù)城市依然采用定周期的交通信號裝置，在日常運(yùn)行中，不論什么時(shí)間段，信號燈都是按照相同的周期進(jìn)行交替變換，這種單一的設(shè)計(jì)往往會(huì)浪費(fèi)較多的社會(huì)資源。所以，改變傳統(tǒng)信號燈的控制模式，使用周期可調(diào)節(jié)的新型交通信號燈會(huì)更快速有效地改變道路現(xiàn)狀，提高道路利用率。

微控制器（Micro Controller Unit，MCU）即單片機(jī)是指把組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能的部件（中央處理單元、隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、計(jì)數(shù)器等）集成在一塊微型電子芯片上，由于單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)較小故常用于一些控制裝置當(dāng)中。

一、信號燈功能分析

圖1

表1

交通信號燈主要用于城市道路交叉口，用于疏導(dǎo)交通車流，提高城市公共交通資源的利用率。該設(shè)計(jì)（如圖1）①②共有四個(gè)狀態(tài)（如表1），實(shí)際顯示電路（圖2）。

二、狀態(tài)流程

首先，X區(qū)顯示綠燈亮起60秒，此時(shí)X1和X2區(qū)車輛通行，Z1和Z2區(qū)車輛停車等待；當(dāng)X區(qū)顯示黃燈亮起時(shí)，提醒X1和X2區(qū)此時(shí)已超過停止線的車輛快速通過，Z1和Z2區(qū)車輛依舊停車等待；5秒后X區(qū)紅燈亮起并持續(xù)60秒，該狀態(tài)下X1和X2區(qū)車輛禁止通行，此時(shí)Z區(qū)為綠燈狀態(tài)，Z1和Z2區(qū)域內(nèi)車輛正常通行。當(dāng)Z區(qū)顯示黃燈亮起的時(shí)候，則Z區(qū)已超過停止線的車輛快速通過，此時(shí)X1和X2區(qū)車輛停止等待，一個(gè)周期結(jié)束，之后重復(fù)此流程。

三、硬件設(shè)計(jì)

（一）主要器件為51單片機(jī)，按照芯片半導(dǎo)體制造工藝來劃分，可以分為HMOS工藝性和CHMOS工藝型，在這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用CHMOS型AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)是一種可編程可擦除的只讀存儲器單片機(jī)，具有低耗能的特點(diǎn)。

單片機(jī)的最小系統(tǒng)（圖3）即能然單片機(jī)工作的最基本元件所構(gòu)成的系統(tǒng)，單片機(jī)的最小系統(tǒng)通常由復(fù)位電路與時(shí)鐘脈沖電路構(gòu)成，現(xiàn)在常見的單片機(jī)芯片（如MCS-51）的工作頻率為0～24MHz，我們通常會(huì)接上由一個(gè)晶振和兩個(gè)電容所組成的振蕩電路到18、19號引腳來為單片機(jī)傳輸一段脈沖信號使單片機(jī)能夠正常工作。復(fù)位電路主要由一個(gè)電解電容構(gòu)成，將其連接至第九號復(fù)位引腳（Reset），再次引腳鏈接高電平超過2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位動(dòng)作，使整個(gè)系統(tǒng)能夠重新運(yùn)行。

（圖2）

（二）采用紅黃綠三色led燈和7段共陰極數(shù)碼管作為輸出顯示器件，由于X1和X2區(qū)永遠(yuǎn)為同一組輸出狀態(tài)，Z1和Z2區(qū)永遠(yuǎn)為同一組輸出狀態(tài)，我們?yōu)榱私档途幊虖?fù)雜度，則我們將同種輸出狀態(tài)的兩組信號燈接在同一I/O口。

（三）鍵盤模塊能夠?qū)τ谥芷跁r(shí)間進(jìn)行更改，選擇（Select）鍵能夠選中不同的倒計(jì)時(shí)數(shù)字，加（Plus）鍵能夠增加時(shí)間，減（Minus）鍵按下即可減少倒計(jì)時(shí)時(shí)間從而減少等待時(shí)間，當(dāng)全部設(shè)置完畢時(shí)按下退出（Quit）鍵即可恢復(fù)到正常運(yùn)行模式。

鍵盤去抖，由于在我們按下按鍵等待彈回的時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大約一段10～20ms的抖動(dòng)，這種抖動(dòng)會(huì)明顯地影響系統(tǒng)的可靠性，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們在每個(gè)按鍵上并聯(lián)一個(gè)電容，根據(jù)計(jì)算假設(shè)抖動(dòng)的時(shí)間為20ms，則可得出C的值在2.8uF到5.6uF之間。

四、軟件設(shè)計(jì)

由于C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言，并且C語言具有可讀性好，移植容易的優(yōu)點(diǎn)，所以在路口交通信號燈控制程序的設(shè)計(jì)中，采用了C語言進(jìn)行編寫。文件中包含了初始化函數(shù)、顯示函數(shù)以及延時(shí)等子模塊，由主程序直接調(diào)用各個(gè)子模塊來實(shí)現(xiàn)紅黃綠三色信號燈的周期變換以及7段數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)功能，在正常狀態(tài)下，通過周期性調(diào)用延時(shí)子程序來實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間。

五、設(shè)計(jì)流程

首先使用keil軟件對交通燈控制程序進(jìn)行編寫，之后運(yùn)行程序無誤后編譯生成.hex格式文件，打開Proteus軟件，選取所需元器件并按照設(shè)計(jì)要求排列元器件，繪制電路板（圖3）。

（圖3）

六、電路仿真

檢查電路連接無誤后，將編譯生成的.hex文件燒寫到Atmel公司的C51單片機(jī)中，運(yùn)行信號燈控制系統(tǒng)（圖4）并觀察在一個(gè)周期（I～I(xiàn)V）內(nèi)的交通信號燈及倒計(jì)時(shí)顯示裝置運(yùn)行狀態(tài)是否正常，按下設(shè)置按鈕調(diào)節(jié)每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間，再次觀察電路運(yùn)行是否穩(wěn)定。

（圖4）

七、結(jié)語

最后通過多次運(yùn)行，該設(shè)計(jì)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，并且由于使用單片機(jī)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，只需要對其運(yùn)行程序的部分語句進(jìn)行重新編寫就能夠修改各個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)信號燈控制系統(tǒng)的維護(hù)與升級，大大節(jié)省了日常維護(hù)的費(fèi)用。

注釋：

① X1與X2因?yàn)樾盘枲顟B(tài)相同簡記為X區(qū)，同理，Z1與Z2記為Z區(qū)。

②R表示紅燈，Y表示黃燈，G表示綠燈。

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林紀(jì)言（1995-），吉林長春人，主要研究方向?yàn)殡娮与娐吩O(shè)計(jì)與數(shù)字通信技術(shù)。