于希辰

摘 要：本文使用AT89C51單片機進行交通控制系統(tǒng)的設(shè)計，對十字路口車輛運行進行管理控制，不僅可實現(xiàn)紅、綠、黃三色信號燈的顏色切換，倒計時控制，又可根據(jù)實際路況需要，對通行時間進行調(diào)整，如緊急停止等，該系統(tǒng)較好地解決了交通十字路口車輛通行管控問題。

關(guān)鍵詞：單片機 交通燈 數(shù)碼管

中圖分類號：TP368.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0039-02

近年來，隨著工業(yè)社會生產(chǎn)水平的發(fā)展，國民生活質(zhì)量有較大提高，擁有私家車數(shù)量逐步上升，但隨著我國汽車擁有量的提高，道路擁堵問題也愈發(fā)嚴重，這給我國的交通運輸系統(tǒng)帶來較大壓力。因此，在現(xiàn)代社會中，如何根據(jù)各交通十字路口車流量對各個路口的車輛通行進行高效的管理控制，以此提高交通運輸效率成為社會發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

1 基于單片機的數(shù)顯交通燈功能分析

為對十字路口交通進行合理而有效的控制，本文設(shè)計的數(shù)顯交通燈系統(tǒng)需具備以下3種功能：（1）在十字路口進行控制時，能夠?qū)崿F(xiàn)紅、綠、黃3種顏色信號燈的顏色切換顯示，以此來提示各個方向汽車進行直道通行、停止通行或轉(zhuǎn)彎；系統(tǒng)應(yīng)用七段數(shù)碼管進行時間顯示，對直道通行、停止通行或轉(zhuǎn)彎時間進行倒計時顯示，提示各路口汽車通行時間。（2）當(dāng)路口遇到緊急狀況，按下緊急按鈕，使東西南北所有路口信號燈變?yōu)榧t色，七段數(shù)碼管停止時間倒計時，提示各路口車輛停止運行，便于處理十字路口發(fā)生的緊急狀況。（3）當(dāng)東西南北某一方向車流量較大，容易發(fā)生擁堵時，按下按鍵，人工調(diào)節(jié)各方向通行或停止時間，達到提高道路通行效率的目的。如能夠?qū)崿F(xiàn)所述的這三種基本功能，則本文所設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足各路口的交通控制需求，有效地對汽車通行狀況進行管理控制。

2 基于單片機的數(shù)顯交通燈設(shè)計

為實現(xiàn)上文列出的十字路口交通控制三項基本功能，系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為交通燈控制設(shè)計的核心模塊。在系統(tǒng)設(shè)計的過程中，需要對系統(tǒng)進行硬件和軟件兩個方面的設(shè)計，設(shè)計完成后，為使人工管理控制更加方便快捷，還需對設(shè)計好的系統(tǒng)進行仿真，以便于程序的調(diào)整管控。下文將分別對硬件設(shè)計、軟件設(shè)計以及系統(tǒng)仿真這幾個方面進行介紹。

2.1 單片機數(shù)顯交通燈硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計包括復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、七段數(shù)碼管顯示電路、紅綠黃信號燈顯示電路等組成。各電路的作用如下：（1）復(fù)位電路。當(dāng)單片機無法正常運行程序，或在運行出現(xiàn)錯誤，可使用復(fù)位電路，使單片機恢復(fù)到最初的設(shè)定狀態(tài)。此電路便于人員對控制系統(tǒng)進行調(diào)試糾正，防止系統(tǒng)出現(xiàn)死機無法恢復(fù)的狀況。（2）晶振電路。單片機為了正常工作需要一個穩(wěn)定的，高頻率的脈沖，因此，在使用單片機時需要用到晶體振蕩器。本文所使用的單片機AT89C51的XTAL1、XTAL2引腳需要連接晶體振蕩器，同時還需在晶體振蕩器兩端并聯(lián)上兩個電容，這兩個電容均為30pF，對于晶體振蕩器有微調(diào)的作用，震蕩頻率為12MHz。（3）按鍵電路。當(dāng)東西南北某一路口車流量較大或較少時，需要對該方向的通行時間進行延長或減少，控制人員通過按鍵電路操作，對七段數(shù)碼管顯示的時間進行增加或減少，以此達到管控通行時間，控制路口車流量的目標(biāo)。（4）七段數(shù)碼管顯示電路。采用4個兩位共陰極數(shù)碼管，單片機AT89C51中P3.4、P3.5、P3.6、P3.7作為東西南北4個數(shù)碼管的位選端，當(dāng)P3.4、P3.5、P3.6、P3.7中某一端口有輸出信號時，與之相連接的兩位共陰極數(shù)碼管被選中，開始進行倒計時工作；P1.0～P1.7這8個端口作為4個數(shù)碼管的輸入控制端口，用于點亮七段數(shù)碼管進行時間倒計時顯示。該倒計時功能不僅可進行直道通行的倒計時控制，也可進行車輛拐彎的倒計時控制。（5）紅綠黃信號燈顯示電路。硬件電路中，紅、綠、黃三色信號燈作為一組，本系統(tǒng)一共使用4組紅綠黃信號燈，分別表示南北方向直行控制、南北方向拐彎控制、東西方向直行控制、東西方向拐彎控制。系統(tǒng)通過AT89C51單片機中P0、P2端口對紅綠黃信號燈進行點亮控制，其中P0口控制南北方向的拐彎和直行，P2口控制東西方向的拐彎和直行。以此實現(xiàn)交通路口紅、綠、黃燈顏色切換，控制車輛的直行拐彎停止。

2.2 單片機數(shù)顯交通燈軟件設(shè)計

本文數(shù)顯交通燈系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn)功能可分為以下幾個階段：第一階段：啟動程序，南北方向數(shù)碼管字符顯示40s，東西方向數(shù)碼管字符顯示60s，并開始倒計時；南北方向直行綠色信號燈亮拐彎紅色信號燈亮，提示交通十字路口南北方向直道行駛，而東西方向直行和拐彎紅色信號燈亮，提示東西方向禁止通行，七段數(shù)碼管進行36s倒計時，當(dāng)南北方向數(shù)碼管顯示字符為4s，東西方向七段數(shù)碼管顯示字符為24s時，本階段狀態(tài)結(jié)束，進入第二階段。第二階段：南北方向直行黃色信號燈亮拐彎信號燈為紅色，東西方向直行和拐彎紅色信號燈亮，提示南北方向直道緩慢行駛，東西方向仍保持禁止通行狀態(tài)，此階段中南北方向數(shù)碼管進行4s倒計時，當(dāng)南北方向七段數(shù)碼管顯示字符為0s，東西方向七段數(shù)碼管顯示字符為20s時，該階段狀態(tài)結(jié)束，進入第三階段。第三階段：南北方向拐彎綠色信號燈亮，而南北方向直行紅色信號燈亮，東西方向直行和拐彎的信號燈仍為紅色，表明南北方向此刻車輛可拐彎但禁止直行，東西方向禁止通行。系統(tǒng)剛進入本階段時，南北方向七段數(shù)碼管顯示字符由第二階段最后的0s切換為20s，東西方向七段數(shù)碼管顯示字符為20s，系統(tǒng)開始進行20s倒計時，倒計時結(jié)束時，南北方向和東西方向七段數(shù)碼管顯示字符均為0s，則該階段結(jié)束，進入第四階段。第四階段：南北直行和拐彎紅色信號燈全亮，東西方向直行綠色信號燈亮拐彎紅色信號燈亮，提示車輛南北方向禁止通行，東西方向直行。南北方向七段數(shù)碼管在剛進入第四階段時顯示字符為60s，東西方向顯示字符為40s，開始進行36s倒計時，當(dāng)東西方向數(shù)碼管顯示字符為4s，本階段狀態(tài)結(jié)束，進入第五階段。第五階段：東西方向直行黃色信號燈亮拐彎信號燈為紅色，南北方向直行和拐彎紅色信號燈亮，提示東西方向直道緩慢行駛，東西方向數(shù)碼管進行4s倒計時，當(dāng)東西方向七段數(shù)碼管顯示字符為0s，該階段狀態(tài)結(jié)束，進入第六階段。第六階段：東西方向拐彎綠色信號燈亮，而東西方向直行紅色信號燈亮，南北方向直行和拐彎的信號燈仍為紅色，表明東西方向此刻車輛可拐彎但禁止直行，南北方向禁止通行。系統(tǒng)剛進入本階段時，東西方向七段數(shù)碼管顯示字符由第二階段最后的0s切換為20s，南北方向七段數(shù)碼管顯示字符為20s，系統(tǒng)開始進行20s倒計時，倒計時結(jié)束時，南北方向和東西方向七段數(shù)碼管顯示字符均為0s，則該階段結(jié)束，又循環(huán)進入第一階段。

程序包括顯示子程序，中斷子程序，延時子程序。顯示子程序使7段數(shù)碼管進行倒計時顯示，通過LED倒計時情況，利用AT89C51單片機的程序控制P0、P2口取值。其中09H表示紅燈全亮，0AH表示直道行駛黃燈，拐彎紅燈，0CH表示直道行駛綠燈，拐彎紅燈，21H表示直道行駛紅燈，拐彎綠燈；當(dāng)外部出現(xiàn)緊急狀況時，中斷子程序令所有路口信號燈變?yōu)榧t色，所有車輛停止運行；當(dāng)某一方向出現(xiàn)擁堵，延時子程序使該方向通行時間延長。

2.3 單片機數(shù)顯交通燈仿真

本文采用Proteus軟件對系統(tǒng)進行仿真，方便技術(shù)人員對于軟件硬件的監(jiān)測管理。系統(tǒng)剛啟動時南北數(shù)碼管顯示時間40s，東西數(shù)碼管顯示時間60s，仿真情況如圖1所示，可實現(xiàn)東西南北4個路口車輛的直行拐彎停止控制，如遇緊急情況按下急停按鍵所有信號燈變?yōu)榧t色。Proteus仿真顯示本文所設(shè)計的基于AT89C51單片機數(shù)字交通燈系統(tǒng)能夠基本實現(xiàn)交通路口車輛的管控。

3 結(jié)語

本文通過單片機對道路交通進行控制，使車流量的管控效率得到提高。但本系統(tǒng)使用人工按鍵方式實現(xiàn)道路通車時間延長，在今后的設(shè)計中，可結(jié)合路況檢測系統(tǒng)，根據(jù)擁堵情況實現(xiàn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)通車時間，進一步提高管控車流量的效率。

參考文獻

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