潘 琳

（鹽城工學(xué)院 電氣工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224001）

交通燈在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著非常重要的角色，是管理城市交通的重要工具。交通燈是由紅、黃、綠三種信號(hào)燈和一個(gè)顯示倒計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)器組成，在每個(gè)十字路口基本都有一套交通燈控制系統(tǒng)，對(duì)安全行車(chē)和車(chē)輛分流起著關(guān)鍵的作用。目前大多數(shù)的交通燈通行時(shí)間都是設(shè)定好的，其最大的缺點(diǎn)就是在高峰期和夜間的時(shí)候綠燈的最佳時(shí)間不能達(dá)到現(xiàn)實(shí)要求，因此車(chē)輛的分流也得不到最佳的分配，還有在一些緊急情況下，特殊車(chē)輛也不能做到最優(yōu)通行，這些問(wèn)題經(jīng)常會(huì)造成城市交通擁堵，通行效率低。為了對(duì)交通進(jìn)行合理的管理，研究了基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)。

本設(shè)計(jì)除了可以實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的基本功能，還可以通過(guò)按鍵調(diào)整主次干道的通行時(shí)間，設(shè)定緊急情況按鈕，允許緊急車(chē)輛強(qiáng)行通過(guò)，根據(jù)時(shí)間表對(duì)紅綠燈點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

1 系統(tǒng)總體功能描述

設(shè)十字交叉路口的交通干道為南北和東西兩個(gè)方向，其中南北方向?yàn)橹鞲傻?，東西方向?yàn)橹Ц傻?，各路口均有紅、黃、綠三種顏色的交通信號(hào)燈以及顯示通行/停止倒計(jì)時(shí)時(shí)間的數(shù)碼管。交通燈控制系統(tǒng)的功能如下：

（1）南北方向（主干道）每次通行的時(shí)間為40 s，而東西方向（支干道）每次通行的時(shí)間為30 s；在綠燈變成紅燈前，要求黃燈先亮5 s，綠燈才能變成紅燈，并且黃燈是每秒鐘亮一次。

（2）設(shè)置三個(gè)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)主干道和支干道的通行時(shí)間，第一個(gè)按鍵為模式按鍵，第一次按下是調(diào)節(jié)主干道的通行時(shí)間，第二次按下是調(diào)節(jié)支干道的通行時(shí)間，第三次按下是按剛剛重新設(shè)定的時(shí)間運(yùn)行，改變時(shí)間時(shí)四個(gè)方向紅燈均亮，還有兩個(gè)按鍵分別是增加和減少時(shí)間的按鍵。

（3）設(shè)計(jì)一個(gè)緊急狀況按鍵，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)，四個(gè)方向均為紅燈，只允許指定的車(chē)輛通行。

（4）有內(nèi)部24小時(shí)鐘，可以對(duì)交通燈點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)電路是由STC89C52單片機(jī)為控制核心，另外通過(guò)六個(gè)電路模塊實(shí)現(xiàn)功能，分別是最小系統(tǒng)模塊、按鍵控制模塊、電源模塊、時(shí)鐘模塊、交通信號(hào)燈顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊。硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 硬件設(shè)計(jì)框圖

2.1 最小系統(tǒng)模塊

單片機(jī)最小系統(tǒng)是由STC89C52單片機(jī)、復(fù)位電路和晶振電路組成，晶振頻率為11.0592MHz。

2.2 電源模塊

本系統(tǒng)需要有一個(gè)+5V的直流電源給各個(gè)模塊供電。從P1口輸入220V的交流電壓，經(jīng)過(guò)變壓器變?yōu)?5V的交流電壓，再利用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鳎?5V的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?～8V的波動(dòng)直流電壓，再經(jīng)過(guò)電容濾波后得到較為平穩(wěn)的直流電壓，經(jīng)LM7805穩(wěn)壓器把電壓穩(wěn)定在+5V，最后再經(jīng)過(guò)兩個(gè)電容濾波得到穩(wěn)定的+5V直流電源。

2.3 按鍵模塊

按鍵模塊由 K1、K2、K3、K4 四個(gè)按鍵組成，，K1、K2、K3用來(lái)調(diào)節(jié)通行的時(shí)間，K1按鍵第一次按下是改變主干道的通行時(shí)間，第二次按下是改變支干道的通行時(shí)間，第三次按下是按照剛剛重新設(shè)定好的時(shí)間運(yùn)行，調(diào)時(shí)間的時(shí)候紅燈亮禁止通行，還有兩個(gè)是增減時(shí)間按鈕，K2是增加時(shí)間，K3減少時(shí)間。K4是緊急模式按鍵，用來(lái)在出現(xiàn)突發(fā)狀態(tài)時(shí)，各路口都為紅燈，只讓特定的車(chē)輛通行。K1、K2、K3、K4分別與單片機(jī)的 P3.4、P3.5、P3.6、P3.7 相連。

2.4 時(shí)鐘模塊

本系統(tǒng)要對(duì)交通燈進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)，所以用了DS1302時(shí)鐘芯片。DS1302是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的內(nèi)部時(shí)鐘芯片，這種芯片功耗低、性能高，它可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，能完整地提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的信息，并且每個(gè)月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整。DS1302芯片有八個(gè)管腳，分別是 VCC1、VCC2、X1、X2、RST、SCLK、I/O 和 GND. 其中VCC1是后備電源，VCC2是主電源，X1和X2是芯片的兩個(gè)振蕩源，接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容，晶振的大小為32.768 kHz，電容大小為22pF，不同的晶振大小對(duì)系統(tǒng)的誤差也不一樣。RST為復(fù)位端，是通過(guò)RST為高電平來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有傳送的數(shù)據(jù)都初始化，DS1302芯片就可以運(yùn)行；當(dāng)RST為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)的傳送則會(huì)被終止。SCLK是時(shí)鐘輸入端，當(dāng)SCLK是低電平時(shí)，RST才能是高電平。I/O是串行數(shù)據(jù)輸入輸出端。

DS1302與單片機(jī)之間的通信，僅需3根線：復(fù)位（RST）、I/O 數(shù)據(jù)線、串行時(shí)鐘（SCLK），RST接單片機(jī)的P0.0，SCLK接P0.1，I/O接P0.2，由于P0口沒(méi)有上拉電阻，且當(dāng)P0口作為I/O口的時(shí)候，需要在P0口外接一個(gè)上拉電阻。

2.5 數(shù)碼管顯示模塊

在本系統(tǒng)電路中，數(shù)碼管的段碼線與單片機(jī)P1口相連，東西方向數(shù)碼管位選線十位與P3.0相連，個(gè)位與P3.1相連，南北方向數(shù)碼管位選線十位與P3.2相連，個(gè)位與P3.3相連。

為了讓數(shù)碼管的顯示更加明顯，需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，驅(qū)動(dòng)模塊是由4個(gè)NPN管和4個(gè)1K的電阻組成。三極管的發(fā)射極與數(shù)碼管的位選線相連，集電極接電源，基極通過(guò)電阻與單片機(jī)的P3.0～P3.3相連。

2.6 交通信號(hào)燈顯示模塊

交通信號(hào)燈顯示模塊如圖所示，采用紅、黃、綠三種LED燈來(lái)模擬十字路口的交通信號(hào)燈。東西方向紅燈D1（D7）、黃燈 D2（D8）、綠燈 D3（D9）分為接到單片機(jī)的 P2.0、P2.1 和 P2.2，南北方向紅燈 D4（D10）、黃燈 D5（D11）、綠燈D6（D12）分別接到 P2.3、P2.4 和 P2.5，該電路采用的是共陽(yáng)極接法，將所有的陽(yáng)極接到一起，通過(guò)一個(gè)1K的電阻與電源相連，當(dāng)P2口為低電平時(shí)二極管才會(huì)點(diǎn)亮。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在keil uvision4環(huán)境下編譯并調(diào)試程序，包括主程序模塊、按鍵掃描子程序模塊和定時(shí)器中斷子程序模塊。主程序控制東西南北方向的信號(hào)燈的時(shí)間以及數(shù)碼管的顯示。按鍵掃描子程序是通過(guò)按鍵改變數(shù)碼管的顯示時(shí)間和信號(hào)燈的狀態(tài)。定時(shí)器中斷子程序是實(shí)現(xiàn)1s定時(shí)。主程序流程圖如圖2。

4 硬件調(diào)試

交通燈控制系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖3所示。實(shí)物上電后顯示的是東西方向綠燈亮同時(shí)南北方向紅燈亮。外設(shè)有四個(gè)按鍵來(lái)改變交通燈顯示的狀態(tài)，第一個(gè)按鍵K1為設(shè)置按鍵，第一次按下可以改變南北方向即主干道的通行時(shí)間。第二次按下K1可以改變東西方向即支干道的通行時(shí)間。第三次按下K1鍵就是按照剛剛設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行運(yùn)行。K2是增加時(shí)間的按鍵，K3是減少時(shí)間的按鍵。調(diào)節(jié)通行時(shí)間時(shí)，四個(gè)方向均為紅燈顯示。K4是緊急狀況按鍵，是用在突發(fā)狀態(tài)時(shí)，按下去之后，四個(gè)方向均為紅燈，只允許指定的車(chē)輛如救護(hù)車(chē)、消防車(chē)、警車(chē)等通過(guò)。

圖2 主程序流程圖

圖3 智能交通燈控制系統(tǒng)實(shí)物圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能交通燈控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的交通狀況，靈活的調(diào)節(jié)主次干道的通行時(shí)間，以及對(duì)道路突發(fā)情況的應(yīng)對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)流的智能調(diào)控，改善了道路交叉口的擁堵問(wèn)題，提高了通行效率，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。