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        單片機(jī)在交通系統(tǒng)中應(yīng)用

        2021-04-02 15:18:28高俊娟
        商品與質(zhì)量 2021年12期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)智能檢測(cè)

        高俊娟

        華北機(jī)電學(xué)校 山西長(zhǎng)治 046000

        伴隨著人民生活水平的逐步提高,汽車已經(jīng)進(jìn)入了千家萬(wàn)戶,而我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,也使得城市交通的弊端日益凸顯。針對(duì)這一難題,各地紛紛出臺(tái)相關(guān)政策,但效果并不理想,因此多功能交通燈的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展,城市道路交通的變化與不確定性越來(lái)越大,傳統(tǒng)的道路交通控制系統(tǒng)已不能滿足城市發(fā)展的需要。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈智能控制系統(tǒng),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。為此,本論文在對(duì)基于 UTC智能代理的城市交通交叉口進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上,提出并設(shè)計(jì)了一種具有交通流量監(jiān)控和車燈時(shí)間智能加減的城市交通交叉口智能控制系統(tǒng)。

        ITS的目標(biāo)是通過(guò)對(duì)交通系統(tǒng)和城市實(shí)際情況的智能處理,減少交通擁擠等特殊情況,提高交通效率。采用串行/并行通信方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。先用外部傳感器采集交通數(shù)據(jù)(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考慮實(shí)驗(yàn)室條件,采用關(guān)鍵電路作為輸入信號(hào)),再用單片機(jī)Stc89c51rc響應(yīng)控制信號(hào),結(jié)合內(nèi)部算法輸出控制信號(hào),通過(guò)數(shù)字管和 led調(diào)整實(shí)現(xiàn)智能交通控制。

        1 總體方案設(shè)計(jì)

        本文所設(shè)計(jì)的智能交通控制系統(tǒng)可以看作一個(gè)簡(jiǎn)單算法。實(shí)際上,十字路口會(huì)遇到一些特殊情況。通過(guò)控制交通信號(hào)燈時(shí)間比,可以減少車輛的總停留時(shí)間。主要包括:主控電路、驅(qū)動(dòng)顯示電路、數(shù)碼管顯示電路、按鈕控制電路、交通信號(hào)電路等。圖1是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

        圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖

        本系統(tǒng)通過(guò)相應(yīng)的功能鍵向主控電路發(fā)送信號(hào)。在流量檢測(cè)模塊的功能中,首先通過(guò)停頓鍵停止試驗(yàn),選擇K4鍵,確認(rèn)為流量檢測(cè)模式,然后通過(guò)相應(yīng)的加減鍵完成流量信息的傳遞,當(dāng)流量達(dá)到 if語(yǔ)句條件時(shí)執(zhí)行時(shí)間加減。此外,夜深時(shí),系統(tǒng)模式會(huì)發(fā)生變化,每個(gè)路口的黃燈都會(huì)閃爍,這不僅能促使司機(jī)減速,還具有警示作用。日間作業(yè)是利用紅外線感應(yīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)東西和南北方向的交通流量,并利用單片機(jī)對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制,使系統(tǒng)能根據(jù)交通流量在各個(gè)方向上自動(dòng)調(diào)節(jié)交通信號(hào)燈時(shí)間,合理延長(zhǎng)直向和大向交通信號(hào)燈時(shí)間,減少小方向交通信號(hào)燈時(shí)間(設(shè)置后雙向左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間不變),有效提高車輛通行率,保障城市道路暢通。夜間的工作模式是關(guān)閉交通控制系統(tǒng),讓黃燈閃爍,保證車輛能在少時(shí)快速通行。白天和夜間工作模式可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的時(shí)間視地點(diǎn)的實(shí)際情況而定(例如,上午6點(diǎn)到白天工作模式;上午2點(diǎn)到晚上工作模式)。另外,當(dāng)有急救車經(jīng)過(guò)并且方向是紅色的時(shí)候,可以按下控制按鈕,強(qiáng)制該方向的綠燈亮,其他方向的紅燈亮,以保證急救車安全、有序的通過(guò)。急救車通過(guò)后,再次按控制鍵,恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)。

        2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1 硬件設(shè)計(jì)

        針對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)、計(jì)數(shù)等方面的要求,選擇了一臺(tái)stc89c51rc單片機(jī)作為微處理器,并選擇了12個(gè)紅、綠、黃三基色發(fā)光二極管作為信號(hào)電路,其中數(shù)字管顯示電路為4個(gè)雙數(shù)碼管,分別安裝在各個(gè)路口,構(gòu)成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。

        2.2 主電路

        增強(qiáng)了51單片機(jī)Stc89c51rc的基本功能。微處理器的高速時(shí)鐘頻率完全符合實(shí)驗(yàn)要求。它包含8位 CPU和只讀的程序存儲(chǔ)器。由于具有豐富的插針結(jié)構(gòu)和聯(lián)機(jī)系統(tǒng)編程(ISP)功能,這些豐富的配置將使程序的存儲(chǔ)和調(diào)用更加方便。因此選用其為系統(tǒng)的主控電路。

        2.3 驅(qū)動(dòng)顯示電路

        單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電流小,不能滿足數(shù)碼管顯示亮度的要求。本論文設(shè)計(jì)了74hc245的三態(tài)八輸出驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)顯示電路包括74hc245解碼器和漏極阻抗。

        2.4 按鍵控制電路

        本設(shè)計(jì)共引用5個(gè)按鍵分別對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的不同模式,如:緊急避讓模式、深夜模式、人行中斷模式、時(shí)間加減模式、車流量檢測(cè)模式。

        K0是緊急避讓模式。檢測(cè)車輛頻率后,用K0鍵替換傳感器,向單片機(jī)發(fā)出高電壓脈沖。應(yīng)急啟動(dòng)后,路口交通燈變?yōu)榧t燈,普通車輛停止行駛,特殊車輛允許快速通行。專用車輛通過(guò)后,系統(tǒng)調(diào)整到正常模式。

        K1是夜間模式。夜車開動(dòng)時(shí),K1外鍵對(duì) MCU產(chǎn)生外脈沖,交通燈變黃,行車減速。

        K2是行人阻斷模式。按K2時(shí),啟動(dòng)行人中斷模式。走過(guò)紅燈街道,行人碰了行人鑰匙。步行者按動(dòng)按鈕后路燈倒計(jì)時(shí)縮短為8秒,相應(yīng)的路燈綠燈倒計(jì)時(shí)縮短為8秒。

        K3是一種加減法。從壓力傳感器傳回的數(shù)據(jù)來(lái)看,當(dāng)流量超過(guò)設(shè)定的最大值時(shí),傳感器向系統(tǒng)發(fā)出高壓數(shù)字信號(hào),以減少大流量交匯處的紅燈時(shí)間。理論上,當(dāng)交通流量超過(guò)100時(shí),紅燈時(shí)間會(huì)減少15秒,而另一邊會(huì)增加15秒。

        K4,車流檢測(cè)模式。為了便于對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析,本文采用加減鍵代替紅外傳感器進(jìn)行檢測(cè)。按下K4鍵進(jìn)入車流檢測(cè)模式,再按下車流加減鍵,當(dāng)南北方向車流檢測(cè)值為東西方向車流檢測(cè)值的兩倍時(shí),將縮短南北方向紅燈時(shí)間、綠燈時(shí)間和東西方向綠燈時(shí)間。第一個(gè)仿真試驗(yàn)基于真實(shí)車流檢測(cè),靈活、智能,能夠在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地調(diào)整信號(hào),避免了信號(hào)的機(jī)械性和重復(fù)性問(wèn)題,對(duì)交通管理有很好的效果。

        2.5 看門狗電路

        為了消除信號(hào)處理的干擾,設(shè)計(jì)了看門狗電路。為了防止程序死亡或進(jìn)入死循環(huán),看門狗硬件電路必須增加。

        3 軟件仿真與程序設(shè)計(jì)

        3.1 軟件仿真

        根據(jù)資料手冊(cè)和各元件原理圖,完成了電路原理圖的模擬調(diào)試,并繪制了線路圖。通過(guò)測(cè)試,運(yùn)行結(jié)果達(dá)到了預(yù)期設(shè)想,并有效地實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的功能,進(jìn)一步驗(yàn)證了電路的設(shè)計(jì)。圖2給出了軟件模擬電路。

        3.2 程序設(shè)計(jì)

        本次設(shè)計(jì)是用 C語(yǔ)言編寫的。編程時(shí),調(diào)用子程序進(jìn)行編程,其中,鍵盤電路通過(guò)設(shè)置程序控制 p.3端口的信號(hào)輸入和控制地面;數(shù)碼管通過(guò)控制 p.0端口的高低信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示,還包括紅綠燈電路程序、抖動(dòng)消除程序和延遲程序。圖3是中斷程序流程圖。

        圖2 軟件仿真電路

        圖3 中斷程序流程圖

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文的研究?jī)?nèi)容是基于stc89c51rc的智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。用于替代傳感器信息的關(guān)鍵電路,向單片機(jī)發(fā)送數(shù)字信號(hào)。并且通過(guò)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了交通信號(hào)燈的智能控制,有效地控制了交通。本文的研究目的在于為學(xué)生提供一個(gè)模擬的環(huán)境平臺(tái),為相關(guān)的交通管理部門進(jìn)行智能控制提供一些思路,從而使交通管理更加高效、合理。

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