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。