林春雨，代春宇，田 偉，武 斌，周欣欣

（東北電力大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林 吉林 132012）

0 引言

隨著我國城市建設(shè)的加快，機(jī)動(dòng)車輛越來越多，車輛數(shù)目的增多使城市的交通變得擁堵，讓人們的出行質(zhì)量下降。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使得交通得以有效管制。造成城市道路交通擁堵的原因是多方面的：如車輛數(shù)目增加，但道路建設(shè)不夠合理，以及交叉口交通信號(hào)燈時(shí)間變化缺乏靈活性等[1]。

社會(huì)交通迅速發(fā)展，交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)和傳感器技術(shù)不斷完善，交通燈控制系統(tǒng)的研究也進(jìn)展顯著[2-3]。因此，文章提出一種智能交通燈控制系統(tǒng)，采用STC89C52單片機(jī)為核心控制器，通過對比當(dāng)前某方向車流量與1/2綠燈時(shí)長的大小來決定下次該方向綠燈時(shí)長，有效解決因紅綠燈時(shí)長固定導(dǎo)致的十字路口擁堵問題。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的一款智能交通燈控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)紅綠黃燈按一定規(guī)律依次循環(huán)顯示，具有倒計(jì)時(shí)顯示功能，采用蜂鳴器報(bào)警。在此基礎(chǔ)上，利用基于紅外線傳感器的車流量檢測電路采集路口各方向的車流量數(shù)據(jù)。單片機(jī)根據(jù)車流量大小，及時(shí)調(diào)整交通燈時(shí)長。

該系統(tǒng)主要由按鍵、LED燈、蜂鳴器、數(shù)碼管、紅外傳感器等部分組成。系統(tǒng)共12個(gè)LED發(fā)光二極管，4個(gè)路口每個(gè)路口各有一個(gè)紅、黃、綠發(fā)光二極管，分別表示禁行，警示和通行信號(hào)。按鍵主要用于參數(shù)設(shè)置，具有禁行、夜間模式、復(fù)位、東西通行、南北通行，時(shí)間加減等功能。4個(gè)二位陰極數(shù)碼管，負(fù)責(zé)東南西北4個(gè)方向上的倒計(jì)時(shí)顯示。紅外傳感器構(gòu)成車流量檢測電路，可以檢測車流量大小。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 核心控制模塊

本系統(tǒng)使用STC89C52單片機(jī)作為核心控制模塊。STC89C52是一個(gè)高性能CMOS 8位微控制器，該芯片包含8k bytes ROM和256 bytes的RAM，STC89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[4-5]。

1.2 顯示模塊

該模塊分為LED燈顯示和數(shù)碼管顯示。其中，LED燈作為交通控制信號(hào)燈，數(shù)碼管作為方向燈的倒計(jì)時(shí)顯示。LED二極管分別接到STC89C52單片機(jī)P2口（東西方向同色LED燈共用一個(gè)I/O口，南北方向同理），數(shù)碼管的陰極都接到STC89C52的P1口，陽極接到74HC245芯片上，通過P0口控制74HC245芯片，起到驅(qū)動(dòng)放大作用。

1.3 車流量檢測模塊

車流量檢測模塊是基于紅外線車輛檢測器實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用對射式紅外線光電開關(guān)E18-D50NK模擬檢測車流量。當(dāng)車輛經(jīng)過一次光電開關(guān)，就輸出一個(gè)信號(hào)，單片機(jī)計(jì)數(shù)一次，這樣就完成了對車流量的統(tǒng)計(jì)。

1.4 鍵盤輸入模塊

本系統(tǒng)采用的是獨(dú)立式鍵盤。按鍵用來設(shè)置交通燈的狀態(tài)：系統(tǒng)復(fù)位鍵，使系統(tǒng)復(fù)位；禁行鍵，紅燈全亮；東西通行鍵，東西通行；南北通行鍵，南北通行；時(shí)間按鍵，確認(rèn)綠燈時(shí)間。

1.5 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊主要包括一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)限流電阻。某方向紅燈時(shí)有車輛通過，蜂鳴器報(bào)警。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件主要包括按鍵處理程序、狀態(tài)燈控制程序、掃描程序、LED燈顯示程序、消除抖動(dòng)延遲程序、緊停或違規(guī)判斷程序、車流量計(jì)數(shù)程序、中斷服務(wù)子程序、交通燈時(shí)間調(diào)整程序等。主程序采用查詢方式定時(shí)，獲取交通燈的各種狀態(tài)。

2.2 車流量采樣程序設(shè)計(jì)

對交叉口的車流量進(jìn)行采集,根據(jù)采樣得到的車流量的大小來分配紅綠燈的時(shí)間。開機(jī)時(shí)，默認(rèn)為東西通行，綠燈時(shí)間20秒，南北紅燈25秒。若20秒內(nèi)通過的車輛達(dá)到綠燈時(shí)間的一半及以上（即10輛及以上），那么下個(gè)周期東西綠燈時(shí)間會(huì)加5秒，為25秒；若20秒內(nèi)通過的車輛小于綠燈時(shí)間的一半（即10輛以下），那么下個(gè)周期東西綠燈時(shí)間減5秒，即 15秒（最小值）。南北方向同理。

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試時(shí)，初始狀態(tài)為：東西通行，綠燈20秒，南北紅燈25秒。測試結(jié)果以東西方向?yàn)槔?每次測試以上次測試結(jié)果為基礎(chǔ)。第一次測試，東西方向通過10輛車，下個(gè)周期東西綠燈變?yōu)?5秒，南北紅燈30秒；第二次測試，東西向通過13輛車，下個(gè)周期東西綠燈30秒，南北紅燈35秒；第三次測試，東西向通過8輛車，下個(gè)周期東西綠燈25秒，南北紅燈30秒；第四次測試，東西向通過11輛車，下個(gè)周期東西綠燈20秒，南北紅燈25秒。經(jīng)測試，各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合預(yù)期結(jié)果，系統(tǒng)可根據(jù)車流量靈活調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)長。

4 結(jié)語

交通燈控制的作用很重要。本系統(tǒng)除了完成顯示和倒計(jì)時(shí)等基本功能外，還能根據(jù)車流量大小調(diào)整交通燈通行時(shí)間，利用傳感器獲取交叉口車輛數(shù)，據(jù)此控制交通燈時(shí)間以達(dá)到預(yù)期的功能。本文提出的智能交通信號(hào)燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。