周慶博

摘要：該文引入了交通燈的系統(tǒng)設計和系統(tǒng)控制方案，此方案設計的交通燈控制系統(tǒng)是基于單片機的。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機AT89S51為中心器件來設計交通燈控制器。本系統(tǒng)具有實用性強、操作簡單、擴展功能強等優(yōu)點。

關鍵詞：單片機；交通燈

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）09-2028-02

1 控制器軟件設計

1.1 交通管理方案概述

設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向?qū)Q。

通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：

1）東西方向紅燈亮，同時綠燈滅，南北方向黃燈滅，同時綠燈亮，倒計時10秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。

2）東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

3）南北方向紅燈亮，同時綠燈滅，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時10秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。

4）南北方向綠燈滅，同時黃燈閃亮，東西方向紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

為了滿足車流的變化該設計可以人為的增加或者減少紅綠交通燈通行時間，由此設置了兩個按鈕。P2.0口用來增加通行時間（在10秒的基礎上），P2.1口用來減少通行時間（在10秒的基礎上）。這個功能極大地增加了此交通系統(tǒng)在應用中的實用性同時也在很大程度上節(jié)省了在交通燈系統(tǒng)更新中的花費。

而為了應對緊急情況，如救護車，消防車，警車以及重大交通事故，該交通燈系統(tǒng)設置了三個人為強制轉(zhuǎn)換按鈕。三個按鈕開通時，分別會輸出高電平到P2.2，P2.3，P2.4口；P2.2口信號設定為東西口為紅燈，南北向為綠燈，禁止東西向交通流，準許南北向交通流通過；P2.3信號會設定東西口為綠燈，南北口為紅燈，禁止南北向交通流，準許東西向交通流通過；P2.4口信號設定為東西向及南北向均為紅燈，禁止一切交通流，以應對十字路口重大交通事故。當啟動人為強制功能時，倒計時數(shù)碼管不再顯示倒計時，而是全部熄滅以警示眾人。

1.2 系統(tǒng)工作原理

1.2.1 普通模式工作原理

在沒有強制按鈕按下，系統(tǒng)處于普通模式。普通模式總共有四個狀態(tài)，以東西口為例，四個狀態(tài)分別為紅燈、黃燈、綠燈及左轉(zhuǎn)、黃燈。普通模式工作原理就是以這四個狀態(tài)為周期，循環(huán)工作。以東西向為例，通過P0口輸出先給東西口亮紅燈，再給P1及P3口輸出，動態(tài)顯示紅燈倒計時，之后不斷調(diào)用顯示子程序，直到紅燈倒計時為零；接著通過P0口輸出，使東西向黃燈亮起，同樣動態(tài)顯示黃燈倒計時，直到零；然后通過P0口輸出，使東西向綠燈以及左轉(zhuǎn)燈亮起，顯示倒計時到零；最后通過P0輸出，使東西向黃燈亮起，再倒計時到零；這樣，就完成了一個周期的顯示控制，程序?qū)⑻D(zhuǎn)回到給東西向亮紅燈處，循環(huán)執(zhí)行。同時，由于交通流日新月異的發(fā)生著改變，可以根據(jù)需求來改變通行時間，通過P2口輸出經(jīng)過P0口，從而改變顯示的時間。

1.2.2 緊急模式工作原理

可供選擇的緊急模式有三種。當十字路口發(fā)生重大交通事故時，需要把兩邊交通都關斷，這時，可開啟開關5，就會輸出高電平到P2.4，單片機處理后，會輸出信號到P0口，使東西向與南北向均亮起紅燈，同時調(diào)用顯示程序，使顯示數(shù)碼管全部熄滅。當事故解除，開啟返回開關7時，程序會回到主程序，重新進入普通模式。開關4會使P2.3輸入為高電平，單片機處理后，會使東西向亮起紅燈，南北向亮綠燈，只準許南北向通行，同樣數(shù)碼管會全部熄滅，危急情況解除后，同樣回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行普通模式。開關3會使P2.2輸入為高電平，單片機處理后，會使南北向亮起紅燈，東西向亮綠燈，只準許東西向通行，同樣數(shù)碼管會全部熄滅，危急情況解除后，同樣回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行普通模式。

在單片機不斷執(zhí)行主程序，以普通模式控制交通流的時候，它會不斷的掃描P2.2，P2.3以及P2.4口，以檢查是否有緊急情況發(fā)生，當三個端口有緊急信號出現(xiàn)，單片機就會跳出主程序，執(zhí)行相應的緊急信號程序。

2 系統(tǒng)硬件連接電路

系統(tǒng)硬件電路部分將分為以下幾部分來介紹，分別是主面板電路，供電電源電路，單片機系統(tǒng)的時鐘電路，單片機系統(tǒng)的復位電路，數(shù)碼管顯示電路，信號燈控制電路，車輛檢測電路等。

2.1 主面板電路

系統(tǒng)采用5V直流穩(wěn)壓電源供電，供電電壓為+5V。

系統(tǒng)復位電路采用的是開關復位的方式，可以人工對單片機進行復位操作。同時，單片機上電時，電容的存在會使得復位引腳的電壓維持在高電位超過兩個周期，系統(tǒng)會自動復位；而按下復位開關，系統(tǒng)就可人工復位。

振蕩電路使用的是12MHz的石英晶振，即單片機的主頻為12MHz，一個機器周期為12個時鐘周期，所以它的機器周期為1?s，這位定時器初值的計算帶來了方便。

兩個路口的12個發(fā)光二極管每六個為一組，作為東西向，南北向的兩組交通燈，每個發(fā)光二極管串聯(lián)一個1kΩ電阻，以灌電流方式，連接到單片機P3口和P1口，當單片機P3和P1口的某個口輸出為低電平時，相應的發(fā)光二極管亮起，表示相應的信號燈亮起。

2.2 5V直流穩(wěn)壓電源電路

該單片機由5V直流穩(wěn)壓電源進行供電。

5V直流穩(wěn)壓電壓工作原理：220V交流電經(jīng)變壓器，從副邊輸出為9V交流電。9V交流經(jīng)整流橋整流，電容濾波，被加到三端集成穩(wěn)壓器7805上，經(jīng)7805后輸出5V直流，直流輸出后經(jīng)電容濾波，濾去其中高頻分量以及低頻分量，最后輸出5V直流電用于單片機系統(tǒng)供電。

2.3 單片機系統(tǒng)時鐘復位電路

ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機它是硬件電路的核心部分，時鐘電路晶振使用12MHz，復位電路采取按鍵復位方式。

2.4 單片機數(shù)碼管顯示電路

顯示電路采用8個共陽數(shù)碼管，P1口作為數(shù)碼管的輸入，P0.4、P0.5、P0.6 P0.7分別控制東西南北四路數(shù)碼管的位選端C1，C2，C3，C4。

3 結(jié)論

本設計的重點在于解決交通燈時間固定、缺乏靈活性不能根據(jù)日新月異的車流變化適時改變以及缺乏緊急狀況應對能力這兩項缺點。

傳統(tǒng)交通燈時間固定，不能根據(jù)車流量的變化來調(diào)節(jié)時間，只能通過不斷的更換系統(tǒng)來實現(xiàn)，這樣做不但耗時耗力、還會浪費大量的財力物力。

另一方面，傳統(tǒng)交通燈缺乏緊急狀況應對能力。當交通路口發(fā)生交通事故時，交通燈不能第一時間做出反應來處理交通流；此外，對于緊急車輛，交通燈也無法進行反應來應對緊急情況。這樣是很致命的，因為缺乏緊急情況應對能力，極有可能使得緊急情況變得復雜甚至可能危及生命。

本設計主要解決的是交通燈上述兩項缺陷。

針對交通燈時間固定的問題，本系統(tǒng)可以通過手動調(diào)節(jié)來增加或者是減少紅綠燈時間以滿足車流量不斷變化的需求，從而不但延長了此系統(tǒng)的使用壽命對工作人員的使用要求很低，而且還節(jié)省大量的財力物力。

針對交通燈缺乏緊急情況應對能力的問題，該系統(tǒng)增設了緊急模式。當交通路口發(fā)生重大交通事故或者路口有消防、救護等緊急車輛時，交通燈可以做出相應的響應，讓緊急車輛優(yōu)先通過，從而盡可能將可預見的損失減小到最小的程度。于此同時，在進行一系列的緊急操作時，相應的系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示部分會全部熄滅，來告訴路口的司機，路口有緊急情況發(fā)生。

本系統(tǒng)以一塊AT89S51單片機為核心，充分利用單片機I/O口，來實現(xiàn)對交通燈路口的交通流控制。

系統(tǒng)有兩種工作模式：普通模式與緊急模式。

普通模式每個路口一個周期的顯示狀態(tài)依次為為：紅燈10s，綠燈5s，黃燈5s，紅燈10s，綠燈5s如此反復。紅綠燈所設置的初始時間并不是不可以改變的，它可以根據(jù)實際需求來改變以滿足實際的需求。在每個狀態(tài)，數(shù)碼管都會顯示信號燈倒計時，以提醒司機信號燈轉(zhuǎn)換剩余時間。

緊急模式下，可以做出三種認為強制措施：東西向，南北向都亮紅燈，該交通路口禁止通行；東西向亮紅燈，南北向亮綠燈，東西向禁止通行，南北向車輛通行；東西向亮綠燈，南北向亮紅燈，東西向車輛通行，南北向車輛禁止通行。緊急模式下，數(shù)碼管會恒定全部熄滅，以提示司機緊急情況的發(fā)生。直到緊急情況解除，數(shù)碼管才會回到普通模式。

該系統(tǒng)充分考慮到傳統(tǒng)交通燈信號燈時間固定，應對緊急情況性能不佳等問題，并對這些問題進行了處理。因此，在交通控制效率以及緊急情況處理等方面，該交通燈控制系統(tǒng)要優(yōu)于當前的傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)。