单片机的十字路口智能交通灯控制器的设计(附件)
随着城市的规模在不断扩大，伴随着机动车辆的不断增加，十字路口的交通建设显得尤为重要。十字路口交通灯的出现使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有着明显的效果。本设计采用单片机STC89C52实现交通灯控制器，除了实现三色灯控制和倒计时显示基本功能以外，设计了车流量监测模块，实现控制器可以根据车流量的具体情况调整通行时间，同时设计了特殊情况控制模块，以满足紧急情况下的车辆优先通行，实现了交通灯控制的智能化。本文设计了控制器的整体方案，在Proteus仿真软件中验证了方案功能的完整性，在Protel DXP中绘制了其原理图和PCB版，编写单片机的软件程序，最后通过软硬件联合调试，调试结果表明所设计的十字路口交通灯控制器功能完整，实用性强、便于操作。
关键词 STC89C52单片机，交通灯，倒计时，时间显示
目录
1 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 目前交通灯存在的问题及解决方法 1
1.3 主要工作和研究手段 2
2 硬件系统设计 2
2.1 控制器 3
2.2 车流量检测电路设计 5
2.3 按键电路 7
2.4 红绿灯显示电路设计 7
2.5 数码管显示电路设计 8
2.6 电源电路 9
3 软件设计 10
3.1 系统主程序设计 10
3.2 特殊情况控制模块 12
3.3 按键处理程序 15
3.4 车流量检测模块 18
3.5 定时器中断子程序 21
3.6 红绿灯显示子程序 22
3.7 倒计时子程序 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4 软件仿真 24
4.1 显示功能仿真 25
4.2 按键功能仿真 25
4.3 车流量检测功能仿真 29
5 实物调试 30
5.1 显示功能调试 31
5.2 按键功能调试 31
5.3 车流量检测功能调试 35
结 论 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
附录一 原理图 39
附录二 PCB图 40
1 绪论
随着我国经济的快速发展，交通流量日益增加，所以交通灯控制系统不能满足现代交通的许多变化，尤其是在交通流量高峰，在十字路口，经常有车辆通过率低的现象，甚至引起交通混乱事故，使人工命令仍在现代交通运输中不可或缺的作用[1]。
1.1 研究目的及意义
当前十字路口交通灯系统大多采取固定的时段控制，如此必定会出现许多缺点，比如，在道路出现很大的车流量时排在后面的车必然要不停地一直等红灯，而车流量比较小的通行方向却一直是绿灯，这类多等少的情况是因为没有针对道路实际情况进行及时监控所导致的，不但让司机抱怨同时也是一种浪费时间的表现，因此，智能交通信号灯的出现是迫在眉睫的，交通的改善对于经济的发展具有不可估量的作用，正因为如此交通灯就显得更为重要，所以高端节能产品也应运而生[2~3]。
智能交通灯控制器的发展空间以及应用前景都很开阔，所以国内外不少科研机构和公司都全身心投入到智能交通灯控制器的开发，他们的主要研究方向大多都是智能交通灯控制器的设计，目的是将人工指挥交通的过程变为自动调节控制，从而实现交通灯控制的智能化,这样既可以节省人力，又能节省通行时间，提高社会经济的发展效率[4]。
1.2 目前交通灯存在的问题及解决方法
当前十字路口的交通信号灯虽然实现了自动控制，然而红绿灯的切换仍然是定时的，也就是说切换的间隔时间是固定的，传统的的交通灯是无法满足实际需求的，假如车辆的流动南北方向和东西方向相差很大，但交通灯分配的通行时间是相同，这样就会导致一个方向排长队等待通行另一个方向很少有车需要通行的尴尬情形，造成城市道路拥堵的状况，这也说明交警现场根据实际情况指挥是很必要的，所以我们往往会看到路口会有交警在指挥疏导交通[5]。但是使用人工指挥的话需要的劳动力太大，所以应当充分利用好先进的技术，用计算机模拟交警指挥，从而提高效率节省时间。
交通灯正常设置在十字路口，在醒目的地方用红色、绿色、黄色三种颜色的指示灯，另外再加一个显示倒计时的控制车辆的停止与前进。现有的交通灯可以针对一般的交通状况起到一定的作用，但根据实际驾驶过程中可能出现的各种情况，还存在以下缺点：1.东西方向南北方向红灯和绿灯亮的的循环时间相同而且固定。在十字路口，通常一个车道为主干道，车流量比较大，通行时间应当长一点；另外一个车道为次干道，车流量比较小，通行时间应当相对短一点。2．未设计紧急车辆通过等特殊情况时，两方向红绿灯的切换。例如，救护车急需救人通过时，两方向的车都需要立即停止，让特殊车辆通过。
由于现有的交通灯的设计过于陈旧，红绿灯的循环时间相同且固定的弊端，交通灯控制器实现智能控制就显得更为重要。该交通灯控制器主要是利用单片机技术。它能根据实际道路交通流，针对十字路口经常出现交通拥堵的情况实时做出反应，可以根据出现的特殊情况启动不同的模式，能够实现道路的最大通行效率[6~7]。
1.3 主要工作和研究手段
本设计是以STC89C52单片机为中心，用红绿灯实现对车辆和行人的智能管制。主要针对交通灯存在的两个缺点进行设计，在现有的交通灯基础上增加了车流量检测模块以及紧急车辆通过模块，主要用于解决十字路口堵车、红绿灯等待时间无法根据实际状况改变、紧急车辆强行通过等弊端。本设计结构单一，成本比较低、高可靠性、高实时性等优点，易于普遍应用。
2 硬件系统设计
本系统是将单片机作为核心处理器，主要包括电源电路、红绿灯显示电路、数码管显示电路、车流量检测电路、按键电路以及特殊情况判断电路。其硬件结构框图如图2.1所示。
图2.1 硬件结构图
交通灯显然就是用来指挥交通的，主要是利用红灯停、绿灯行的规则来指挥车辆安全通过十字路口。车流量检测模块主要是通过红外避障传感器检测车流量的多少，从而根据车流量的多少改变通行时间；特殊情况判断模块主要是针对特殊车辆的通行设计的，根据特殊车辆的通行方向切换到不同的模式，从而提高紧急车辆执行任务的效率；红绿灯显示模块主要使用红、绿、黄三种颜色的发光二级管，红灯表示停止，绿灯表示通行，黄灯闪烁提醒行人和司机注意；数码管显示模块主要完成倒计时显示功能以及显示车流量的多少；电源模块需要5V电压，选择DC电源插座和自锁开关来实现整个电路的供电。
图2.6 复位电路
2.2 车流量检测电路设计
当前，应用于车流量检测的传感器主要有激光检测传感器，光电传感器，红外避障传感器等。在本设计中，选择红外避障传感器来检测车流量，红外避障传感器主要是利用物体的反射原理。在一定的距离，如果没有障碍，然后发出的红外线，由于距离远，传播正在逐渐减弱，直至最终消失。假如碰到了障碍，那么红外线就会原路反射回来，传感器会接收到反射回头的信号。红外避障传感器一旦检测到反射回来的信号，就能够判断出有一辆车经过，将这一信号传送给单片机，单片机就会根据接收到的信号作出相应的处理[13]。
图3.1 主程序流程图
外部中断处理子程序流程图如图3.2所示。
3.2 外部中断处理子程序流程图
nb_yellow = 1; //灭
1 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 目前交通灯存在的问题及解决方法 1
1.3 主要工作和研究手段 2
2 硬件系统设计 2
2.1 控制器 3
2.2 车流量检测电路设计 5
2.3 按键电路 7
2.4 红绿灯显示电路设计 7
2.5 数码管显示电路设计 8
2.6 电源电路 9
3 软件设计 10
3.1 系统主程序设计 10
3.2 特殊情况控制模块 12
3.3 按键处理程序 15
3.4 车流量检测模块 18
3.5 定时器中断子程序 21
3.6 红绿灯显示子程序 22
3.7 倒计时子程序 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4 软件仿真 24
4.1 显示功能仿真 25
4.2 按键功能仿真 25
4.3 车流量检测功能仿真 29
5 实物调试 30
5.1 显示功能调试 31
5.2 按键功能调试 31
5.3 车流量检测功能调试 35
结 论 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
附录一 原理图 39
附录二 PCB图 40
1 绪论
随着我国经济的快速发展，交通流量日益增加，所以交通灯控制系统不能满足现代交通的许多变化，尤其是在交通流量高峰，在十字路口，经常有车辆通过率低的现象，甚至引起交通混乱事故，使人工命令仍在现代交通运输中不可或缺的作用[1]。
1.1 研究目的及意义
当前十字路口交通灯系统大多采取固定的时段控制，如此必定会出现许多缺点，比如，在道路出现很大的车流量时排在后面的车必然要不停地一直等红灯，而车流量比较小的通行方向却一直是绿灯，这类多等少的情况是因为没有针对道路实际情况进行及时监控所导致的，不但让司机抱怨同时也是一种浪费时间的表现，因此，智能交通信号灯的出现是迫在眉睫的，交通的改善对于经济的发展具有不可估量的作用，正因为如此交通灯就显得更为重要，所以高端节能产品也应运而生[2~3]。
智能交通灯控制器的发展空间以及应用前景都很开阔，所以国内外不少科研机构和公司都全身心投入到智能交通灯控制器的开发，他们的主要研究方向大多都是智能交通灯控制器的设计，目的是将人工指挥交通的过程变为自动调节控制，从而实现交通灯控制的智能化,这样既可以节省人力，又能节省通行时间，提高社会经济的发展效率[4]。
1.2 目前交通灯存在的问题及解决方法
当前十字路口的交通信号灯虽然实现了自动控制，然而红绿灯的切换仍然是定时的，也就是说切换的间隔时间是固定的，传统的的交通灯是无法满足实际需求的，假如车辆的流动南北方向和东西方向相差很大，但交通灯分配的通行时间是相同，这样就会导致一个方向排长队等待通行另一个方向很少有车需要通行的尴尬情形，造成城市道路拥堵的状况，这也说明交警现场根据实际情况指挥是很必要的，所以我们往往会看到路口会有交警在指挥疏导交通[5]。但是使用人工指挥的话需要的劳动力太大，所以应当充分利用好先进的技术，用计算机模拟交警指挥，从而提高效率节省时间。
交通灯正常设置在十字路口，在醒目的地方用红色、绿色、黄色三种颜色的指示灯，另外再加一个显示倒计时的控制车辆的停止与前进。现有的交通灯可以针对一般的交通状况起到一定的作用，但根据实际驾驶过程中可能出现的各种情况，还存在以下缺点：1.东西方向南北方向红灯和绿灯亮的的循环时间相同而且固定。在十字路口，通常一个车道为主干道，车流量比较大，通行时间应当长一点；另外一个车道为次干道，车流量比较小，通行时间应当相对短一点。2．未设计紧急车辆通过等特殊情况时，两方向红绿灯的切换。例如，救护车急需救人通过时，两方向的车都需要立即停止，让特殊车辆通过。
由于现有的交通灯的设计过于陈旧，红绿灯的循环时间相同且固定的弊端，交通灯控制器实现智能控制就显得更为重要。该交通灯控制器主要是利用单片机技术。它能根据实际道路交通流，针对十字路口经常出现交通拥堵的情况实时做出反应，可以根据出现的特殊情况启动不同的模式，能够实现道路的最大通行效率[6~7]。
1.3 主要工作和研究手段
本设计是以STC89C52单片机为中心，用红绿灯实现对车辆和行人的智能管制。主要针对交通灯存在的两个缺点进行设计，在现有的交通灯基础上增加了车流量检测模块以及紧急车辆通过模块，主要用于解决十字路口堵车、红绿灯等待时间无法根据实际状况改变、紧急车辆强行通过等弊端。本设计结构单一，成本比较低、高可靠性、高实时性等优点，易于普遍应用。
2 硬件系统设计
本系统是将单片机作为核心处理器，主要包括电源电路、红绿灯显示电路、数码管显示电路、车流量检测电路、按键电路以及特殊情况判断电路。其硬件结构框图如图2.1所示。
图2.1 硬件结构图
交通灯显然就是用来指挥交通的，主要是利用红灯停、绿灯行的规则来指挥车辆安全通过十字路口。车流量检测模块主要是通过红外避障传感器检测车流量的多少，从而根据车流量的多少改变通行时间；特殊情况判断模块主要是针对特殊车辆的通行设计的，根据特殊车辆的通行方向切换到不同的模式，从而提高紧急车辆执行任务的效率；红绿灯显示模块主要使用红、绿、黄三种颜色的发光二级管，红灯表示停止，绿灯表示通行，黄灯闪烁提醒行人和司机注意；数码管显示模块主要完成倒计时显示功能以及显示车流量的多少；电源模块需要5V电压，选择DC电源插座和自锁开关来实现整个电路的供电。
图2.6 复位电路
2.2 车流量检测电路设计
当前，应用于车流量检测的传感器主要有激光检测传感器，光电传感器，红外避障传感器等。在本设计中，选择红外避障传感器来检测车流量，红外避障传感器主要是利用物体的反射原理。在一定的距离，如果没有障碍，然后发出的红外线，由于距离远，传播正在逐渐减弱，直至最终消失。假如碰到了障碍，那么红外线就会原路反射回来，传感器会接收到反射回头的信号。红外避障传感器一旦检测到反射回来的信号，就能够判断出有一辆车经过，将这一信号传送给单片机，单片机就会根据接收到的信号作出相应的处理[13]。
图3.1 主程序流程图
外部中断处理子程序流程图如图3.2所示。
3.2 外部中断处理子程序流程图
nb_yellow = 1; //灭
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3713.html
