基于单片机的智能交通灯控制器的设计

孙鹏 辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的智能交通灯控制器的设计

孙鹏 辽宁锦州渤海大学工学院

本文主要设计了基于单片机的智能交通灯控制器。本文设计的系统功能包括了交通灯控制功能、交通信号灯检测故障以及现场实时控制等功能，通过该系统可以起到实现交通灯可靠性、智能化以及实用性的目的，同时还可以增强交叉口的通行能力。

智能交通灯 单片机 检测故障

以往我们所用到的交通信号灯所采用的方法主要是独立控制各路口以及定周期控制，但是这种传统方法目前不能满足我国的交通现状。因此面对这种社会的需求，我们需要做到的是提高道路条件，另外还需要增强管理水平以及相关的交通控制，从而通过有效的交通设施，将交通管理控制发挥到极致，进而在一定程度上提高道路的有效利用率。现今我国的交通路灯控制对可靠性、安全性以及便捷性方面有了很大的需求。

1 论证交通灯控制系统

现今我国一般选择了固定周期的方式控制城市的交叉口信号灯，这种方式导致的结果是交通流量五河和控制信号相互适应，而且当发生了紧急的问题的时候，是很难得到相关的处理的。智能交通灯控制系统的实现除了涉及到单片机之外，还涉及到了通过PC机实时控制交通灯以及交通灯检测故障等等，本文设计的系统交通灯故障检测选择的是电压检测法以及电流检测法，该方法实现了系统可靠性的增强。单片机选择的型号是AT89S52，该单片机是CMOS8位微控制器中的一种，其特点是功耗低、性能高，而且Flash存储器就达到了8K。而且该Flash上可以实现在系统对程序进行编程，十分适合在常规的编程器中，而且该芯片在很多嵌入式控制应用系统中都有着广泛的应用。单片机控制交通灯的红、黄、绿灯的点亮以及熄灭的时间是由系统中的定时器实现的，还能够完成路灯的时间设定以及控制信号的接收。该控制系统选择单片机，方便调试，同时也提供了简单的设计，另外控制信号的输出是通过外部接口实现的。单片机的采购成本也比较低，另外单片机的体积也比较小，但是单片机的运算能力很强。定时器在向CPU发送信号的过程中是通过中断的方式实现的，CPU的响应比较短，同时系统的功能损耗也比较低。输入输出信号的控制操作时通过单片机实现的，通灯亮灭的时间设置以及灯的选择情况都是通过单片机控制的，大大地提高了系统的效率。

2 系统硬件设计

图1 系统硬件结构图

按照上面所介绍的方案可以知道该系统的控制核心是单片机，控制方式择选串口方式进行，交通信号的展现需要借助于锁存器这个部件，完成发射器的红外信号接收需要借助于红外接收模块，另外系统里面的模块还涉及到了实时调整交通灯以及检测故障模块。假如有信号灯形成故障的时候，系统就会给出相应的警告提示信息内容，在一定程度上讲十分有利于系统的可靠性提高。本文的硬件组成部分主要有串口通信模块、单片机控制系统、红外遥控接收模块、信号灯检测模块以及信号灯显示模块等。本文设计的硬件结构框图如图1所示。

2.1 单片机连接电路

AT89S52型号的单片机中的P0口的主要目的是显示交通信号灯以及LED倒计时器，红外遥控的控制采用的是中断的方式，尤其是为了确保系统稳定性而加入了“看门狗”电路。

2.2 LED显示以及交通灯显示模块

在交通信号灯进行驱动部分设置目的是为了附加功率驱动电路，电路实现图如图3所示。输出显示控制口择选的为P0，P0端口会利用锁存芯片里面的控制信号，进一步确定倒计时器在工作中不会出现意外，而且交通灯正常工作。功率驱动电路如图2所示。

2.3 串口通信模块

该模块的主要作用是区域控制交通信号，同时完成PC机以及单片机之间的相互通信，该模块中还包括了通讯接口电路。

图2 功率驱动电路

图3 红外遥控电路原理框图

2.4 交通灯故障检测模块

假若交通灯的连接线路中有断路或者短路现象发生，从而造成了交通灯熄灭，这个时候就要采取自动检测的措施，检测的实现需要借助于故障检测模块。单片机借助于串口向控制中心发送故障信号，从而确保系统可以稳定地运行。输入检测的组成部分包括了74LS245以及5212光电隔离，脉冲的获得是通过74LS245实现了，当有故障产生的时候，则脉冲就不会出现。本系统的故障检测方法选择的是电压检测法以及电流检测法。

2.4.1 电流检测法

当线路有断路的情况产生的时候或者是当LED灯出现损坏的时候，交通灯的运行就会出现错误，当选择电流的检测法进行故障检测的时候，故障的判断是通过R150的电流实现的。

2.4.2 电压检测法

假若当可控硅有问题形成时，交通灯十分容易出现错误，通过对R26两端的电压进行检查，能够更好地了解可控硅的损坏情况。

2.5 红外遥控模块设计

要完成全部方向的信号灯择选以及相关的急车强通等功能。本系统使用的芯片是SC9012，红外线接收器用到的中心频率是50kHz的NJL41V30，此器件里面附带着红外线的PIN接收管以及Modem和选频放大器。当发射器的按键是被相应键按下的时候，接收器输出的电平是高电平，将或非门与单片机的控制器进行连接，从中断服务程序中检测出所按下的是哪种状态的按键，进而实现中断服务。红外遥控电路原理框图如图3所示。

图4 软件设计的流程图

3 系统软件设计

软件设计选择了单片机，编程语言选择的是C语言，同时可读性强，而且有很好的可移植性。设计程序设计中交通灯的工作情况，选择的是定时器0中断。同时对于例外的车辆通行时间的控制需要用到定时器1中断实现的，特殊车辆通行需要用到外部中断INT0。特殊车辆中断响应以及紧急中断所花费的时候比较短。车流量控制中断的响应是在下一个循环的时候开始的，目的是尽量防止了突发的红绿灯出现异常。软件设计的流程图如图4所示。

本文设计的智能交通灯控制器选择的方法是交通流时间分割，控制参数选择的是1周7天，按照每一个道路的交叉口中的交通流的分布情况，把一天的时间设置成12个时段，其中时段是允许不等，另外每个时段还能够拆分为4个相位阶段，根据时间的不同，可以把交叉口的车流分离，从而形成南北以及东西等十字路口，同时每一个干道的组成部分包括了红、黄以及绿等三种颜色，车辆的安全通行需要借助于指示灯以及倒计时器、红、绿灯的指示，进而减少出现和交通流之间的冲突。选择这个方法，将目前的道路的宽度以及相关的通行能力充分地进行了展示，在很大程度上确保了交通流动的连续性，而且还尽量避免了交通的延误。此外用户可以借助PC机设置系统的参数，进而可以和多个路口保持协调的作用，如果有紧急的情况发生时，就可以借助红外遥控完成通行控制，最终增强系统的智能性。

结语：该系统大大增强了系统的可靠性以及系统的稳定性。而且设计的实用性强，程序可靠同时易操作，功能包括了交通灯的指示以及倒计时。通过该系统能够很方便地控制交通路口的参数，可以提高紧急车辆通过的效率，而且在这个过程中实现了交通灯的故障检测，具有很多的实用价值。

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