城市交通信號機的硬件設計

摘 要:隨著國內經濟的高速增長，交通系統的發展也越來越受到重視，而采用先進的信息技術、通信技術和控制技術等高新技術開發的智能交通系統可以大幅度提高交通網絡的運行效率，減少交通擁堵，擴大了交通的運行效益，提高了經濟效益。借鑒先進信號控制機的設計理念，結合我國交通需求的實際需要，以交通工程基本理論為基礎，結合當前的微處理器和嵌入式單片機應用技術，對智能交通信號控制系統進行了分析和研究。針對當前交通控制系統中存在的問題，研究了城市智能交通信號控制機。關鍵詞:智能交通; 交通信號控制; 自動控制; 單片機

中圖分類號:TN710-34; TP29文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)17-0193-03

Hardware Design of Urban Traffic Semaphore

LIAO Yong-mei

(Shaanxi Expressway Construction Group Co.， Xi’an 710054， China)

Abstract: Along with the high-speed growth of domestic economy， the development of transportation systems is taken into account increasingly. The advanced technology such as information technology， communication and control technologies， as wellas intelligent transportation systems may enhance the operating efficiency of the transportation networks by a large margin， reduce the traffic jams， and enhance the economic efficiency. Taking the design idea of the advanced signal cybertron as a reference， the control system of the intelligent traffic signal is analyzed and the researched in combination with the domestic transportation demand and the application technology of the embedded single chip processor. The intelligent signal control machine for the urban traffic is studied in allusion to the problems esisting in the available transportation control systems.Keywords: intelligence control of traffic signal; traffic signal control system; automatic control; single chip microcomputer

0 引 言

伴隨著現代高新技術的廣泛推廣與應用，城市交通信號控制系統呈現出兩大發展趨勢:

(1) 控制理念的變化;

(2) 人工智能技術的應用。

智能交通信號控制機主要應用在那些城市交叉口車流量較大、交通流沖突較多和復雜的交叉口與岔道口，以及某些道路路段上對交通流方向控制的地方，以改善交通環境，管理和疏導交通為目標，通過交通信號對道路上交通流量的調節、控制和疏導，以達到維護交通秩序，保障交通安全暢通，減少交通事故的目的。

1 交通信號控制機系統概要

智能交通控制器機是交通控制算法的執行機構。控制器主機硬件采用了可裁剪的模塊化設計方案，軟件采用具有很好移植性能的C語言編寫，主要以單片機為核心實現十字路口紅綠燈的自動控制，主要功能有全自動多時段配時控制，半自動控制、手動換相、附加左轉綠燈、人行道通行燈等。

2 交通信號控制器硬件設計

2.1 交通信號機硬件整體

由圖1和圖2所示的交通信號機的硬件整體框架圖和核心電路整體框架可以看出，核心電路板是以單片機為主，其中包括時鐘模塊、存儲模塊、鍵盤輸入模塊、防死機模塊、方案控制顯示電路模塊、燈色顯示電路模塊、時間顯示模塊。下面對上述模塊進行簡要說明。

圖1 交通信號機硬件整體框圖

(1) 時鐘模塊:利用DS12887芯片與單片機AT89C51進行通信，以實現實時時間鐘信息的讀取。

(2) 存儲模塊:使用93C46芯片作為單片機的外部存儲器，用于存儲配時表信息。

(3) 鍵盤輸入模塊:利用74LS244設計鍵盤輸入電路。

(4) 防死機模塊:利用74LS123構成復位電路，防止單片機進入死循環。

圖2 交通信號機的核心電路整體框架

2.2 時鐘模塊的電路設計

時鐘電路完成的主要任務是利用時鐘芯片與單片機之間的通信，使單片機獲得標準的實時時鐘信息。在這里選擇DS12887時鐘芯片，此芯片具有自帶電池，可以斷電存儲時鐘信息。

時鐘模塊電路如圖3所示。

(1) 當時鐘芯片的片選段CS(13管腳)為低電平有效，單片機可對其進行讀寫;

(2) 單片機的RD(P3.7，17管腳)低電平向時鐘芯片的RD(DS，17管腳)發出讀取數據請求，此端口有效說明單片機正在讀取時鐘數據;

(3) 單片機的WR(P3.6，16管腳)低電平向時鐘芯片的WR(15管腳)發出寫數據請求，此端口有效說明單片機正在向時鐘芯片中寫數據;

(4) 單片機的ALE(30管腳)用于訪問時鐘芯片(AS，14管腳)時輸出脈沖來鎖存低8位地址;

(5) 時鐘Rester(18管腳)接100 kΩ電阻串聯接VCC，另外的一個線直接接在VCC;

(6) 單片機的P0口與時鐘芯片的AD端口進行數據通信，從而獲取實時時鐘信息。

圖3 時鐘模塊電路

2.3 存儲模塊

在設計電路時為了能較高效率使用單片機的I/O口，使用串行閃存93C46芯片進行存儲模塊電路的設計。

從圖4存儲模塊電路可以看出:單片機AT89C51利用P3.5口使得93C46芯片的片選信號有效，通過P3.4口進行時鐘通信，利用P3.3和P3.2進行數據傳輸。實現對配時表信息的儲存。

圖4 存儲模塊電路

2.4 按鍵電路設計

面板設計共需要9個按鍵，利用單片機的P0口的分時復用，解決其中8個按鍵與單片機的連接，剩下的一個鍵單獨接到P1口。在電路設計中使用了74LS244芯片和74LS139芯片，接線圖如圖5所示。

圖5 交通信號控制機按鍵電路

2.5 交通燈顯示模塊

如圖6所示的交通燈顯示電路，使用的控制芯片基本和時間顯示模塊的相同，使用一片74LS139，兩片74LS273;電路依然是通過單片機的P0口輸出數據用來控制紅綠燈的亮滅，利用74LS139芯片實現不同時間輸出不同相位交通燈控制數據。

2.6 防死機電路

在交通信號控制系統中，為防止“死機”現象，使系統具有自動恢復能力，在其中設防死機系統，即所謂的“看門狗”，其基本接線圖如圖7所示。

圖6 交通燈顯示電路

圖7 看門狗電路

3 結論和展望

提出了一種新型交通信號機控制系統的硬件設計方法，根據現代城市中交通信號機的發展狀況，并針對交通信號機的整體硬件的要求，給出了交通信號機的各部分硬件構成，來滿足城市交通信號控制的需求。

隨著科技的發展和社會交通量的日益增大，還可對該交通信號機系統的硬件部分進行升級和擴展，以滿足更高的交通控制的需求。

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