單片機在大型十字路口交通燈設計中的應用

摘 要：隨著人們生活水平的提高，汽車已經成為了一種大眾消費品，這使人們對交通安全更加關注。而十字路口的交通燈是交通安全的重要組成部分，本文針對大型十字路口的交通燈控制進行說明，并且提出使用單片機在開環系統中進行控制，將大型十字路口中的交通燈的控制和設計進行分析，使其具備良好的指導作用，望廣大同行給予肯定。

關鍵詞：轉向；單片機；交換

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

交通安全是城市發展的前提，所以在交通等設計中，將大規模集成電路作為了主要的發展內容，并且在計算機的應用中使功能性得到提高。在這其中單片機是整個交通等設計系統中的重要分支，并且單片機承擔著主要的系統控制，從信息采集到分析、處理、發布，本文以十字路口的交通燈設計為例，將單片機的主要控制方法進行分析。

一、某大型十字路口中交通等的設計標準

本路口處于某市的主要交通干道，隨著新道路開通，增添了本路口，其設計標準如下：交通等的縱向和橫向交通燈的交換時間被設定為60秒，進行一次交換。交通等設有紅黃綠三種等，在紅燈向綠燈轉換時，需要在黃燈處停留6秒。如果其他方向路口有等車現象，黃燈時間縮短到3秒。當有突發事件時，救援車輛路口為路燈，其它方向都為紅燈，當救援車輛通過時，交通燈需要自動恢復。

以上為交通燈的設計標準，在這以前提下我們需要對系統提出要求，要求其必須具備以下幾個特點。交通燈系統屬于沒有反饋的開環控制系統，車流量控制整個路燈指示，這就要求單片機處于一種自動開關的狀態，同時單片機在交通燈控制中還發揮控制器作用，這使其處于一個開關輸出量。在程序運行的過程中，同一方向能夠申請另一方向使其自動終止綠燈，能提前讓本方向車通過。但是需要在一方面無車輛6秒以上。系統設置有非屏蔽中斷功能，當救援車輛在通過信號的同時，可以提前通過開關的形式接受到中斷信號，這種中斷形式屬于非屏蔽中斷。

二、交通燈控制系統硬件配置

CPU為整個系統的核心構件，其運行速度不得小于3.0GHz，這樣才能保證其對信號的接收和控制。讀存儲器必須具備足夠的容量，要使其能夠儲存廠家設置好的單片機運行程序。隨機讀寫器要能夠做到即時存儲，要能夠控制隨時記錄的交通同燈信息。系統控制顯示器可以選擇LED顯示器，并且在編制程序的過程中，可以使存儲內容，和信息正確性得到體現。系統的橫向芯片是并行輸入/輸出接口，使用其中的P橫向口和P縱向口，它們都有8個并行引出線作為輸入和輸出的端線。REL為繼電器板，其中有6個繼電器接P橫向口的6條輸出線，用于控制橫向和縱向的交通燈；G縱向或門板是一個門電路組件，其中裝有兩個輸入口，分別檢測橫向和縱向的狀態。整個系統能夠為4個街口有緊急車輛通過的公共輸入端口。

三、系統的工作過程

首先可以以橫向綠燈為標準，先為亮，保證橫向通行，而縱向為紅燈，保證其不通行。當60秒后就進入了一個循環當60秒過去后縱向就要為綠燈，橫向為紅燈，這時證明路口的系統設計正常，可以進行車輛運行。如果在橫向綠燈亮而縱向紅燈亮時，橫向在6秒鐘內沒有檢測到車輛通行，而縱向有車輛在等待時就可以依照程序進行轉跳，這使信號會按照橫向綠燈滅而縱向紅燈滅；橫向黃燈和縱向黃燈亮3秒；橫向紅燈亮而縱向綠燈亮，同時橫向、縱向黃燈滅。這時，如果縱向的車輛要通行，并且保證程序為正常循環時，過60秒系統就會轉為橫向車輛通行。如果在同一時刻有救援車輛，無論任何方向，都會直接轉換給救援車輛車道為綠燈。這時黃燈轉換，橫向、縱向方向直接亮起紅燈，幾個車道全為禁止通行。

四、系統軟件設計

根據上面設計的交通規則，可以設計出下面的流程；程序開始后，就對橫向進行測試，如果橫向，表示橫向有車要求通過，則程序轉至系統程序端并且輸出燈色模式橫向；否則轉至信息收集端并且輸出燈色模式縱向。如果橫向、縱向都沒有車輛通過時，則對系統繼續進入循環測試，同時維持原來的輸出狀態不變。在循環測試的過程中，如果檢測到某一方向有車通過，則橫向（或者縱向）=1，其控制流程為圖中的左半部分（或者右半部分）。當有緊急車輛通過時，CPU的非屏蔽引腳NMI為低電平，則進入緊急車輛程序。緊急車輛通過以后，程序就會進入控制流程。

五、相關指標分析

十字路口中，如何實現交通燈兩點完整、準確的完成交互，就成為了整套系統的重點。雖然交通等在轉化過程中將各個方面都加入了考慮范圍，所以在控制燈進行轉換中，單片機發揮了重大的作用，同時在季節不同的情況下。交通燈的兩點時間必須能夠自行改變。但是一個開環控制系統中，所有數據都是被事先設定好的，這就說明不能通過單一改變參數的方法來改變燈亮的時間，需要設定一個人機互換，所以提倡使用計算機設置的方法來完成電亮時間的調整。同時在顯示中必須和定時器設定出相應的程序，最后轉化為LED顯示倒計時。

但是正如本交通燈在設計原則中要求的那樣，遇到緊急事件時，系統必須自動為緊急問題方向的車道讓路，除了救援車輛行駛方向外，其它的燈都必須保證紅燈，并且能夠使救援車輛能夠順利通過，當車輛通過后。紅燈必須馬上中斷，同時還要使系統具備有線中斷能力，要視交通堵塞的情況而定，在交通等進行自動調整的過程中，交通等的紅綠燈在點亮和熄滅中要保證一定的時效性。繁忙方向的紅綠燈點亮時間要適當縮短。而在空閑時間需要合理加長。我們在實際設計中針對紅綠燈的亮和熄滅時間進行合理的調整，要保證系統具備24小時時鐘功能，這樣就能最大程度的時高峰期和正常時間段進行區分。

六、結束語

本文以某個單片機為例，但是需要說明的是單片機不只有這一種信號，在數據信息爆炸的當代，軟件系統設計出的程序可以完成實行多交通燈的控制，這使單片機在應用方面有著更加廣闊的前景。

參考文獻：

[1]王曉萍，陳嫄嫄.單片機在十字路口交通燈控制系統中的應用[J].十堰職業技術學院學報，2010（06）.

[2]楊欣宇，朱恒軍，趙碩.基于AT89C51的實時交通監控系統的研究與模擬[J].微計算機信息，2007（05）.

[3]楊宇，曾謝華，佟云峰.基于RTX51實時操作系統的交通燈控制應用[J].昆明冶金高等專科學校學報，2011（03）.