基于單片機的交通燈設計

馬云鵬

摘 要：隨著人類社會進步，全球經濟的發展，人們生活水平的不斷提高，近年來機動車數量出現了爆發式的急劇增加，部分城市的交通擁堵的一塌糊涂，給城市的發展帶來了巨大的壓力，交通擁堵問題提上了城市管理者頭疼的問題。但是，城市交通道路的發展速度與汽車數量增長量之間是不匹配的，往往都是城市交通道路的發展滯后汽車的增長數量，這就使城市交通擁堵現象一時難以解決，車輛通行速度也阻礙了城市發展的進程。解決城市交通擁堵的現象，交通燈控制系統發揮著重要的作用，也是交通控制和疏導的主要手段，因此，建立一個安全、可靠、便捷的智能交通燈控制系統迫在眉睫。 本文以解決城市交通擁堵為研究對象，引出智能交通燈控制系統。并對智能交通燈控制系統的核心技術單片機進行介紹，詳細闡述單片機原理、微機原理、微機接口技術等方面的知識，結合單片機仿真系統的使用方法，設計出一套性價比較高的智能交通燈的控制系統，從而來緩解城市交通擁堵的問題。

關鍵詞：單片機；智能；交通燈；設計

井然有序的交通秩序是生活在城市的人和城市管理者迫切希望的，如何能做到井然有序的交通秩序，不僅需要有一系列交通規則貫徹到每個城市人的心目中，而且還需要應用現代化的電子科技手段來緩解交通擁堵加。電子科技手段主要以單片機為核心，通過該機器的應用更好的捕捉到正常時段和突發時段的車流量信息，根據捕捉到的相關信息制定相應的規則，并根據實際情況進行科學的調整，從而建立起城市交通的自動智能化系統。

一、單片機介紹

（一）單片機的含義。單片機是單片微型計算機簡稱，也叫做微控制器或是嵌入式微控制器等，是計算機發展的階段性成果，屬于第四代電子計算機。它把相關的元器件集成在一塊芯片上，適用也是相當廣泛的，在工業工程的過程控制、尖端的智能儀器儀表和電力測控系統的前端裝置均有所應運。

（二）單片機交通控制系統的功能要求。本設計能真實模擬城市基本的交通，并進行控制系統調節，用紅燈表示禁行，綠等表示通行，黃燈表示等待等相關的信號進行引導，還能在一定的時間間隔進行倒計時顯示，并且對車流量檢測，根據檢測結果進行調整，并在不同程度上對交通違規處理和緊急處理等功能。（1）倒計時顯示。倒計時顯示提前給駕駛員一個預警作用，駕駛員根據信號燈燈色發生改變的時間，在“停止”和“通過”兩者間作出判斷并進行合適的選擇。（2）車流量檢測及調整。隨著城市化進程的不斷加快，交通擁擠堵塞現象困擾著城市里面的每個人，交通事故的發生也成直線上升。采用傳感器+單片機+外圍器件相結合的方法對車流量進行檢測，根據檢測結果做出判斷和調整。（3）時間手動設置。上面闡述的方法屬于自動控制調整，除了自動控制調整，還可以通過鍵盤進行人工手動設置，當自動故障和意外發生時，人為的控制是非常有效的，能在第一時間采取應急措施，將風險降到最低。（4）緊急處理。在現如今交通擁堵的大環境下，交通路口時常會出現緊急狀況，如特大的交通事件發生，救護車等急行車通過等，這些緊急狀況時時刻刻關系著公共財產和人民群眾的安全，我們當面臨這些緊急情況時，必須采取必要措施允許其暢通無阻。由此禁停按鍵在交通控制中發揮重要的作用，也能達到想此目的。（5）違規檢測。交通規則必須人人遵守，但是偶爾也會出現違反規則的現象，如闖紅燈等，交警等交通管理人員由于精力有限，并不能做到所有的違反規則都第一時間處理，這樣在路口設置檢測傳感器就能解決上述問題，能進行自動的警報提示并進行警告。

二、交通燈設計中的主要模塊分析

（一）單片機交通控制系統的基本構成。該系統的原理是LED數碼管、顯示器、蜂鳴器相結合的系統。倒計時功能是系統設計的亮點，在使用了過程中進行相應的顯示，接入LED數碼管可以在視覺上更加直觀的提醒行駛者。系統在聽覺也加入了蜂鳴器，對違反規則的行駛者進行不間斷的提醒。通過違規檢測電路和車流量監測電路來完成采集數據。從而實現單片對機車流量的變化情況了如指掌，進而實現單片機控制信號燈的狀態變化。

（二）檢測車流量的方法。這種檢測車流量的方法在一定程度上緩解了交通的壓力。該系統能檢測到監測點的車流量，并且在不同的時段自動調整紅綠燈時間（可設定紅路燈上、下限），這樣潛移默化的大幅提高車輛通過率，霍爾車輛檢測器在每個車道的車輛等待線的前方裝設是不可缺少的，當輛車與傳感器的磁場發生改變，即產生一個電脈沖，將電脈沖送給單片機的計數器，將采集到的數據進行處理，通過先前給計數器設定初始值，用來判別各方向的車輛通行狀況。通過反復的檢測，單次檢測的結果可能不太準確，通過累積計算的方法在一定程度上能確保準確率，這就是真正意義上的“模糊控制”。采用這種控制系統的優點是性價比比其他控制系統要高很多。

（三）檢測車輛違規方法。當交通信號燈出現在紅燈、黃燈時，遵守交通規則的車輛是不能通行的。光敏二極管作為系統的檢測原件，將其安放在停車線上，車輛在前進通過時，與二極管相接處并被擋住，光敏二極管的導通功能就不能實現，當單片機檢測到這種信號時，會進行警報，并第一時間執行相應操作。

在整個檢測車輛時，光敏二極管和三極管是經常用得到的。但一般光敏二極管有其局限性，它的開關特性滿足不了要求，這時三極管就派上了用場，并將其作為開關。三極管在二極管的基礎上進行更新改造，二極管與三極管進行互換，當兩種極管處于不同的導通狀態時，檢測端的電壓也是不一樣的，通過這種方法可以及時有效的檢測違規車輛了。

三、軟件設計

軟件的設計主要是分為如下幾個構成部分：（1）定時設計。定時設計在交通燈時間的顯示中要做到準確無誤，把握規律的基礎上設定一定的時間初始值，然后每秒減1，一直減到0，然后跳轉。所以在現實的操作中系統要實現非常準確的1 s定時。這部分定時設計是基于單片機的內部定時計算器來實現的。這種定時設計不是單單依靠軟件來實現，它是通過硬件和軟件計數的方法實現，并通過一定的計算算法來實現。（2） 定時程序流程。主定時程序和定時中斷服務程序是定時程序的兩個部分，這兩部分每部分都有自己的功效。定時主程序的主要功能是要進行定時器以及計數器的初始化變成，并且通過反復的調用顯示子程序的方法，再等待定時中斷的到來。而定時中斷服務程序流程主要是進行計時操作，程序先判斷技術溢出是否能夠滿足達到1 s的次數。

四、總結

交通控制研究宗旨意在解決人類面臨的交通擁堵帶來生活、工作等方面的不便，但是道路建設的暫時不足與交通工具的快速增長形成反差，在有限的交通道路資源下如何保障車輛井然有序是城市管理者面臨著巨大的考驗。交通燈控制在交通運輸領域起著舉足輕重的作用。本文分析了單片機在智能交通燈控制系統的發揮的作用。它作為核心的控制元器件，功能非常強大，可靠性也比較高，并且能做到隨時的系統更新。

參考文獻：

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[2] 郭循釗，鄺帆，邵平，許宏科. 基于單片機的多功能交通燈控制系統設計與仿真實現[J]. 公路交通技術. 2010（01）