智能交通信號燈控制系統設計

陳東升

摘要：該設計介紹的是以單片機為系統主控單元，再將軟件程序載入來單片機內來實現交通信號燈的智能化控制。該交通燈控制系統是由STC89C51RC單片機，時鐘電路、復位電路、電源電路構成。系統通過數碼管進行顯示，以紅、黃、綠三種顏色的LED燈作為信號指示，采用倒計時的方式實現，模擬真實的交通環境。

關鍵詞：STC89C51RC單片機；交通燈；LED

中圖分類號：U491.51 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0017-01

當今社會中交通已然在城市經濟發展中和人民生活的水平中扮演了一個十分重要的角色。但是隨著車輛的增多，道路擁堵已然成為城市通行的一個難題。本課題研究的范圍主要是交通道路上的交叉路口，在交叉路口設置交通信號燈來智能控制車輛的通行。交叉路口一直是一個交通事故頻發地帶，因此此次的研究范圍主要是交叉路口的交通管理。

1 系統的設計方案

該系統設置在路口來控制東西、南北的倆條行駛車道。當車輛匯集到十字交叉路口時，根據交通燈的顏色變化來進行通行。系統是用單片機來控制其他器件來進行工作。交通燈是用紅色，綠色，黃色的單色發光二極管，需要用12個，每三個不同顏色為一組。每一組和一個2位數碼管組成顯示電路。其工作狀態是當系統得電以后，電路先進行上電復位，然后開始工作。同時考慮到有一些特殊車輛或者交通意外的發生，因此也需要設置一些特殊的功能。交通燈控制原理是根據路口各方向，紅，黃和綠三個顏色的變化來指揮交通，交通規則規定：紅燈：停止通行。綠燈：可以通行。黃燈：警示和提醒，如果該車在黃燈閃爍期間，通過了禁止線，那么可以允許該車輛繼續通行。

2 系統工作原理

單片機對外部設備的控制，本質上是通過I/O端口對設備進行控制，單片機的PO口有兩種功能，可以作輸出或者輸入端口，也可以作為數據總線。在該系統中P0口輸出要加上拉電阻，單片機的P3.0口到P3.3口連接到數碼管上。程序下載到STC89C51RC單片機中。在十字路口的四組紅、黃、綠交通燈中，單片機的P1.0、P1.1、P1.2 控制的是“西”方向上的發光二極管，P1.5、P1.6、P1.7控制的是“東”方向上的發光二極管，P2.0、P2.1、P2.2控制的是“南”方向上的發光二極管，P2.5、P2.6、P2.7控制的是“北”方向的發光二極管。由于單片機工作時是低電平有效，所以電源和端口之間串聯個限流電阻。同時，數碼管也需要通過驅動，由于是共陰極的，所以用P3.0、P3.1連接的是南北方向數碼管的數字（十位和個位），P3.2、P3.3連接的是東西方向數碼管的數字（十位和個位）。當P3.0～P3.3輸出為低電平時，其相對應控制的位會進入電流，這樣對數碼管進行驅動。因此當I/O口輸出為低電平時，數碼管開始進行時間倒計時，其所控制的發光二極管亮。

本次交通燈的功能設計是在對實際的交通環境和要求所定。交通燈系統由單片機作為主控元件，數碼管和LED為通行時間的顯示模塊，還有特殊按鍵等元件構成。

交通燈的功能介紹：（1）系統12個發光二極管和四對LED顯示器（數碼管）。在運行的時候，兩條通行方向上的交通指示燈相互轉換。（2）東西，南北方向的通行時間設定為60S，黃燈閃爍是5S。（3）當綠燈亮的時候，車輛可以通行，當紅燈亮的時候，道路禁止通行，當黃燈閃爍的時候，車輛應當在停止線上等待，如果已經過線，那么可以繼續通過路口。（4）十字路口有時間倒計時顯示，司機可以更清楚的把握時。通行時間的單位為秒。（5）有緊急模式按鍵，當路口發生突發情況或者交通事故的時候，按下按鍵后交通燈的紅燈亮，道路上的車輛禁止通行。（6）有夜間模式按鍵，由于夜晚的車輛較少，司機也常常處于疲憊狀態，按下后黃燈閃爍，讓駕駛者能夠提高精神。（7）交通通行的時間采用倒計時的方式，通行時間可以通過按鍵來針對白天，晚上的不同時段的車流量進行設定。

系統由單片機，數碼管等元件組成.。同時系統的電路還包括復位電路，時鐘電路、晶振電路、中斷電路等。

駕駛方向指示使用LED發光二極管，紅和綠雙色指示放行和禁止，黃燈指示提醒和警示。顯示模塊用倆個數碼管為一組，用4組，顯示的時間00～99。

3 交通燈通行模式

本次的系統通行時間一般定為60s，由于考慮到交通車流量的時段問題，為了使車輛通行順暢，緩減交通壓力。系統設置了調節時間功能，就是能夠調節倆條方向上的通行時間。這個設計點算是本設計上的一個亮點，在交通道路中，有時候會出現一些大路和小路的交叉口，那么這樣的交通燈正好設置在這樣的路口是最合適的。這也是一個交通道路上的控制創新。

4 系統運行狀態

通過對本市交通道路的實地考察和對車流量的分析，遵循交通道路法的規定，進行設計。假設某交叉路口的某時段初始狀態，顯示時間從設定的20s開始：

（1）當東西方向上的交通燈綠燈亮時，該方向道路上的車輛可以正常行駛。南北方向上的交通燈紅燈亮時，該方向道路上的車輛禁止行駛。（2）當數碼管時間顯示為5s的時候，綠燈轉換成黃燈閃爍，車輛應當在停止線后停車等待，當5s后，東西方向的黃燈變成紅燈亮，車輛禁止通行，南北方向的綠燈亮，車輛開始通行。（3）南北方向的時間到5s的時候，綠燈轉換成黃燈閃爍，車輛應當在停止線后停車等待，當5s后，黃燈閃爍變成紅燈亮，禁止通過，同時東西方向的綠燈亮，車輛可以行進。（4）這樣依次替換，進行工作。

5 結語

本課題研究的范圍主要是交通道路上的交叉路口，在交叉路口設置交通信號燈來智能控制車輛的通行。交叉路口一直是一個交通事故頻發地帶，因此此次的研究范圍主要是交叉路口的交通管理。本系統能夠有效的緩解道路交通擁堵，減少事故的頻發，針對其不同的時段來控制其不同的通行時間，從而使道路交通更加順暢。

參考文獻

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