基于單片機(jī)的交叉口信號(hào)機(jī)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：本文研究目前十字交叉口的交通燈布置情況，設(shè)計(jì)了一種基于AT89C52的單片機(jī)控制的信號(hào)機(jī)系統(tǒng)。文中給出了系統(tǒng)的軟件和硬件實(shí)現(xiàn)及控制流程，能實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈的模擬控制功能。

關(guān)鍵詞：AT89C52;交叉口;交通仿真

1 背景

在我國城市的道路交通控制中，十字路口設(shè)置的交通信號(hào)機(jī)隨處可見，并且大部分還具有倒計(jì)時(shí)顯示功能，它們的設(shè)置保證了交叉口的車輛和行人能夠遵循一定的交通規(guī)則順利通過交叉口，從而保證交叉口不發(fā)生擁堵。十字路口的交通信號(hào)燈是作為交通流控制常見的設(shè)備，目前，它們的控制和管理主要是依靠位于路旁的控制機(jī)柜直接控制的，基于這種思路，本文設(shè)計(jì)了一種信號(hào)機(jī)控制仿真系統(tǒng)，能模擬實(shí)際的信號(hào)機(jī)的顯示，為教學(xué)和演示提供方便，本文利用單片機(jī)作為該系統(tǒng)的控制核心設(shè)備，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的信號(hào)機(jī)的仿真控制系統(tǒng)，能模擬實(shí)現(xiàn)交叉路口的交通控制。[1，2]

2 設(shè)計(jì)架構(gòu)

本文實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件以單片機(jī)為核心，主要是對(duì)于仿真模擬平臺(tái)的搭建，軟件主要涉及軟件控制流程與控制思想的設(shè)計(jì)。具體的架構(gòu)如下：

2.1 硬件架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的硬件架構(gòu)分為以下幾個(gè)模塊：（1）顯示模塊。顯示模塊包括信號(hào)燈顯示以及倒計(jì)時(shí)顯示模塊，[3，4，5，6]信號(hào)燈顏色順序每個(gè)方向從左到右一次排列為綠黃紅，信號(hào)燈采用三種不同顏色的二極管來構(gòu)成，倒計(jì)時(shí)為采用數(shù)碼管顯示方式進(jìn)行顯示，它們一起組合設(shè)置于信號(hào)機(jī)架上。（2）單片機(jī)控制模塊。本系統(tǒng)選用的單片機(jī)使用AT89C52單片機(jī)，這種類型的單片機(jī)具有在線編程功能，電路連接簡(jiǎn)單，系統(tǒng)工作穩(wěn)定和功能多等特點(diǎn)。（3）電源模塊。單片機(jī)的供電模塊采用電壓變換電路，轉(zhuǎn)換成AT89C52單片機(jī)使用的12V電壓。對(duì)于信號(hào)燈和倒計(jì)時(shí)顯示模塊的供電電源也采用此種方式實(shí)現(xiàn)。[7]（4）交叉口平臺(tái)。搭建交叉口的十字路口硬件模擬平臺(tái)，在上面布置交通燈、倒計(jì)時(shí)模塊以及十字交叉口的仿真模擬路面等，在模擬平臺(tái)盒體內(nèi)部設(shè)置單片機(jī)及布線及供電電源，且平臺(tái)容易打開取出內(nèi)部的單片機(jī)芯片，方便容易對(duì)單片機(jī)芯片內(nèi)部程序進(jìn)行更改。

2.2 軟件架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的軟件主要是為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的顯示以及倒計(jì)時(shí)功能，本文系統(tǒng)為各個(gè)相位的信號(hào)燈顯示配備相應(yīng)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，并且循環(huán)進(jìn)行切換。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件的實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)如圖所示，在一個(gè)交叉口的四個(gè)方向均設(shè)計(jì)了信號(hào)機(jī)柱，信號(hào)燈和計(jì)時(shí)器均設(shè)置于機(jī)柱上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交叉路口四個(gè)方向的控制，各個(gè)方向的計(jì)時(shí)功能均采用倒計(jì)時(shí)方式來實(shí)現(xiàn)，如圖所示為設(shè)備平面圖，本文設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

3.2 軟件的實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的軟件流程如下圖所示：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，使得南北方向顯示綠燈，并且倒計(jì)時(shí)顯示，等倒計(jì)時(shí)完綠燈顯示后，顯示3s黃燈，使得南北方向顯示紅燈，而東西方向的燈光顯示剛好和南北方向的顯示是相反的。

本文設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)是控制東西南北方向的燈光顯示以及倒計(jì)時(shí)器的顯示情況的，我們將該程序分為兩個(gè)相位，南北相位與東西相位，[8]我們假設(shè)南北相位為相位1的配時(shí)，東西相位為相位2的配時(shí)，設(shè)計(jì)初始程序中的配時(shí)情況為相位1為綠燈時(shí)間顯示為45s，相位2的紅燈時(shí)間為48s，其中在顯示綠燈及倒計(jì)時(shí)信息為0后，該相位繼續(xù)保持3s的黃燈顯示并倒計(jì)時(shí)3s，這樣就能保證在最后幾秒的綠燈車輛順利通過交叉口，隨著倒計(jì)時(shí)器的顯示，信號(hào)燈的顏色也進(jìn)行了相應(yīng)的變換，從而模擬十字交叉口的信號(hào)機(jī)的變換情況。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的十字路口交通燈控制模擬控制系統(tǒng)，能夠模擬十字交叉口的交通配時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)性好，可操作性強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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[8]劉建科.基于VHDL交通控制器的設(shè)計(jì)及仿真[D].青海師范大學(xué)，2011.

作者簡(jiǎn)介：王青苗（1989-），女，碩士，助教，研究方向：城市軌道交通控制。