基于交通燈控制系統設計

張克旬 趙永禮 李開

摘 要：近年來隨著科技飛速發展，單片機的應用正在不斷深入，傳統控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中，單片機往往作為一個核心部件來使用，但僅單片機知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及與具體應用對象軟件結合，這樣才能給人們帶來更有價值的應用。

經濟的發展使車輛越來越普遍，因此，人、車的通行秩序的維持，就要依靠交通信號燈的自動指揮系統。交通信號燈控制方式有很多。交通燈控制系統通常要實現自動控制，本系統采用MCS-51系列單片機AT89S52為中心器件來設計交通燈控制器，以共陽極雙位數碼管顯示倒計時間，實現了能根據實際車流量設置紅綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環點亮，倒計時剩2秒時綠燈閃爍示警，另外，可以通過按鍵分別實現緊急模式和夜間模式以達到智能和節能的效果。系統整體電路包括單片機最小系統、交通信號燈模塊和顯示電路模塊，將以上模塊綜合連接起來，以實現整體系統功能。軟件部分則采用KEIL C語言編程，使單片機的中斷和計時功能，用以實現所設想功能。本系統設計周期短、可靠性高、實用性強、操作簡單、維護方便、擴展功能強。

關鍵詞：單片機；交通燈；數碼管

0 引言

目前設計交通燈的方案有很多，有應用PLC實現對交通燈控制系統的設計，有應用單片機實現對交通信號燈設計。由于AT89S52單片機自帶有2個計數器，6個中斷源，且其I/O口作為輸出時，具有較大的吸收電流能力，可直接驅動數碼管，能滿足系統的設計要求。用單片機設計不但設計簡單，而且成本低，用其設計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設計交通燈。

1 各模塊選擇

1.1 控制：采用AT公司的單片機AT89s52作為控制器。單片機運算能力強，軟件編程靈活，自由度大。它是MCS-51系列單片機的派生產品，在指令系統、硬件結構和片內資源上與標準8052單片機完全兼容，使用時容易掌握；采用AT89s52單片機穩定可靠、應用廣泛、通用性強，在系統/在應用可編程。

1.2 顯示：用七段LED數碼管完成倒計時顯示，用LED燈作為狀態燈指示功能。

1.3 輸入：直接在I/O口線上接上按鍵開關。因為設計時精簡和優化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用兩個按鍵，分別是K1、K2。

1.4 電源：采用獨立的穩壓電源，采用USB供電為整個系統供電，它具有多路電源輸出，此方案的優點是穩定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源。

1.5 設計要求：

①把設計任務細化為四個狀態，其對應狀態如表1：

2 系統整體電路

①AT89S52單片機作為系統核心器件，通過各個I/O口控制和驅動整個系統。

②P0口的第一到第四引腳控制數碼管的位選，然后經過三極管輸出高電平傳輸到雙位共陽數碼管進行選通，P2口的第一到第七引腳用于控制數碼管的片選。

③P1口的六個引腳分別控制六個表示紅綠黃信號燈的LED二極管的亮與滅。

④根據十字路口車流量的大小調節車輛通行的時間。

⑤設置緊急按鍵用以處理緊急情況。通過外部中斷1實現，P3.3用于檢測相應信號。

⑥設置夜間模式按鍵，從節省能源的角度考慮。通過外部中斷1實現，P3.2用于檢測其信號。

3 軟件主流程圖

圖2所示為正常模式下的流程圖，其實現的主要功能是顯示十字路口倒計時顯示，當有按鍵按下的時候系統將進行自動掃描確定按鍵的值，然后進行判斷對應的狀態進行執行，包括特種車輛的通行（緊急模式）和節能模式（夜間模式）。

3.1 緊急狀態子程序

在正常情況下，首先要進行判斷緊急模式控制按鍵是否按下，要是按下則進入緊急模式（所有紅燈亮），否則狀態正常運行，當進入緊急模式后，再次判斷緊急模式按鍵是否按下，只有再次按下時才能轉為正常狀態，否則，仍處于緊急模式（所有紅燈亮）狀態。

3.2 夜間狀態子程序（圖4）

在夜間模式下，只有通過按鍵才能使所有的黃燈亮。再次按鍵后轉為正常運行狀態。

3.3 軟硬件測試結果分析

由于經驗不足，電路板設計過程中不能正常實現要求，需要在生產電路板時由廠家進行檢測后略微進行改動，經過幾次調試終于出現了正確結果。

以下是當中出現的問題：

①制作PCB板時邊界處由于沒有注意到設置成了具有電氣性的。

②制作PCB時由于排版不當導致生產PCB板廠家退回一次。

③焊接過程中出現相鄰焊盤之間聯通導致電路無法運行，檢查和更正后終于可以正常運行。

④在用Proteus軟件進行電路仿真時不能正常仿真出來， Proteus軟件中的電路和實際中的電路有一定差距，有時一個電阻的缺失就可能出現不能進行高低電平的切換。

4 結論

傳統交通燈的基本功能為：東西南北方向倒計時單元顯示時間，通行時間可以調節，使得行車繁忙時間段與行車清淡時間段行車時間可調，改善了交通問題。

本次設計在原有基礎上，增加了緊急通行按鍵、轉換夜間模式按鍵。

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作者簡介：

張克旬，男，1989.8.5，河北保定人，漢族，計量工程師，研究計量方面知識。