單片機(jī)在交通系統(tǒng)中應(yīng)用

高俊娟

華北機(jī)電學(xué)校 山西長治 046000

伴隨著人民生活水平的逐步提高，汽車已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶，而我國城市化進(jìn)程的加快，也使得城市交通的弊端日益凸顯。針對這一難題，各地紛紛出臺相關(guān)政策，但效果并不理想，因此多功能交通燈的設(shè)計顯得尤為重要。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，城市道路交通的變化與不確定性越來越大，傳統(tǒng)的道路交通控制系統(tǒng)已不能滿足城市發(fā)展的需要。為了解決這個問題，本文設(shè)計了一個基于單片機(jī)的交通信號燈智能控制系統(tǒng)，并通過實驗進(jìn)行了驗證。為此，本論文在對基于 UTC智能代理的城市交通交叉口進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計了一種具有交通流量監(jiān)控和車燈時間智能加減的城市交通交叉口智能控制系統(tǒng)。

ITS的目標(biāo)是通過對交通系統(tǒng)和城市實際情況的智能處理，減少交通擁擠等特殊情況，提高交通效率。采用串行/并行通信方式對系統(tǒng)進(jìn)行控制。先用外部傳感器采集交通數(shù)據(jù)（實驗設(shè)計考慮實驗室條件，采用關(guān)鍵電路作為輸入信號），再用單片機(jī)Stc89c51rc響應(yīng)控制信號，結(jié)合內(nèi)部算法輸出控制信號，通過數(shù)字管和 led調(diào)整實現(xiàn)智能交通控制。

1 總體方案設(shè)計

本文所設(shè)計的智能交通控制系統(tǒng)可以看作一個簡單算法。實際上，十字路口會遇到一些特殊情況。通過控制交通信號燈時間比，可以減少車輛的總停留時間。主要包括：主控電路、驅(qū)動顯示電路、數(shù)碼管顯示電路、按鈕控制電路、交通信號電路等。圖1是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖

本系統(tǒng)通過相應(yīng)的功能鍵向主控電路發(fā)送信號。在流量檢測模塊的功能中，首先通過停頓鍵停止試驗，選擇K4鍵，確認(rèn)為流量檢測模式，然后通過相應(yīng)的加減鍵完成流量信息的傳遞，當(dāng)流量達(dá)到 if語句條件時執(zhí)行時間加減。此外，夜深時，系統(tǒng)模式會發(fā)生變化，每個路口的黃燈都會閃爍，這不僅能促使司機(jī)減速，還具有警示作用。日間作業(yè)是利用紅外線感應(yīng)實時檢測東西和南北方向的交通流量，并利用單片機(jī)對交通系統(tǒng)進(jìn)行自動控制，使系統(tǒng)能根據(jù)交通流量在各個方向上自動調(diào)節(jié)交通信號燈時間，合理延長直向和大向交通信號燈時間，減少小方向交通信號燈時間（設(shè)置后雙向左轉(zhuǎn)綠燈時間不變），有效提高車輛通行率，保障城市道路暢通。夜間的工作模式是關(guān)閉交通控制系統(tǒng)，讓黃燈閃爍，保證車輛能在少時快速通行。白天和夜間工作模式可以自動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的時間視地點的實際情況而定（例如，上午6點到白天工作模式；上午2點到晚上工作模式）。另外，當(dāng)有急救車經(jīng)過并且方向是紅色的時候，可以按下控制按鈕，強(qiáng)制該方向的綠燈亮，其他方向的紅燈亮，以保證急救車安全、有序的通過。急救車通過后，再次按控制鍵，恢復(fù)到原來的運行狀態(tài)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

針對系統(tǒng)存儲、計數(shù)等方面的要求，選擇了一臺stc89c51rc單片機(jī)作為微處理器，并選擇了12個紅、綠、黃三基色發(fā)光二極管作為信號電路，其中數(shù)字管顯示電路為4個雙數(shù)碼管，分別安裝在各個路口，構(gòu)成系統(tǒng)硬件設(shè)計。

2.2 主電路

增強(qiáng)了51單片機(jī)Stc89c51rc的基本功能。微處理器的高速時鐘頻率完全符合實驗要求。它包含8位 CPU和只讀的程序存儲器。由于具有豐富的插針結(jié)構(gòu)和聯(lián)機(jī)系統(tǒng)編程（ISP）功能，這些豐富的配置將使程序的存儲和調(diào)用更加方便。因此選用其為系統(tǒng)的主控電路。

2.3 驅(qū)動顯示電路

單片機(jī)驅(qū)動電流小，不能滿足數(shù)碼管顯示亮度的要求。本論文設(shè)計了74hc245的三態(tài)八輸出驅(qū)動電路。驅(qū)動顯示電路包括74hc245解碼器和漏極阻抗。

2.4 按鍵控制電路

本設(shè)計共引用5個按鍵分別對應(yīng)現(xiàn)實環(huán)境下的不同模式，如：緊急避讓模式、深夜模式、人行中斷模式、時間加減模式、車流量檢測模式。

K0是緊急避讓模式。檢測車輛頻率后，用K0鍵替換傳感器，向單片機(jī)發(fā)出高電壓脈沖。應(yīng)急啟動后，路口交通燈變?yōu)榧t燈，普通車輛停止行駛，特殊車輛允許快速通行。專用車輛通過后，系統(tǒng)調(diào)整到正常模式。

K1是夜間模式。夜車開動時，K1外鍵對 MCU產(chǎn)生外脈沖，交通燈變黃，行車減速。

K2是行人阻斷模式。按K2時，啟動行人中斷模式。走過紅燈街道，行人碰了行人鑰匙。步行者按動按鈕后路燈倒計時縮短為8秒，相應(yīng)的路燈綠燈倒計時縮短為8秒。

K3是一種加減法。從壓力傳感器傳回的數(shù)據(jù)來看，當(dāng)流量超過設(shè)定的最大值時，傳感器向系統(tǒng)發(fā)出高壓數(shù)字信號，以減少大流量交匯處的紅燈時間。理論上，當(dāng)交通流量超過100時，紅燈時間會減少15秒，而另一邊會增加15秒。

K4，車流檢測模式。為了便于對測試結(jié)果進(jìn)行分析，本文采用加減鍵代替紅外傳感器進(jìn)行檢測。按下K4鍵進(jìn)入車流檢測模式，再按下車流加減鍵，當(dāng)南北方向車流檢測值為東西方向車流檢測值的兩倍時，將縮短南北方向紅燈時間、綠燈時間和東西方向綠燈時間。第一個仿真試驗基于真實車流檢測，靈活、智能，能夠在短時間內(nèi)準(zhǔn)確地調(diào)整信號，避免了信號的機(jī)械性和重復(fù)性問題，對交通管理有很好的效果。

2.5 看門狗電路

為了消除信號處理的干擾，設(shè)計了看門狗電路。為了防止程序死亡或進(jìn)入死循環(huán)，看門狗硬件電路必須增加。

3 軟件仿真與程序設(shè)計

3.1 軟件仿真

根據(jù)資料手冊和各元件原理圖，完成了電路原理圖的模擬調(diào)試，并繪制了線路圖。通過測試，運行結(jié)果達(dá)到了預(yù)期設(shè)想，并有效地實現(xiàn)了各個模塊的功能，進(jìn)一步驗證了電路的設(shè)計。圖2給出了軟件模擬電路。

3.2 程序設(shè)計

本次設(shè)計是用 C語言編寫的。編程時，調(diào)用子程序進(jìn)行編程，其中，鍵盤電路通過設(shè)置程序控制 p.3端口的信號輸入和控制地面；數(shù)碼管通過控制 p.0端口的高低信號來實現(xiàn)數(shù)碼管顯示，還包括紅綠燈電路程序、抖動消除程序和延遲程序。圖3是中斷程序流程圖。

圖2 軟件仿真電路

圖3 中斷程序流程圖

4 結(jié)語

本文的研究內(nèi)容是基于stc89c51rc的智能交通系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。用于替代傳感器信息的關(guān)鍵電路，向單片機(jī)發(fā)送數(shù)字信號。并且通過系統(tǒng)程序設(shè)計，實現(xiàn)了交通信號燈的智能控制，有效地控制了交通。本文的研究目的在于為學(xué)生提供一個模擬的環(huán)境平臺，為相關(guān)的交通管理部門進(jìn)行智能控制提供一些思路，從而使交通管理更加高效、合理。