基于单片机的交通灯控制系统设计

摘要：本文设计了一种基于AT89C51单片机芯片的交通信号灯控制系统该系统除具有交通灯控制功能外，增加了现场实时控制及交通信号灯故障检测功能，提高了交通灯的智能化、可靠性和实用性，可有效提高交叉口的车辆通行能力。

如今，红绿灯安装在各个路口，成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。这一技术但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其设计过于死板，红绿灯交替变换时间过于程式化，达不到道路的最大通行效率是最明显的问题。

文中研究的是以AT89C52单片机为控制器的交通灯控制系统，该系统通过红外接收器接收信号实现特种车辆(119、120等)自动放行;通过车辆检测电路采集路况信号，经单片机处理后，分配各车道的绿灯时间，实现车流动态调节，LED数码管显示通行倒计时;系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能。

1 交通控制系统的总体框图设计及原理

该交通灯控制系统用单片机直接控制信号灯的状态变化，接入的LED数码管就可显示倒计时以提醒行使者。本系统在此基础上加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据，同时接上蜂鸣器。本设计以单片机为控制核心，连接成最小系统，由车流量检测模块、违规检测模块和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块、LED倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。系统的总体框图如图1所示。

2 系统硬件总电路构成及工作原理

本设计选用AT89C52单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，车流量检测传感器采集流量数据，光敏传感器捕获违规信号，若干按键组成时间设置和模式选择按钮和紧急按钮等，以及用1个蜂鸣器进行报警。

系统硬件电路构成：单片机为核心，组成一个集车流量采集、处理、自动控制为一身的闭环控制系统。系统硬件电路由车流量检测电路、单片机、违规检测电路，状态灯，LED显示，按键，语音提示器组成。其具体的硬件电路总图如图2所示。

其中P0，P2用于送显两片LED数码管，P1用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，RESET引脚接上复位电路，P3.3即INT1接违规检测电路和P3.2即INT0接紧停/东西时间设置键J，P0.6，P0.7接车流量检测电路，P3.6接南北时间设置键S，P3.7接自动模式选择/返回键F，P3.4接语音提示器。系统上电或手动复位后，系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置。若此时F键按下，则为自动模式，若此时按下的是S键，则为时间设置模式，依次按S若干次，J键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间，再按F键确认。其实这个过程就是将存储时间值的寄存器进行设置，以及标志是否要进行车流量检测及调整。

接下来，系统必须先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P1口，将要显示的时间值送显P0口和用P2口来选通LED数码管的显示导通，在此同时以50 ms为周期，用软件方法计时1 s，到达1 s就要将时间值减1，刷新LED数码管。

时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值，开启两个外部中断，其一为违规信号或禁停信号输入，一旦信号有效，中断开始，进入中断服务子程序，开启蜂鸣器禁止全部通行，当按下F键，中断结束返回。其二为车流量检测信号输入，若检测到车辆经过，进入相应的中断子程序，将存储车流量的计数器加1，然后中断结束返回。

3 各控制模块

3.1 车检测模块

本设计采用视频图像的车流量检测，基本思想是视频图片中每条车道上设置一个固定区域作为虚拟的检测线，对该区域内图像进行处理，完成对车辆信息的获取，车流量检测工作原理图和车流量检测图分别如图3和图4所示。

3.2 信号灯模块

信号灯用来显示车辆通行状况，对于一个十字路口，每个路口的信号的的转换顺序为：绿——>黄——>红，绿灯的最短时间为20秒，最长时间为40秒，红灯最短时间为25秒，最长时间为45秒，黄灯时间为5秒。

3.3 时间显示模块

在交通信号灯的正上方安装一个显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路。由于东往西、西往东方向显示的时间相同，南往北、北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以时间的时间为0～99秒完全可以满足系统的要求，数码管连接方法如图6所示。

3.4 紧急转换模块

当有特殊车辆(如119、120)急需通行时，文中设计了紧急通行开关，当特种车辆到来时能自动关闭所有绿灯，让特种车辆通过。设计中特种车辆可采用红外线发生器为发信器，用实时中断来响应特种车的通行要求。红外接收器采用的是一体化红外接收器，具有灵敏度高和抗干扰能力强的性质。红外遥控接收电路原理框图如图7。

3.5 违规检测电路及模拟

在红灯和黄灯期间，车辆是禁行的，为了对那些违反规则的车辆进行检测，可使用超声波车辆传感器。但是，用于受到条件的限制，本系统设计中只是使用了普通光敏二极管。

4 结束语

基于单片机的多功能交通灯控制系统充分利用AT89S52单片机芯片的功能，提高了系统的可靠性和稳定性，系统设计简便、实用性强、操作简单、程序可靠，实现了各种情况下交通灯的正常指示和倒计时功能，应用此系统可简便灵活地通过遥控的方式调整十字路口的控制参数，使紧急车辆及时顺利通过，更重要的是本系统在此过程中还很好的完成了对交通灯的故障检测，有较强的实际应用价值。