AT89C52單片機(jī)為控制器的多功能交通燈控制系統(tǒng)

汽車數(shù)量越來越多，而現(xiàn)在的紅綠燈處的交通燈模式采用的是定時(shí)控制，由于車流量是隨時(shí)變化的，當(dāng)此時(shí)沒有車通過，而相對(duì)的車要等到此方向的綠燈結(jié)束顯示紅燈才能通過，在時(shí)間和空間方面的應(yīng)變性能較差，這樣不僅浪費(fèi)了時(shí)間，還使得相對(duì)方向的車輛造成“堵車”現(xiàn)象。要想解決城市紅綠燈處的“大堵車”現(xiàn)象，改善原有的紅綠燈處交通燈控制系統(tǒng)是很有必要的。

本文以AT89C52單片機(jī)為控制器的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過紅外接收器接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)特種車輛(119、120等)自動(dòng)放行;通過車輛檢測電路采集路況信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后，分配各車道的綠燈時(shí)間，實(shí)現(xiàn)車流動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，LED數(shù)碼管顯示通行倒計(jì)時(shí);系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時(shí)間手動(dòng)設(shè)置、可倒計(jì)時(shí)顯示、急車強(qiáng)行通過、車流量檢測及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能。

1、交通控制系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計(jì)及原理

該交通燈控制系統(tǒng)用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，接入的LED數(shù)碼管就可顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，同時(shí)接上蜂鳴器。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測模塊、違規(guī)檢測模塊和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊、LED倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體框圖

2、系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及工作原理

本設(shè)計(jì)選用AT89C52單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊，8個(gè)LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號(hào)，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成：單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集車流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，語音提示器組成。其具體的硬件電路總圖如圖2所示。

圖2 總體設(shè)計(jì)電路圖

其中P0，P2用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，RESET引腳接上復(fù)位電路，P3.3即INT1接違規(guī)檢測電路和P3.2即INT0接緊停/東西時(shí)間設(shè)置鍵J，P0.6，P0.7接車流量檢測電路，P3.6接南北時(shí)間設(shè)置鍵S，P3.7接自動(dòng)模式選擇/返回鍵F，P3.4接語音提示器。系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時(shí)間自動(dòng)和紅綠燈時(shí)間設(shè)置。若此時(shí)F鍵按下，則為自動(dòng)模式，若此時(shí)按下的是S鍵，則為時(shí)間設(shè)置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設(shè)置好兩個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間，再按F鍵確認(rèn)。其實(shí)這個(gè)過程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。

接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時(shí)間值送顯P0口和用P2口來選通LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時(shí)以50ms為周期，用軟件方法計(jì)時(shí)1s，到達(dá)1s就要將時(shí)間值減1，刷新LED數(shù)碼管。

時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值，開啟兩個(gè)外部中斷，其一為違規(guī)信號(hào)或禁停信號(hào)輸入，一旦信號(hào)有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測信號(hào)輸入，若檢測到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲(chǔ)車流量的計(jì)數(shù)器加1，然后中斷結(jié)束返回。

3、各控制模塊

3.1、車檢測模塊

本設(shè)計(jì)采用視頻圖像的車流量檢測，基本思想是視頻圖片中每條車道上設(shè)置一個(gè)固定區(qū)域作為虛擬的檢測線，對(duì)該區(qū)域內(nèi)圖像進(jìn)行處理，完成對(duì)車輛信息的獲取，車流量檢測工作原理圖和車流量檢測圖分別如圖3和圖4所示。

圖3 基于視頻圖像的車流量檢測工作原理

圖4 基 于視頻圖像的車流量檢測圖

3.2、信號(hào)燈模塊

信號(hào)燈用來顯示車輛通行狀況，對(duì)于一個(gè)十字路口，每個(gè)路口的信號(hào)的的轉(zhuǎn)換順序?yàn)椋壕G——》黃——》紅，綠燈的最短時(shí)間為20秒，最長時(shí)間為40秒，紅燈最短時(shí)間為25秒，最長時(shí)間為45秒，黃燈時(shí)間為5秒。

圖5 交通信號(hào)燈運(yùn)行狀態(tài)

3.3、時(shí)間顯示模塊

在交通信號(hào)燈的正上方安裝一個(gè)顯示綠燈通行時(shí)間，紅燈等待時(shí)間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路。由于東往西、西往東方向顯示的時(shí)間相同，南往北、北往南方向顯示的時(shí)間也相同，所以只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數(shù)碼管可以時(shí)間的時(shí)間為0～99秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求，數(shù)碼管連接方法如圖6所示。

圖6 數(shù)碼管連接方法

3.4、緊急轉(zhuǎn)換模塊

當(dāng)有特殊車輛(如119、120)急需通行時(shí)，文中設(shè)計(jì)了緊急通行開關(guān)，當(dāng)特種車輛到來時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉所有綠燈，讓特種車輛通過。設(shè)計(jì)中特種車輛可采用紅外線發(fā)生器為發(fā)信器，用實(shí)時(shí)中斷來響應(yīng)特種車的通行要求。紅外接收器采用的是一體化紅外接收器，具有靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)的性質(zhì)。紅外遙控接收電路原理框圖如圖7。

圖7 紅外接收原理框圖

3.5、違規(guī)檢測電路及模擬

在紅燈和黃燈期間，車輛是禁行的，為了對(duì)那些違反規(guī)則的車輛進(jìn)行檢測，可使用超聲波車輛傳感器。但是，用于受到條件的限制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只是使用了普通光敏二極管。

圖8 違規(guī)檢測電路

4、結(jié)束語

基于單片機(jī)的多功能交通燈控制系統(tǒng)充分利用AT89S52單片機(jī)芯片的功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡便、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、程序可靠，實(shí)現(xiàn)了各種情況下交通燈的正常指示和倒計(jì)時(shí)功能，應(yīng)用此系統(tǒng)可簡便靈活地通過遙控的方式調(diào)整十字路口的控制參數(shù)，使緊急車輛及時(shí)順利通過，更重要的是本系統(tǒng)在此過程中還很好的完成了對(duì)交通燈的故障檢測，有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。