基于一种微控制器的交通信号的控制方案

李 想，姜以涛

（1.陕西国防工业职业技术学院电子信息学院，陕西 西安 710300；2.江苏博世汽车柴油系统股份有限公司，江苏 无锡 214028）

基于一种微控制器的交通信号的控制方案

李 想1，姜以涛2

（1.陕西国防工业职业技术学院电子信息学院，陕西 西安 710300；2.江苏博世汽车柴油系统股份有限公司，江苏 无锡 214028）

根据现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实情，阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。

计时电路；主控电路；信号灯转换器；脉冲信号发生器

随着我国经济建设的发展，城市交通堵塞拥挤已成为越来越突出的问题。交通信号控制的发展趋势已从单交叉口孤立的“点控”模式逐渐发展成为干道上多个交叉口协调控制的“线控”模式和区域范围内若干个交叉口协调控制的“面控”模式。这种趋势迫切需要有一种功能强大的交通信号控制系统的出现。本文正是在这一背景下研制了一种基于AT89S52单片机的交通信号控制机。

1 方案的比较、设计与论证

1.1 电源提供方案

为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了2种电源方案：

（1）方案一。采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂。

（2）方案二。采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。

经综合考虑，我们选择方案二。

1.2 显示界面方案

该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，我们考虑了3种方案：

（1）方案一。完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，无法胜任题目要求。

（2）方案二。完全采用点阵式LED显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符、汉字、图形等。

（3）方案三。采用数码管与点阵LED相结合的方法，因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看，并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。

权衡利弊，方案三可互补方案一、二的优缺点，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。

1.3 输入方案

题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理，我们讨论了2种方案：

（1）方案一。采用8155扩展I/O口及键盘，显示等。

该方案的优点，是使用灵活可编程，并且有RAM及计数器。若用该方案，可提供较多I/O口，但操作起来稍显复杂。

（2）方案二。直接在I/O口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用 4 个按键，分别是 K1、K2、K3、K4。

由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。

2 理论分析与计算

对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内都能达到的最大车流为车流量，用公式：

车流量=车流/时间来表示。设定一些标号如图1所示。

图1 标号设定图

说明：此图上边为北路口灯，右边为东路口灯，下边为南路口灯，左边为西路口灯。因此最终只需写出一组 S1、S2、S3、S4 的逻辑状态表。

3 电路设计图与流程图

图3 流程图

由于LED用来实现红绿灯状态，若直接接在单片机的口线，路口倒计时的显示就不能实现。74LS04的作用是倒相和驱动，其输出的电流大约48mA，实际测试发现足以满足要求，而且发光管也能达到足够的亮度。两组发光管（一组红、一组绿）由于反相器的作用，其逻辑状态恰恰相反。电阻串联的二极管的作用是为了分压，防止因上下两组发光管分压不同导致逻辑的错误，共4组分别代表东西南北4个方向的红绿灯。

4 测试数据及结果分析

（1）当电路连接完毕后，将写好的测试程序刷写到芯片内，K1和K2分别给端口送高电平和低电平，通电即可检测。

（2）数码管的测试。将串口的和电路板上的接口连接，将写好的测试程序刷写到芯片内。

（3）整体电路测试。系统上电，刷写好程序即可开始测试，观测一个周期（共计S1～S4的4个状态，默认60 s）灯的显示状态是否正常，同时观察倒计的计数是否正常。

图4 测试程序电路

5 部分核心程序

6 结束语

由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。是值得在实际生产生活中广泛采用的方案。

[1]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1998.

[2]李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，1992.

[3]何立民.单片机应用技术大全[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.

[4]张毅刚.单片机原理及接口技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.

Micro-controller based on a Traffic Signal Controlling Program

LIXiang1,JIANG Yi-tao2
(1.Shan xi Institute of Technology，Electronics and Information Engineering，Xi'an 710300，China;2.Bosch Automotive Diesel Systems Co.,Ltd.,Wuxi Jiangsu 214028，China)

According to the modern urban traffic control and management of the status quo,with the actual situation of urban transport traffic light control system described in the working principle of a practical urban traffic light control system hardware design.

timing circuit；main control circuit；signal converters；pulse generator

TP273

B

1672-545X（2011）09-0078-02

2011-06-26

李 想（1981—），男，吉林白城人，助教，主要从事电子信息工程的教学与研究工作。