交通信号灯系统设计

王智伟 河北省省直房地产服务中心

交通信号灯系统设计

王智伟 河北省省直房地产服务中心

本设计的主要内容是以51系列单片机为核心，使用了STC89C52 ,采用高亮度的红绿两种颜色的单色发光二极管作为路口车辆直行、左拐弯、右拐弯和行人通行的指示灯,以3位高亮度的七段数码管作为交通信号灯的倒计时显示系统 ,系统自动控制、后台手动控制等功能完整。

交通信号灯;单片机;数码管

1.总体设计方案

本次交通信号指示系统中，采用了STC89C52单片机作为系统中起到大脑核心作用的主控制器，作为路口车辆以及行人通行管理的总控制元件。在每个路口的各个方向，均设置有左转弯指示灯、右转弯指示灯、车辆直行指示灯及行人通行指示灯，每个指示灯由红色、绿色两个高亮度的LED指示灯组成， 3位高亮度的七段数码管用于倒计时显示，提示正在行驶中的车辆和通行的行人，通行状态转换所剩余的时间。另外，在某些紧急情况下，类似于110、 120等的特殊车辆通行时，可以通过后台手动控制，强制相关路口的全部指示灯转变为红灯、特种车辆可以通行、其它车辆、行人禁止通行的状态，在经过预先设定的时间15s后，系统能够自动恢复到之前运行着的状态，对路口的车辆以及行人进行正常与否的管理。在系统中，还设置有照顾盲人通行的声音提示功能（蜂鸣器发出响声，提示过往的盲人绿灯开始以及通行倒计时即将结束）、倒计时120s与60s转换（在大小型城市适应性不同的情况下，采用不同的倒计时方式）等功能。

在本设计系统中，使用型号为STC89C52的单片机来作为整个交通信号指示系统设计的核心， 120s倒计时显示采用3位高亮度的七段数码管；左转弯指示灯、右转弯指示灯、车辆直行指示灯以及行人通行指示灯，采用了红色、绿色两种颜色的高亮度发光二极管（由于系统设计的局限性，此处采用红绿两个LED灯同时闪烁来表示黄灯）；倒计时七段数码管的显示采用了动态通信方式、进行纵向扫描，以节约端口数。按照以上系统的设计方案，一个51单片机的4组端口刚好能够满足要求。本设计具有以下优点：总体设计结构一目了然，电路连接简单方便，显示模块高亮度，使用性能可靠等。

系统框图如图2-1所示。

在完整的系统中， 51单片机的P1组端口（P1.0～P1.7）用于控制模拟交通信号灯系统中南北方向的信号指示灯， P2组端口（P2.0～P2.7）用于控制东西方向上的通行信号指示功能；P0组端口（P0.0～P0.7）和P3.0～P3.2端口，用于控制3位的七段数码管倒计时的正常显示；在紧急情况下，类似于110、 120等的特殊车辆通行时，使用外中断1端口（P3.3）进行强制转换。

2.系统模块介绍

整套电路系统主要由六个大型模块组成：（1）主控制系统模块；（2）通行信号灯的输出控制模块；（3）倒计时显示模块；（4）特种车辆通行模块；（5）盲人提示音模块（6）电源模块等。

主控制系统模块主要作为系统的核心设计，起到人体中大脑所起的作用，指挥各个分模块，协调其他各部分，最终实现灵活调动各个模块正常工作、整体功能可靠实行的目标。

通行信号灯输出控制模块，由8组红色绿色指示灯构成，分别用于指示东西南北两个方向上的车辆直行、左转弯、右转弯和行人通行，其中，红灯亮时，表示禁止通行；绿灯亮时，表示可以通行，红绿双灯闪烁表示实际应用中的黄灯。

特殊车辆通行模块是本设计中新添加的模块，用于解决实际生活中110、 120等特殊车辆紧急通过时，途中遇见红灯所产生的时间损耗。此模块由后台手动控制。

盲人提示音模块也是本设计中新添加的模块，出于人性化的考虑，在设计中添加了盲人提示音，行人通行指示绿灯亮的时候，会伴随有蜂鸣器发出的响亮声音，提醒盲人，可以通过马路，在绿灯结束的10s之前开始，蜂鸣器间隔响5次，提示正在通行的盲人，绿灯的通行倒计时即将结束，请尽快通行，以保证安全。考虑到实际生活中的应用，在该设计系统中增加了一个按键开关，控制该模块的开启与关闭。

倒计时显示模块主要用来显示路口通行倒计时所剩余的时间，由于受电路板大小的限制，在本设计中仅采用一组3个高亮度的红色七段数码管来显示倒计时，而用倒计时剩余时间的分段，来划分此刻该方向的禁行与通行。

图2-1 系统结构框图

电源模块用来维持系统运行所需要的能量，为该系统提供所需的+5V电源电压。

3.系统硬件模块设计

本系统的设计中，主控制器采用的是芯片STC89C52， STC89C52是STC公司生产的一种代表性单片机。

系统中，单片机的P1组端口（P1.0～P1.7）用于控制模拟交通信号灯系统中南北方向的信号指示灯， P2组端口（P2.0～P2.7）用于控制东西方向上的通行信号指示功能；P0组端口（P0.0～P0.7）和P3.0～P3.2端口，用于控制3位的七段数码管倒计时的正常显示；在紧急情况下，类似于110、 120等的特殊车辆通行时，使用外中断1端口（P3.3）进行强制转换。

单片机最小系统中，VCC接+5V电源电压，用于对单片机的供电。对于晶振的频率大小，本设计中选择了11.0592MHz，因为标准51单片机的最小系统中，能够选择的晶振频率范围为1.2MHz-12MHz，由于一个机器周期的长度等于12个时钟周期，所以在使用中，优先选择12MHz的晶振，但是在本设计中， 12MHz的频率进行串行通信不容易实现所需的9600波特率，而11.0592MHz在计算中恰好可以得到，所以在该设计中选择的是11.0592MHz的晶振。

4.结论与心得体会

在本设计系统中，使用型号为STC89C52的单片机来作为整个交通信号指示系统设计的核心，仿真模拟设计的交通信号灯适用于大、中、小城市十字路口的车辆以及行人的通行交通管理；倒计时显示的模块中， 3位高亮度七段数码管直观地显示出了路口指示灯对于通行指示的剩余时间。该系统的基本功能非常完整，不仅能够包含有现在生活中应用着的普通交通信号灯的指示功能，还特别的增加了两个特殊功能，一个是当特种车辆通行时，交通线时系统将强制全部转为红灯；二是当盲人通过道路是，设计的语音提示功能，更好的完善了系统的性能。

[1]任其亮，城市公共交通便捷性评价模型研究，公路交通科技，2015年32卷2期。

[2]张志峰，普通干线公路检测工作的安全管理研究，公路交通科技，2014年31卷11期。

[3]J.Brignell and N.White.Intelligent Sensor System Bristel∶Top Publishing INC.1994.