基于单片机的交通灯控制器设计

作者/郝庆妮、吴继侠、张姣，咸阳师范学院物理与电子工程学院基金项目：国家大学生创新训练项目（201510722646）

基于单片机的交通灯控制器设计

作者/郝庆妮、吴继侠、张姣，咸阳师范学院物理与电子工程学院基金项目：国家大学生创新训练项目（201510722646）

十字路口的通行能力取决于对交通灯控制的优劣。针对两条双向八车道道路交汇的十字路口，设计了交通灯控制器。阐述了交通灯控制器的设计方案，以AT89C52单片机为控制核心，用发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯，用七段数码管对转换时间进行倒计时。通过合理的方案设计及仿真分析，并最终经过实际电路验证，该控制器工作可靠，具有一定的实用价值。

十字路口；交通灯；AT89C52；发光二极管

引言

随着社会经济的迅猛发展，车辆的拥有量越来越多，城市交通问题越来越引起人们的重视[1]。如何保障道路通畅，特别是十字路口的通行能力，交通灯起到非同一般的作用。交通灯的出现，使交通得以有效管制，对于交通疏导、提高道路通行能力，减少交通事故具有明显效果。交通灯控制器也就成为研究的热点。

单片机的出现及发展，使得交通灯控制器的电路简单，功能强大，控制方便可靠，大大降低了交通灯控制器的成本，交通灯的普及度得到了提高[2]。

1.硬件电路设计

■1.1 设计方案

交通灯控制器的设计需根据每个路口的具体情况进行考虑，那么，这样的方案就会有很多种，这里仅对一种最具代表性的方案进行阐述。即，功能最完整的十字路口的交通灯设计。图1是两条双向八车道道路交汇的十字路口示意图[3]。每侧的四个车道中，左侧车道为左转车道，中间两个车道为直行车道，右侧车道为右转车道。所有车辆需在进入该路口之前根据自己所要去的方向提前驶入相应的车道。

1.1.1 交通灯工作状态说明

南北路口上方的八盏交通灯分别用A、B、C进行标注，若标号相同则表示其工作状态一致。A指的是左转信号灯，B指的是直行信号灯，C指的是右转信号灯。东西路口上方的八盏交通灯分别用D、E、F进行标注，D指的是左转信号灯，E指的是直行信号灯，F指的是右转信号灯。四个路口两侧共八盏交通灯分别用G、H进行标注，若标号相同则表示其工作状态一致。本方案中，假设C、F一直为绿灯（右转车辆随时放行）。

1.1.2 交通灯工作状态转换方法

东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，若南北直行用工作状态S1表示，东西方向的车辆左转用工作状态S2表示，东西直行用工作状态S3表示，南北方向的车辆左转用工作状态S4表示，则各个状态保持的时间之间有严格的对应关系。

图1 双向八车道交汇十字路口示意图

图2 十字路口八个标号交通灯工作状态示意图

我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。假设180s为一个周期，八个标号的信号灯在一个周期内四种状态的跳转情况示意图如图2所示：

■1.2 交通灯控制器硬件电路

1.2.1 交通灯控制器总体框图

本系统以单片机AT89C52为核心，由晶振电路，强通电路，复位电路，数码管时间显示电路和红黄绿三色灯显示电路几部分构成。其中晶振电路主要为系统运行提供一个统一的时间基准，强通电路用于紧急情况下道路在某个方向的强制通行，复位电路则为系统提供初始化操作。由红、黄、绿三色发光二极管模拟交通信号灯，数码管显示电路显示信号灯出现的时间。系统的总体框图如图3所示。

图3 交通灯控制器总体框图

在交通灯控制系统中，信号灯的变化和时间的显示，是用来传达信息直接指挥交通的。在该控制器中，信号灯采用红、黄、绿三种颜色的发光二极管来代替信号灯。由单片机的P0口控制，当某一端口为低电平时，相应的二极管发光。模拟路灯显示电路如图4所示。

图4 模拟路灯显示示意图

每一个方向时间的显示，由两个LED七段数码管实现。驱动器74LS47接收单片机P1口（东西方向）、P2口（南北方向）的信息，译码后，再驱动数码管显示时间。图5为时间显示电路。

2.软件设计

根据交通灯控制器的设计方案，交通灯的转换过程有四个状态，状态S1， 南北方向允许直行，东西方向红灯亮，禁止通行；状态S2， 南北车辆左转，其余方向车辆禁行；状态S3， 东西方向允许直行，南北方向禁止通行；状态S4， 东西方向车辆左转，南北方向禁止通行。红绿灯显示转换流程图[4]如图6所示。

图5 时间显示电路

3.仿真结果

采用Proteus对电路原理图进行仿真[5]，系统各项功能都达到了预期的设计要求。仿真电路图如图7所示。

4.结束语

论文以单片机AT89C52芯片为核心设计了交通灯控制器，使用发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯，用七段数码管对转换时间进行倒计时。采用按键模拟强通电路。经过模拟仿真及实际电路焊接调试，该控制器实现了设计要求，各方向红黄绿灯转换流畅。该系统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，既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。该设计性价比高，具有一定的实用价值。

图6 红黄绿灯显示转换

度和结果的可靠性。GPRS无线通讯模块将现场故障信息通过短信的方式发送给工作人员；

（3）该系统内部采用CAN总线连结各个节点设备，具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点。

＊ [1]朱玲玲,李长凯,张华中,等.配电网单相断线故障负序电流分析及选线[J].电力系统保护与控制,2009, 37(9)：35-38.

＊ [2]肖希凤.配电线路单相断线故障检测技术研究[D].济南:济南大学,2016.