基于单片机的交叉口信号机仿真系统设计

摘 要：本文研究目前十字交叉口的交通灯布置情况，设计了一种基于AT89C52的单片机控制的信号机系统。文中给出了系统的软件和硬件实现及控制流程，能实现十字路口交通灯的模拟控制功能。

关键词：AT89C52;交叉口;交通仿真

1 背景

在我国城市的道路交通控制中，十字路口设置的交通信号机随处可见，并且大部分还具有倒计时显示功能，它们的设置保证了交叉口的车辆和行人能够遵循一定的交通规则顺利通过交叉口，从而保证交叉口不发生拥堵。十字路口的交通信号灯是作为交通流控制常见的设备，目前，它们的控制和管理主要是依靠位于路旁的控制机柜直接控制的，基于这种思路，本文设计了一种信号机控制仿真系统，能模拟实际的信号机的显示，为教学和演示提供方便，本文利用单片机作为该系统的控制核心设备，设计了基于单片机的信号机的仿真控制系统，能模拟实现交叉路口的交通控制。[1，2]

2 設计架构

本文实现的系统分为两个部分：系统的硬件设计和软件设计。硬件以单片机为核心，主要是对于仿真模拟平台的搭建，软件主要涉及软件控制流程与控制思想的设计。具体的架构如下：

2.1 硬件架构

本文设计的硬件架构分为以下几个模块：（1）显示模块。显示模块包括信号灯显示以及倒计时显示模块，[3，4，5，6]信号灯颜色顺序每个方向从左到右一次排列为绿黄红，信号灯采用三种不同颜色的二极管来构成，倒计时为采用数码管显示方式进行显示，它们一起组合设置于信号机架上。（2）单片机控制模块。本系统选用的单片机使用AT89C52单片机，这种类型的单片机具有在线编程功能，电路连接简单，系统工作稳定和功能多等特点。（3）电源模块。单片机的供电模块采用电压变换电路，转换成AT89C52单片机使用的12V电压。对于信号灯和倒计时显示模块的供电电源也采用此种方式实现。[7]（4）交叉口平台。搭建交叉口的十字路口硬件模拟平台，在上面布置交通灯、倒计时模块以及十字交叉口的仿真模拟路面等，在模拟平台盒体内部设置单片机及布线及供电电源，且平台容易打开取出内部的单片机芯片，方便容易对单片机芯片内部程序进行更改。

2.2 软件架构

本文设计的软件主要是为了实现信号灯的显示以及倒计时功能，本文系统为各个相位的信号灯显示配备相应的倒计时时间，并且循环进行切换。

3 系统实现

3.1 硬件的实现

本文设计的硬件设计如图所示，在一个交叉口的四个方向均设计了信号机柱，信号灯和计时器均设置于机柱上，从而实现对交叉路口四个方向的控制，各个方向的计时功能均采用倒计时方式来实现，如图所示为设备平面图，本文设计的硬件结构如下图1所示：

3.2 软件的实现

本文设计的软件流程如下图所示：系统启动时，先对系统进行初始化，使得南北方向显示绿灯，并且倒计时显示，等倒计时完绿灯显示后，显示3s黄灯，使得南北方向显示红灯，而东西方向的灯光显示刚好和南北方向的显示是相反的。

本文设计的软件系统是控制东西南北方向的灯光显示以及倒计时器的显示情况的，我们将该程序分为两个相位，南北相位与东西相位，[8]我们假设南北相位为相位1的配时，东西相位为相位2的配时，设计初始程序中的配时情况为相位1为绿灯时间显示为45s，相位2的红灯时间为48s，其中在显示绿灯及倒计时信息为0后，该相位继续保持3s的黄灯显示并倒计时3s，这样就能保证在最后几秒的绿灯车辆顺利通过交叉口，随着倒计时器的显示，信号灯的颜色也进行了相应的变换，从而模拟十字交叉口的信号机的变换情况。

4 总结

本文设计了基于单片机的十字路口交通灯控制模拟控制系统，能够模拟十字交叉口的交通配时，系统实现性好，可操作性强。

参考文献：

[1]沈建武，吴瑞麟.城市交通分析与道路设计[M].武汉测绘科技大学出版社，1996.

[2]王新萍.基于网络拥塞控制的分布式交通控制系统及其计算机模拟[D].电子科技大学，2010.

[3]刘涛.倒计时信号灯对驾驶员心理及行为影响机理研究[D].青岛理工大学，2014.

[4]郝庆妮，吴继侠，张姣.基于单片机的交通灯控制器设计[J].电子制作，2017（21）：69-70+82.

[5]汪小会，高卫东.基于FPGA的多功能交通信号控制器设计[J].电气电子教学学报，2010，32（02）：61-63.

[6]毛锚滋.基于FPGA的实时交通信号控制系统的设计[D].湖南大学，2014.

[7]毛谦敏.单片机原理及应用系统设计.国防工业出版社，2008.

[8]刘建科.基于VHDL交通控制器的设计及仿真[D].青海师范大学，2011.

作者简介：王青苗（1989-），女，硕士，助教，研究方向：城市轨道交通控制。