单片机在交通系统中应用

高俊娟

华北机电学校 山西长治 046000

伴随着人民生活水平的逐步提高，汽车已经进入了千家万户，而我国城市化进程的加快，也使得城市交通的弊端日益凸显。针对这一难题，各地纷纷出台相关政策，但效果并不理想，因此多功能交通灯的设计显得尤为重要。随着经济和社会的快速发展，城市道路交通的变化与不确定性越来越大，传统的道路交通控制系统已不能满足城市发展的需要。为了解决这个问题，本文设计了一个基于单片机的交通信号灯智能控制系统，并通过实验进行了验证。为此，本论文在对基于 UTC智能代理的城市交通交叉口进行调研的基础上，提出并设计了一种具有交通流量监控和车灯时间智能加减的城市交通交叉口智能控制系统。

ITS的目标是通过对交通系统和城市实际情况的智能处理，减少交通拥挤等特殊情况，提高交通效率。采用串行/并行通信方式对系统进行控制。先用外部传感器采集交通数据（实验设计考虑实验室条件，采用关键电路作为输入信号），再用单片机Stc89c51rc响应控制信号，结合内部算法输出控制信号，通过数字管和 led调整实现智能交通控制。

1 总体方案设计

本文所设计的智能交通控制系统可以看作一个简单算法。实际上，十字路口会遇到一些特殊情况。通过控制交通信号灯时间比，可以减少车辆的总停留时间。主要包括：主控电路、驱动显示电路、数码管显示电路、按钮控制电路、交通信号电路等。图1是系统的结构设计。

图1 系统结构设计框图

本系统通过相应的功能键向主控电路发送信号。在流量检测模块的功能中，首先通过停顿键停止试验，选择K4键，确认为流量检测模式，然后通过相应的加减键完成流量信息的传递，当流量达到 if语句条件时执行时间加减。此外，夜深时，系统模式会发生变化，每个路口的黄灯都会闪烁，这不仅能促使司机减速，还具有警示作用。日间作业是利用红外线感应实时检测东西和南北方向的交通流量，并利用单片机对交通系统进行自动控制，使系统能根据交通流量在各个方向上自动调节交通信号灯时间，合理延长直向和大向交通信号灯时间，减少小方向交通信号灯时间（设置后双向左转绿灯时间不变），有效提高车辆通行率，保障城市道路畅通。夜间的工作模式是关闭交通控制系统，让黄灯闪烁，保证车辆能在少时快速通行。白天和夜间工作模式可以自动转换，转换的时间视地点的实际情况而定（例如，上午6点到白天工作模式；上午2点到晚上工作模式）。另外，当有急救车经过并且方向是红色的时候，可以按下控制按钮，强制该方向的绿灯亮，其他方向的红灯亮，以保证急救车安全、有序的通过。急救车通过后，再次按控制键，恢复到原来的运行状态。

2 系统设计

2.1 硬件设计

针对系统存储、计数等方面的要求，选择了一台stc89c51rc单片机作为微处理器，并选择了12个红、绿、黄三基色发光二极管作为信号电路，其中数字管显示电路为4个双数码管，分别安装在各个路口，构成系统硬件设计。

2.2 主电路

增强了51单片机Stc89c51rc的基本功能。微处理器的高速时钟频率完全符合实验要求。它包含8位 CPU和只读的程序存储器。由于具有丰富的插针结构和联机系统编程（ISP）功能，这些丰富的配置将使程序的存储和调用更加方便。因此选用其为系统的主控电路。

2.3 驱动显示电路

单片机驱动电流小，不能满足数码管显示亮度的要求。本论文设计了74hc245的三态八输出驱动电路。驱动显示电路包括74hc245解码器和漏极阻抗。

2.4 按键控制电路

本设计共引用5个按键分别对应现实环境下的不同模式，如：紧急避让模式、深夜模式、人行中断模式、时间加减模式、车流量检测模式。

K0是紧急避让模式。检测车辆频率后，用K0键替换传感器，向单片机发出高电压脉冲。应急启动后，路口交通灯变为红灯，普通车辆停止行驶，特殊车辆允许快速通行。专用车辆通过后，系统调整到正常模式。

K1是夜间模式。夜车开动时，K1外键对 MCU产生外脉冲，交通灯变黄，行车减速。

K2是行人阻断模式。按K2时，启动行人中断模式。走过红灯街道，行人碰了行人钥匙。步行者按动按钮后路灯倒计时缩短为8秒，相应的路灯绿灯倒计时缩短为8秒。

K3是一种加减法。从压力传感器传回的数据来看，当流量超过设定的最大值时，传感器向系统发出高压数字信号，以减少大流量交汇处的红灯时间。理论上，当交通流量超过100时，红灯时间会减少15秒，而另一边会增加15秒。

K4，车流检测模式。为了便于对测试结果进行分析，本文采用加减键代替红外传感器进行检测。按下K4键进入车流检测模式，再按下车流加减键，当南北方向车流检测值为东西方向车流检测值的两倍时，将缩短南北方向红灯时间、绿灯时间和东西方向绿灯时间。第一个仿真试验基于真实车流检测，灵活、智能，能够在短时间内准确地调整信号，避免了信号的机械性和重复性问题，对交通管理有很好的效果。

2.5 看门狗电路

为了消除信号处理的干扰，设计了看门狗电路。为了防止程序死亡或进入死循环，看门狗硬件电路必须增加。

3 软件仿真与程序设计

3.1 软件仿真

根据资料手册和各元件原理图，完成了电路原理图的模拟调试，并绘制了线路图。通过测试，运行结果达到了预期设想，并有效地实现了各个模块的功能，进一步验证了电路的设计。图2给出了软件模拟电路。

3.2 程序设计

本次设计是用 C语言编写的。编程时，调用子程序进行编程，其中，键盘电路通过设置程序控制 p.3端口的信号输入和控制地面；数码管通过控制 p.0端口的高低信号来实现数码管显示，还包括红绿灯电路程序、抖动消除程序和延迟程序。图3是中断程序流程图。

图2 软件仿真电路

图3 中断程序流程图

4 结语

本文的研究内容是基于stc89c51rc的智能交通系统的设计与实现。用于替代传感器信息的关键电路，向单片机发送数字信号。并且通过系统程序设计，实现了交通信号灯的智能控制，有效地控制了交通。本文的研究目的在于为学生提供一个模拟的环境平台，为相关的交通管理部门进行智能控制提供一些思路，从而使交通管理更加高效、合理。