单片机智能交通灯设计

黄英

摘 要：本设计的目的在于设计出一个具有实用价值的、性价比较高的智能交通灯的控制系统。在对目前交通控制进行深入分析的基础上，采用检测传感、实时调整智能化控制的实现技术。系统包括直行、左转、右转、以及基本的交通灯的功能，能够根据十字路口双车道车流量的情况控制交通信号灯按特定的规律变化。实现自动控制和在紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行等。

关键词：单片机；智能交通灯；AT89C52；传感器

1 单片机介绍

1.1 单片机的含义

单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器集成在一块芯片上，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。

AT89C52系列单片机，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。

1.2 单片机交通控制系统的功能要求

本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，车流量检测及调整，交通违规处理和紧急处理等功能。

⑴倒计时显示。倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。

⑵车流量检测及调整。随着我国经济建设的蓬勃发展，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有发生。一般车流量检测器采用传感器+单片机+外围器件来实现。

⑶时间手动设置。除系统根据车流量自动控制调整，也可以通过键盘进行手动设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。

⑷紧急处理。交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，时时刻刻关系着公共财产安全，我们都必须尽量允许其畅通无阻。由此在交通控制中增设禁停按键，就可达到想此目的。

⑸违规检测。交通规则必须人人遵守，但是违反规则，如闯红灯等，也时有发生，交警等交通管理人员虽然可以进行实时监管，但是耗费精力，在路口设置检测传感器就可以进行自动的警报提示

2 工作原理

2.1 车流量检测传感器

车流量检测传感器可对单片机控制系统提供实时数据，系统对所获数据进行模糊处理。实现红绿灯模糊控制必须解决对当前十字路口的交通状况的检测，并完成如下工作：

⑴输入量的采集，系统采集两个输入量，即两个方向的车流量；⑵输出量的确认，即红绿灯时间值；⑶设计将输入映照到输出的模糊规则；⑷决定被激活模糊规则的组合方式和清晰处理，生成精确的输出控制信号。

为了采集上述数据，在十字路口的四侧共设置2个传感器。分别检测两个方向的车流量，车流量检测不是最终目的，在每半个循环周期，系统会检测到两个方向的车流量数据，除以时间，那么就可以得到单位时间的车流量，然后比较两个方向单位时间车流量多少，以确定下一次循环红绿灯时间，达到调整的目的。

2.2 违规检测电路及模拟

在红灯和黄灯期间，车辆是禁行的，为了对那些违反规则的车辆进行检测，可使用超声波车辆传感器。设计思想：将光敏二极管放在停车线上，当车辆行驶过将光敏二极管遮住，这样，光敏二极管就不导通，单片机检测到这一信号执行警报操作。

3 系统软件程序的设计及调试

3.1 程序主体设计流程

全部控制程序实际上分为若干模块：键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED显示程序，消抖动延时程序，次状态判断及处理程序，紧停或违规判断程序，中断服务子程序，车流量计数程序，红绿灯时间调整程序等。

3.2 特殊车辆通行时红外线检测电路的调试

在模拟小车中放一块红外线发射模块，将示波器输入端接在交通灯控制的红外接收模块的输出引脚上，当小车通过路口时，检测红外线是否被接受。若该脚输出为低电平，则说明可以接收到信号，电路正常。

4 系统分析

本系统以AT89C52单片机为核心，程序调试阶段采用W78E516B进行在线编程及修改，可大大加快调试进度。设计的交通灯可用于十字路口的车辆及行人的交通管理，显示采用3位7段数码管，可以直观的显示红绿灯的开放和关闭的时间；设计中应用了两种倒计时显示方式，100s倒计时适用于车流量较大的城市，50s倒计时可用于中小城市；功能完整与效果与正式道口管理红绿灯完全一致。

交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪。交通灯控制在交通运输领域有着非常重要的作用，本文完成了基于单片机的智能交通灯控制系统的设计。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。

[参考文献]

[1]谢自美.《电子线路设计·实验·测试》（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2006年.

[2]谢维成，杨加国，主编.《单片机原理与应用及C51程序设计》[M].北京：清华大学出版社，2006年.

[3]杨立，邓振杰，荆淑霞.《微型计算机原理与接口技术》[M].中国铁道出版社，2006年.