基于PSoC的交通灯光控制系统

王玮， 刘亦萍， 吴记明， 张凤晨， 王威, 鲍俊, 汪志峰

(上海第二工业大学 工学部，上海 201209)



基于PSoC的交通灯光控制系统

王玮， 刘亦萍， 吴记明， 张凤晨， 王威, 鲍俊, 汪志峰

(上海第二工业大学 工学部，上海 201209)

基于数字系统下的系统设计。在PSoC Creator 3.1开发平台上，使用原理图编程的方法设计了主控电路模块，时序控制电路模块，时序脉冲发生模块，译码驱动模块，高效便捷的实现了对红、黄、绿交通灯的发光顺序和时间的控制，通过对程序进行编译并下载到PSoC开发板上使交通灯控制系统得到了硬件实现。

PSoC开发板；PSoCCreator3.1；时序控制；原理图编程；交通灯

0 引 言

本系统是在最新PSoC Creator3.1开发平台上开发的控制交通的灯光控制系统。并最终在PSoC开发板上得到了硬件实现[1]。PSoC Creator3.1将最新的软件开发IDE与图形设计编译器结合在一起，构成独特的强有力的软硬件同步设计环境。它提供了内容丰富，存有几十个预先配置的模拟和数字外设库，可以方便地放进电路图设计界面并组成强大的系统，该工具自动为所有片上信号分配引脚，还能将I/O分配到最佳引脚[2]。每个外设元件的参数都经过细致的配置，以保证应用效果最好，构建过程为每一个元件产生一个一致的，容易记住的API系列，通过电路综合可以自动把设计转化为可编程电路的配置，使设计过程简略高效。

1 系统构成

本系统是基于数字电路设计方法设计的，采用了自上而下，分模块的设计方法，整个系统可划分为主控电路，时序控制电路，时序发生电路，译码驱动电路等几个模块[3]。时序发生部分由时序控制电路产生的控制信号及不同脉冲频率信号对时间进行控制。本系统结构框图如图1所示。

设计原理，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，每个入口处放置红、绿、黄三色信号灯。在主支干道设置传感器检测测量车是否到来。主干道处于常通车状态，支干道有车来时才允许通行。主干道和支干道都处于有车状态时，两者交替通行。主干道绿、黄、红灯的显示时间分别为20 s、4 s、10 s。支干道红、绿、黄灯的显示时间分别为20 s、10 s、4 s。需加20 s、10 s、4 s时序脉冲。

图1 交通灯光控制系统框图

2 主控电路

设车辆检测信号为A、B。C、D、E分别为20 s、10 s、4 s时序结束信号。

A=0主干道无车，A=1 主干道有车；

B=0支干道无车，B=1 支干道有车；

C=0 20 s时序未完，C=1 20 s时序结束；

D=0 10 s时序未完，D=1 10 s时序结束

E=0 4 s时序未完，E=1 4 s时序结束。

模拟传感器输出信号A、B都设为1，即主干道和支干道都处于有车状态。将交通信号灯的显示分为4个状态，表1为4种状态转换表，表示各状态对应的交通信号灯的显示及持续时间。

表1 状态转换表

状态转换码为：S0=00;S1=01;S2=11;S3=10。

表2 逻辑赋值后状态表

图2 主控电路

3 时序控制电路

图3 时序控制电路

4 译码驱动电路

译码驱动电路真值表如表3所示。

表3 译码驱动电路真值表

根据译码驱动电路真值表得：

由此可设计译码驱动电路如图4所示。

图4 译码驱动电路

5 系统集成

利用编译器将图2、3、4原理图集成IP内核center_control见图5所示[7]。

图5 交通灯光控制系统原理图

图5为设计得到的交通灯光控制系统原理图[8]，输入端A、B、b1设置成1(高电平)，a1设置成0(低电平)。

然后进行编译，编译无误后，连接好相应输出，并将程序下载到目标系统中。

图6为引脚分配图，引脚P0[2]、P0[5]、P0[0]、P0[3]、P0[1]、P0[4]分别对应控制电路的G1、G2、R1、R2、Y1、Y2的输出，将它们连接至PSoC开发板上的LED灯。

图6 引脚分配图

6 结束语

将程序编译下载到PSoC开发板上后可观察到两组红黄绿灯按设计的发光状态和持续时间点亮，如图7所示，成功地实现了对交通灯光变换的有序自动控制[9]。

图7 交通灯光控制系统的硬件实现

通过用PSoC Creator3.1进行原理图编程，实现了电路模块化的方法使原本复杂的设计过程变得精炼，采用系统的可编程设计使在单芯片上实现了复杂自动控制系统成为可能。

[1] 朱明程，李晓滨.PSoC原理与应用设计[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 何宾.PSoC模拟与数字电路设计指南[M].北京：化学工业出版社，2012.

[3] 何宾.可编程片上系统PSoC设计指南[M].北京：化学工业出版社，2011.

[4] 康华光.电子技术基础数字部分[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5] 叶朝辉，华成英.可编程片上系统(PSoC)原理及实训[M].北京：清华大学出版社，2008.

[6] 何宾，李宝隆.模拟与数字系统协同设计权威指南:Cypress PSoC集成开发平台[M].北京：清华大学出版社，2014.

[7] ASHHY, ROBERT.Designer’s guide to the Cypress PSoC[M].Burlington,MA,Elsevier Newnes,2005.

[8] 韩喜春，高旭东，张春艳.基于PSoC的通用计数器设计[J]. 黑龙江工程学院学报:自然科学版，2011，25(3):48-52.

[9] 李玉丽，徐家品，张俊霞.利用PSoC实现频率计[J]. 成都信息工程学院学报，2009,22(6):622-625.

PSoC-based Traffic Light Control System

Wang Wei, Liu Yiping, Wu Jiming, Zhang Fengcheng, Wang Wei, Bao Jun, Wang Zhifeng

(College of Engineering, Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai 201209, China)

Based on system design under the digital system, using the programming method by schematic diagram, we design the main control circuit module, sequential control circuit module, sequential pulse generating module and decoding driver module on PSoC Creator 3.1 development platform, thus realizing control over the lighting sequence and time of red, yellow and green traffic lights in an efficient and convenient way. Hardware implementation of the traffic light control system is completed by compiling the program and downloading it to the PSoC development board.

PSoC development board; PSoC Creator3.1; sequential control; programming by schematic diagram; traffic light

上海第二工业大学学科建设基金项目(XXKYS1402);上海第二工业大学大学生科技项目(2015-xjkj-022)

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.03.031

TP272/278

A

1000-3886(2016)03-0099-03

王玮(1986-)，男，上海人，硕士，工程师，主要从事自动化及机器人方面研究。 刘亦萍(1965-),女，江西人，硕士，工程师及讲师，主要从事电路理论及微机应用研究。 吴记明(1992-)，男，河南人，大学生，通信工程。 张凤晨(1994-)，男，内蒙古人，大学生，通信工程。 王威(1995-)，男，江苏人，大学生，通信工程。 鲍俊(1960-),男，上海人，硕士，副教授，主要从事计算机辅助工程研究。 汪志峰(1970-)，男，安徽人，博士，教授，主要从事过程控制研究。

定稿日期: 2015-11-18