一种交通信号安全防护控制系统的设计

文/吕龙波

在城市快速发展的过程中，交通控制系统得到较为广泛的应用，但在应用的过程中也存在着一定的问题，对人们的生活、学习和工作都会带来一定的影响。随着人们出行和物流量的增多，交通道路控制系统只有保证交通系统的高效和安全的性能，我们的生活水平才能得到更好的保障，但在实际生活中，城市中交通经常会发生拥堵的现象，尤其是在一些道路交叉口的位置，道路交叉口作为整个交通运输中重要的枢纽，也是容易发生交通事故的地方。交叉口的类型有很多，而交通信号灯的应用能够有效改善交通道路的环境，出现了各种比同时段的信号控制器和多种方案式的信号自动控制器，通过相应的交通信号控制系统，能够根据监测到的交通道路车流量的多少进行红绿灯亮的时间长短的控制，从而充分利用城市道路上的交通信号灯，提高城市交通道路的顺畅性。

1 交通信号控制系统的总体设计

1.1 控制系统的总体设计与组成

交通信号控制系统主要包括三个组成部分，其中有红黄绿三种色彩的信号灯模块、倒计时的显示模块以及能够实时监控车量的检测模块。其相关结构如图1所示。

在交通信号控制系统中，单片机是由89C52组成的最小系统，其主要控制交叉路口的红绿信号灯，并控制倒计时现实模块进而保证其能够按照相应的要求进行正常显示。将得到的相关信号输入到单片机中，进而可以利用单片机进行相应的控制。倒计时显示模块的组成中包括8个共阴极的数码管，该模块的主要作用是显示前进或者等待的剩余时间，提醒相关车主红绿灯的改变时间，进而选择停止前进或者通行，从而维护交通运行的秩序。

红绿灯模块一般包括红黄绿三种色彩的发光二极管，在每个方向上以3个为一组，与真实交通道路上的信号灯一样，在绿灯亮的时候可以通行，红灯亮的时候就需要停止通行，车辆在行使的过程中需要遵守相应的交通规则。车流量检测模块能够实施监测道路上的车辆，如果交通道路上的车流量较大，其会通过单片机来调节绿灯亮的时间，从而保证交通道路的通行效率。在我国社会经济快速发展的过程中，交通量随着城市规模的扩大也在逐渐增大，所以车流量检测模块作为交通信号控制系统中的主要组成部分，发挥着十分重要的作用。

1.2 交通信号控制系统的通行方案

本文中假定一个十字型的交叉路口，具有东西南北四个方向，不管什么时间段只允许相对的两个方向的车辆通行，在黄灯亮起的时候，短暂的时间里允许通行但是不允许车辆行驶的两个方向进行相互对调。

在正常的通行情况下，当东西方向同时亮起绿灯，南北方向同时亮起红灯，倒计时开始，这个时候只允许东西方向车辆行驶，而南北方向禁止通行；当东西方向的绿灯灭，同时亮起黄灯，倒计时显示等待4秒，在这个时候等待线以外的车辆禁止通行；当东西方向的红灯亮，在同一时刻南北方向的绿灯亮，在这时东西方向不允许通行，而南北方向允许，直到倒计时结束；当南北两个方向上的绿灯同时灭而黄灯同时亮，在黄灯倒计时4秒开始，等待线以外的车辆都不允许通行。正常通行情况下交通信号灯反复循环，正常通行模式及其亮灯状态如表1所示。

2 交通信号控制系统的软硬件设计

2.1 控制系统的硬件设计

2.1.1 主控制系统分析

交通信号控制系统的主控器使用的一种高能稳定的8位单片机，其包含有一个8KB的FLASHROM，可以进行反复的擦写，和内部RAM以及3个16位可进行编程定时器等。该控制系统的硬件电路如图2所示。

其中主要包括的器件有单片机最小系统、数码管驱动、用来作信号指示的红黄绿三种颜色的LED灯及二极管、驱动发光二极管的74LS04。

2.1.2 系统中单片机分析

单片机具有较小的体积却拥有强大的功能，在控制系统中能够发挥重要的作用，也被称作为微控制器。单片机的组成中有一块集成的电路芯片，内部具有实现计算机基本功能需要的相关部件，在微机的中央处理器的基础上，在同一芯片上集成了接口电路、时钟电路以及一定容量的存储器等，在外部增添一些外围器件就构成了一个较为完整的计算机系统。单片机芯片是整个控制系统中十分重要的部分，具有强大而灵活的控制功能，能够对监控系统的输入量进行实时监控，实现系统的自动控制功能。

2.2 控制系统的软件设计

在交通信号控制系统中软件的主程序是主要功能的实现，利用车流量检测对交通信号灯的时间进行控制，在正常通行的情况下，交通信号灯在进行工作的时候，其是按照相关路口的通行的交通规则进行运行，不断反复 转换红绿灯的模式，而且红绿灯的状态可以提前进行设定。

表1：正常通行模式及亮灯状态

图1：控制系统总体结构图

图2：控制系统硬件电路图

在正常通行的状态下，一个时钟的周期为68s，其中会进行四个状态的转化，从东西绿灯、南北红灯到东西黄灯、南北红灯，然后到东西红灯、南北绿灯，最后是南北黄灯、东西红灯，按照这种状态进行反复循环。绿灯会亮30s，而红灯会亮4s。在设计软件部分的程序流程时，需要先设计延时子程序，然后再设计定时器的初始化程序。

3 总结

综上所述，在城市化进程不断加快、交通运输行业迅速发展的过程中，交通信号灯对维持交通的有序运行具有重要的作用。在交通信号控制系统的作用下，能够保证交通系统的高效和安全性，从而更好保障人们的生活水平。交通信号灯的应用能够有效改善交通道路的环境，通过相应的交通信号控制系统，能够根据监测到的交通道路车流量的多少进行红绿灯亮的时间长短的控制，从而充分利用城市道路上的交通信号灯。在本文的研究中，分析了交通信号控制系统的总体设计，对控制系统的软硬件设计也进行了相应的探讨。