单片机智能交通控制系统

(佳木斯大学 黑龙江 佳木斯 154007)

一、绪论

相关研究发现，我国城市道路交通网络体系中，为了应对交通高峰期时段，通常是将信号灯固定时间并同时辅以交警指挥。但这种控制方式不仅不智能，而且还需要大量的交通警察，对人力资源是一种明显浪费。因此，要解决城市严峻的交通压力，必须要控制好城市交通信号灯，这就需要运用电子与信息技术开发新型的智能交通系统。智能交通系统ITS(Intelligent Traffic System)是将信息技术，电子控制和计算机技术引进到整个交通管理系统中。该系统是一个准确、高效、实时的综合运输和管理系统。各国已经意识到传统的固定时间交叉模式已不再适用于当前的城市化交叉点。在交通流量大的城市，传统模式的缺点是显而易见的。因此，各国现在都重视智能交通系统的发展。城市智能交通系统的目标是有效提高城市道路的利用率和交通率。本文采用控制算法来设计一种新型的交叉口智能交通信号灯。它可以实现实时控制交通灯的定时，使交叉口的通行能力得以大大提高。

二、智能交通灯系统方案设计

(一)功能分析与方案设计

该智能交通控制系统实现的功能有下面几点：

1)实现十字路口智能交通系统最基本的功能；

2)实时对一个方向的车流量进行检测，根据车流量自动对交通灯的时间进行控制；

3)紧急按键功能，按下紧急按键后，在路口灯都变为红色的同时，并发出声音实现报警提示，等待车辆通过后恢复正常；

4)实时显示车流量的大小。

根据智能交通灯系统的设计功能，其系统设计框图如图1-1所示。

图1-1 系统框图

单片机作为核心控制模块，接受车流量检测信息和按键信息，并实现对数码管显示模块、数码管倒计时模块、声音模块和LED指示灯的智能控制。本设计的总体硬件电路如图1-2所示。

图1-2 系统框图

如图1-2所示的交通灯控制系统的总体硬件电路，单片机作为核心控制模块，接受按键模块数据，实现对数码管以及LDE灯的显示控制，设置两个按键模块来代替车流量检测功能。

三、智能交通系统硬件电路设计

(一)单片电路设计

由于性价比相对较低、性能较高、电压较低、耗能较低等优点，单片机在短时间内获得了较大范围的应用和推广。单片机的运算功能较强、编程较为灵活，且适用于多种逻辑程序，有定时器和计数器功能，可用于定时和计数工作。同时单片机电路可以在复位和晶振电路以及电源电路的共同配合作用下实现正常的工作。因此，本设计以单片机作为系统核心控制器，

(二)车流量检测电路

本设计采用红外对管(红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时候的总称。在光谱中波长大于0.76微米的一段称为红外线)来实现对车流量的检测。在红外对管车流量检测电路中，当没有车来时，红外对管因为没有车的反射，接受到的光线弱，内部的发光二极管不发光，三极管端口LM393的正端接5V高电平，HW1引脚输出高；当有车辆过来时，车辆反射的光变强，发光二极管在强反射光下时三极管导通，使得LM393的正端接地，HW1引脚就输出高电平。电阻R10作为分压电阻，实现在0到5V之间变化。HW1和HW2与单片机的P31和P32引脚连接，实现对车流量数据的读取。

(三)数码管显示电路设计

本设计模拟实际十字路口交通灯和LED指示灯电路。4个2X8数码管实现倒计时显示，4组代表黄绿红的LED灯指示。

(四)LED指示电路设计

本系统里4个路口分别采用三个黄绿红三种颜色的LED来模拟实现指示灯的功能，四个路口指示灯分别由单片机的P11、P36、P37、P03和P05引脚控制，12个灯属于共阳极连接，引脚输出低电平时灯亮，反之灯灭。

(五)按键电路设计

本文设计的按键电路与单片机的P3.1到P3.7引脚连接，从而实现按键功能，按键后直接将引脚接地，系统通过对两个引脚的状态扫描实现按键判断。除了复位按键之外，本系统还有4个功能按键，都具有复用功能，分别对应黄灯常亮、红灯常亮、东西通行、南北禁止、南北通行、东西禁止、确定按键、时间增加、时间减少按键、选择设置按键以及车流量检测功能。这4个按键都是供地连接，一端与地连接，一端与单片机的引脚连接，当有按键按下时，单片机的引脚直接接地，单片机就会读取到一个低电平，并执行相应的功能。

(六)蜂鸣器声音电路设计

本智能交通控制信号灯系统通过蜂鸣器来报警。当系统检测到紧急按键按下后，除了四个路口红灯亮，还会发出声音进行报警提示。蜂鸣器声音报警电路主要是通过三极管对信号放大，然后实现对三极管的驱动，输出一定信号的PWM波，使得蜂鸣器振动发出声音，实现蜂鸣警示的功能。

四、单片机智能交通控制系统软件设计

(一)主程序设计

本设计的主要是实时对按键进行检测，对车流量检测，实现紧急模式和正常模式，系统主程序流程图如图4-1所示；

图4-1 系统主程序流程图

如图4-1所示主程序流程图，实时对车辆进行检测，实现放音功能。

(二)子主程序设计

本系统的子程序主要是通过中断来实现按车流量检测统计，利用数码管来显示时间，工作模式的切换则通过扫描按键执行。

1、定时中断子函数：通过外部中断来实现对东西和南北两个相对方向指示灯的控制，使上述两个指示灯保持常开或者常闭状态。定时中断子函数主要是实现系统在自动模式下对东西和南北两个相对方向交通灯的自动控制。

2、显示子函数：显示子函数主要是在单片机的控制下对数码管进行定时的操作，从而显示倒计时、车流量等信息。

3、按键子函数：按键子函数主要是对紧急模式以及自动运行模式等等进行控制和设置，单片机通过扫描按键，从而实现不同的功能。

五、仿真测试

在设计的基础上进行仿真来对智能交通控制系统进行验证，主要对正常运行时的交通灯控制功能、紧急模式等方面进行验证，还要对车流量检测模块以及数码管显示模块进行测试。通过仿真设计，系统测试结果显示，本文设计的智能交通控制系统能够很好地实现交通灯的控制，可以实时检测到车流量，并根据车流量对交通灯进行控制，智能改变通行时间的大小。

六、总结

智能交通控制系统在日常生活意义重大，其对于缓解交通压力具有非常关键的作用。本文设计的智能交通控制系统在实现基本的交通控制功能的同时，也根据检测到的车流量对交通灯指示时间进行控制，从而满足了一定程度上的智能交通控制。虽然本文实现了预定的设计目标，但是该系统仍然有很多需要完善的地方，比如可以实现对四个方向的智能控制，根据四个方向的车流量对四个方向的通行时间更改；可以增加远程监控功能，远程对交通灯控制时间进行修改等。