基于单片机的智能交通系统构想和实现

项敢亮 高伟霞 钱伟 林潘安

摘  要：系统由STC89C51RC单片机、驱动电路、数码管显示电路、红绿灯电路构成，采用通过按键触发产生脉冲信号向STC89C51RC单片机传达相应指令，单片机执行相应的信号灯控制模式，以此调控各模式下各路口红绿灯的时间长短。实验展示了现实情况下智能交通系统的运行能够减少车辆通行时间，在STC89C51单片机的理论实践方面具有参考意义。

关键词：STC89C51RC单片机;74HC245;智能交通系统

Abstract：The system is composed of STC89C51RC single chip microcomputer，driving circuit，display circuit of LED and traffic light circuit. The pulse signal generated by key triggering is used to convey the corresponding instructions to STC89C51RC single chip microcomputer. The single chip microcomputer executes the corresponding signal light control mode，so as to control the length of traffic light at each intersection under each mode. The experiment shows that the operation of intelligent transportation system can reduce the traffic time in reality，which has reference significance in the theory and practice of STC89C51.

Keywords：STC89C51RC single chip microcomputer;74HC245;intelligent transportation system

0  引  言

隨着我国人民生活水平的逐渐提高，汽车已经走进千家万户，而我国城镇化建设的加快，使城市交通的弊端日益凸显。为此，各城市出台各种相应政策以期望解决这一困境，但是效果并不如意，因此设计多功能交通灯系统具有重要意义。

目前我国应用最广泛的交通灯控制系统是西门子公司的SCOOT智能控制系统，该系统在当前凸显的不足之处主要有以下两点：

（1）信号灯时间设计固定。然而现实情况中，两车道车辆不可能都相近。通常十字路口经常出现主干线路车流量大，而副车道车流量小的情况，然而由于时间固定，导致主干线路放行时间相对较短，副车道放行时间相对较长，不能达到快速疏通主干线路堵塞问题的目的。

（2）紧急车辆通行受阻。通常消防车、救护车执行紧急任务时，由于红绿灯限制将会导致紧急车辆无法通行，部分车辆的紧急避让将会导致十字路口交通受阻[1]。

我们可以简单地将交通堵塞看作是人、车与路之间的矛盾，解决这一矛盾主要可以从两方面入手：

（1）完善交通设施。协调的街道规划、完善的交通法律法规对缓解交通堵塞具有重要意义。然而该方法在时间成本、城市规划等方面都受到相应制约。

（2）实施智能交通系统。根据城市道路实际情况，完善PLC操作系统，这不仅可以提高交通管理效率、减缓驾驶人员疲劳，还可以减少城市交通事故的发生，降低车辆在刹车和停留时带来的资源浪费和环境污染[2]。

为此作者在基于智能Agent的UTC的研究基础上，通过对部分城市交通路口的调研，构想并设计了拥有通过监测车流量、智能加减红绿灯时间等功能的智能交通系统。

智能交通系统旨在通过交通系统的智能处理，通过城市实际情况最大限度地减少交通拥堵及其他特殊情况，以此提高交通通行效率。本系统通过串/并口通讯完成对系统的整体控制。首先通过外部传感器搜集交通数据（实验设计考虑实验室条件，采用按键电路作为输入信号），STC89C51RC单片机通过对脉冲信号的响应，结合内部算法，输出控制信号，通过对数码管与LED的调节，实现对交通的智能管制。

1  总体方案设计

本文设计的基于单片机的智能交通控制系统可以看成简单算法的实现。在现实情况下，十字路口将会遇到不同的特殊情况，本系统通过对红绿灯红/绿时间比的控制，减少车辆停留总时间。硬件设计上系统由主控制电路、驱动显示电路、数码管显示电路、按键控制电路、红绿信号灯组成。系统结构设计如图1所示。

系统利用相应的功能按键实现对主控制电路传输信号。车流量检测模块功能，实验先通过暂停键使系统停止运转，选择K4键，确认为车流量检测模式，再通过相应加减按键实现信息的传递，当车流量达到if语句的条件时，执行加减时间的功能。另外当至深夜时，系统模式进行调换，各路口显示黄灯闪烁，在促使司机减速的同时也具有警示作用。

2  系统设计

2.1  硬件设计

结合系统所需存储及计数器要求，设计选用STC89C51RC单片机作为微处理器，选用红绿黄共12个LED充当信号灯电路，数码管显示电路由4个双数码管安装在各路口，以此组成系统的硬件设计。

2.2  主控制电路

STC89C51RC对51基础型单片机做了进一步增强。选用该微处理器是因为其高速的时钟频率完全适应实验所需，它包含8位中央处理器，内部还含有只读程序存储器，配上其丰富的引脚结构和具有的在线系统编程（ISP）特性，这些丰富的配置，将会为程序的存储、调用带来方便。故选用其作为该系统的主控制电路。

2.3  驱动显示电路

由于单片机自身驱动电流较小，无法满足数码管显示的亮度需求，设计了利用三态八路输出的74HC245驱动电路。驱动显示电路由74HC245译码器与排阻构成。

74HC245是一个高速CMOS总线收发器，特有三个使能输入端，其DIP端口使能时，A、B端口分别作输入与输出;当DIP端口为0时，B、A端口分别作输入与输出。通过查阅具体的数据手册，实验设计电路满足数码管额定电流，照明正常。实验中P.0端口是驱动显示电路的输出端，因为P.0端口的特殊性，在端口增加了一个排阻。

2.4  按鍵控制电路

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为紧急避让模式。当传感器检测到特种车辆相应频率，传感器向单片机发送高平脉冲，实验用K0按键代替。紧急模式启动时，各路口信号灯变为红灯，普通车辆停止行驶，礼让特种车辆快速通行。当特种车辆通过后，系统调整为正常模式。

K1为深夜模式。当K1外部按键向单片机产生外部脉冲时，深夜模式启动，红绿灯皆变为黄灯状态，行驶车辆减速行驶。

K2为人行中断模式。当按下K2键时，人行中断模式启动，当行人所通过街道为红灯时，行人触碰行人按键，行人按键执行的街道红绿灯时间缩短为8秒倒计时，相应的街道红绿灯实行绿灯时间8秒倒计时。

K3为时间加减模式。通过压力传感器传回的数据，当车流量大于设定最大车流量时，传感器向系统传入高平数字信号，减少车流量大的路口红灯时间，该系统理想设定为当车流量大于100时减少15 s红灯时间，另一方红灯时间增加15 s。

K4为车流量检测模式。为方便实验成效，通过按键加减代替红外传感对车流量的检测。当按下K4按键，进入车流量检测模式，再按车流量加减按键，当南北方向车流量检测为东西方向的两倍时，南北方向红灯时间减少，绿灯时间增加，东西方向红灯时间增加，绿灯时间减少。这一模式通过对现实车流量的检测，以其灵活性、智能化优势，可以在短时间内对信号灯做出正确的调整，避免了当下信号灯机械性、重复性的问题，对交通的管制具有良好的效果。

2.5  看门狗电路

考虑到显示交通路口噪声大且电磁干扰较强，为了防止对信号处理产生干扰，实验中增加看门狗电路。为了防止程序“死机”或者进入死循环，增加看门狗硬件电路是有必要的。

3  软件仿真与程序设计

3.1  软件仿真

在查阅各元器件数据手册以及原理图后，对电路原理图进行仿真及程序调试，经检测，运行结果达到预计设想，能够有效地实现各模式功能，进一步验证整体电路的正确性。软件仿真电路如图2所示。

3.2  程序设计

本设计使用C语言进行编程。在进行编程时，通过对子程序的调用完成程序的编译工作，其中键盘电路设置程序控制P.3端口的信号输入，对接控制工作;数码管显示控制程序控制P.0端口高低信号，实现数码管显示，此外还包括红绿灯电路程序、消抖及延时程序。中断程序的流程图如图3所示。

4  结  论

本文主要研究了基于STC89C51RC单片机的智能交通系统的设计与实现，利用按键电路代替相关传感器的信息，向单片机传送数字信号，结合系统内程序设计，实现对交通灯的智能控制，进而有效地控制交通。本文旨在当高校具备实验的环境下，可供学生进行设计型实验，可以是验证性也可以是创新性的，给学生提供一个模拟环境平台，同时可以给相关交通管理部门提供一些智能控制的思路，从而更加有效合理地管理交通。

参考文献：

[1] 温欣玲，张玉叶.基于单片机交通灯智能控制系统研究 [J].微计算机信息，2007（29）：90-91+47.

[2] 赵娜，袁家斌，徐晗.智能交通系统综述 [J].计算机科学，2014，41（11）：7-11+45.

作者简介：项敢亮（1999—），男，汉族，安徽宣城人，本科，研究方向：光电信息科学与工程;通讯作者：高伟霞（1981—），男，汉族，河北邢台人，讲师，硕士，研究方向：信号处理。