基于单片机的交通灯控制系统

秦浩

摘要：针对中小城镇，我们介绍一种使用8051单片机的交通灯控制系统，该系统由8051单片机、键盘、LED倒计时、交通灯显示等模块组成。系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、交通异常状况判别及处理等相关功能。实验证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。针对大城市，我们介绍一种使用89C51单片机作为控制中心的交通灯系统， 该系统具有红、绿、黄灯显示功能和显示时间倒计时功能。单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

关键词：8051单片机、倒计时、急车强行通过、交通灯、控制系统

单片机是随着微型计算机，单板机的发展及其在智能测控系统中的应用而发展起来的。随着微电子技术的迅速发展，目前世界上各个公司都研制出了各种应用领域的单片机，单片机芯片市场也异常活跃，从8位低端，到高性能的16位，到集成度，速率，可靠性等全方位向更高水平发展的32位系列。随着微电子，半导体工艺的不断进步，单片机芯片在向高度集成化，低功耗的方向发的发展。目前世界上各个公司都研制出了各种应用领域的单片机，如ATMEL公司的80C9X系列，INTEL公司的MCS-5X系列，MOTOROLA的68系列和ZILOG的Z8系列。

1.需求分析

1.1正常時序

控制系统工作时，先南北红灯亮，同时东西绿灯亮，该信号灯点亮时间由键盘设定（设定范围为00—55s），系统受启动开关控制，按下键盘上A键后，系统开始工作，同时点亮时间进行倒计时显示。时间减为00时，南北红和东西绿灯熄灭，两方向的黄灯同时点亮，并维持5s。倒计时显示又减为00时。南北绿灯亮，同时东西红灯亮，维持时间仍由键盘设定。当倒计时显示又减为00时，开始第二周期的动作，以后周而复始的循环。系统还设定了修改键B，在任何时候可根据实际情况重新修订信号灯点亮时间，按下B键后，倒计时显示熄灭，等待重新输入新的设定时间。

1.2 急车强行

通过控制急车强通信号受急车强通开关控制，无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，将急车强通开关按下，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让两方向的红灯点亮，禁止其它车辆通行，使急车放行20s。1.3交通异常状况判别及处理等功能在十字路口经常出现的一种交通异常状况是一方向的车辆过多发生阻塞，而另一方向的车辆却很稀少，这时正常的信号灯时序会使交通状况更加恶化。本系统可由传感器根据外界实际情况来进行对信号灯的控制，当传感器检测到一道有车而另一道无车时，将自动启动交通异常状况处理方式，强制有车车道放行5s，无车车道然后放行。

2. 模块设计

2.1单片机最小应用系统及接口电路

单片机选择8051芯片，它是INTEL公司推出的采用HMOS工艺制造的双列直插（DIP）式芯片。其片内有4KB可编程的程序存储器、具有256个字节的片内RAM、具有32条可编程的I/O端口线、具有2个16位的可编程定时/计数器、有5个中断源和一个全双工串行通信口，最高工作频率可达24MHZ，完全可以满足本系统的需要。对交通灯的控制主要用其中的计数器定时来完成，一方面要完成对各模块的控制，另一方面也要协调好各模块的时序及口线冲突问题。本系统扩展了一块Intel公司生产的可编程输入输出接口芯片8255，它具有3个8位的并行I/O口，有三种工作方式，使用灵活，通用性强，很适宜作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。

2. 2 键盘控制模块

整个键盘控制模块由AT89C51的P1口控制。包括数字键0—9、系统启动键A及通行时间修改键B，可手动设置和在线修改通行时间，具有灵活的特性。

2. 3 交通灯显示模块

整个交通灯显示模块由8255的PA口控制，以6个发光二极管模拟双向十字路口的红、黄、绿灯，该电路含74LS373（数据锁存器）和限流电阻，可使交通灯正常工作。

2. 4 LED倒计时显示模块

单片机从定时数据区取得延时时间后，由定时器TO控制延时，然后从8255的PB口送显示码，从8255的PC口送位选码，在两个数码管上动态扫描显示剩余时间。

2.5急车强行通过、交通异常状况判别及处理

模块用按键SO模拟紧急车辆通过开关，当SO为高电平时，属正常情况;当SO为低电平时，属紧急车辆通过的情况，直接将S0信号接至P3.2引脚，通过外部中断方式进行处理。

由于我们所需要的传感器信号只要表征车辆在一定的位置上停留的时间长度，所以传感器系统可采用低成本的HI—TTACIO0型压电式传感器，为每一车道距离十字路口200m远的地段安装2条，传感器并列相距为3m，将传感器信号输出端用电缆与单片机的模拟接口连接。本系统用按键S1、S2模拟两车道的检测信号，当S1、S2为高电平（不按按键）时，表示有车，当Sl、S2为低电平（按下按键）时，表示无车。S1、S2相同时属于正常情况，S1、S2不相同时属于一道有车另一道无车的情况，依此产生中断。

3. 软件设计

在交通灯的时间显示中， 设定一个时间初值，每秒减1，直到减到0， 然后跳转。所以在系统中要实现准确的1s 定时。

采用89C51内部的定时/计数器T0，工作在方式1，定时时间计算公式为：

T=（2 -计数初值）×晶振周期×12 或

T=（2 -计数初值）×机器周期

如晶振频率为6MHz， 则最大定时时间为：

T=（2 -0）×1/6×10-6×12=131072（μs）≈131（ms）

其最大定时时间为131ms， 离1s 还差很远。因此， 把秒计时用硬件和软件计数相结合的方法实现，即把定时器的定时时间定为125ms， 这样计数溢出8 次就可得到1s， 而8 次计数可用软件方法实现。

为得到125ms 定时， 设计数初值为X， 则有

（2 -X）×2=125000

从上式计算得到计数初值。定时器定时采用中断方式完成，以便于通过中断服务程序进行溢出次数（ 每次125ms）的累计，计满8次即得到1s计时。

4. 总结

在城市中交通灯的使用十分普遍。用单片机来实现交通灯的控制，开发方便， 实用性好，可靠性高，成本低。

由于充分利用了8051单片机，提高了系统的可靠性和稳定性，硬件控制电路简单，系统体积小，调试和维护方便，软件部分可根据具体情况修改程序中的参数，能通过键盘和传感器实时监控灵活控制两车道的通行时间，应用了外部中断，使紧急车能及时顺利通过，对灵活有效地利用交通灯控制行车安全、车辆分流、减少交通事故的发生有一定的实际意义。