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1、应应用用技技术术用单片机实现交通灯的控制李琳（武汉职业技术学院计算机系湖北武汉430074）摘 要 单片机交通灯系统的研制，一方面可以改善交通堵塞问题 ，疏导车流 ，提高道路利用率 ；另一方面可以节省交通警力，提高效率。 论述了系统的硬件结构原理及软件设计思路。 测试结果表明设计的交通信号灯系统性能稳定，功能强，便于实现城市交叉口单点控制。关键词 单片机 交通信号灯AT89S52中图分类号TP36文献标识码A传统的交通信号灯控制电路一般由数字电路构成，电路复杂、体积大、成本高。 采用单片机控制交通信号， 不仅可以简化电路结构，降低成本、减小体积，而且根据主、支干道车流量发生变化的实际情况， 通
2、过拨盘开关可以很方便地进行主、 支干道通车时间的设定。1 系统设计特点在支干道设有车流传感器， 当支干道无车时，保证主干道始终处于放行状态。 而当检测到支干道有车时， 则按预定参数轮流放行，提高道路的通行能力。2 理论设计与计算2.1交通灯显示时序的理论分析与计算对于一个交通灯路口来说， 能在最短时间内达到最大的车流量， 就算是达到了最佳的性能， 我们称单位时间内多能达到的最大车流量，用公式 ：车流量=车流/时间来表示。先设定一些标号如图 1 所示。行人灯行人灯图 1标号设定说明：此图为直方图，纵向上边为北路口灯，下边为南路口灯，横向右边为东路口灯，左边为西路口灯。图 2 为红绿灯规则的状态图
3、， 分别设定为 S1，S2，S3，S4， 交通灯以这四个状态为一个周期，循环执行见图 3。请 注意图 2 -b 和图 2-d， 它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这种状态能在一定时间内达到较大图 2-a车辆行驶状态 S1图 2-b车辆行驶状态 S2的车流量， 效率特别高。依据上述的车辆行驶的状态图可以列，出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的所以只，需写出相邻路口的灯的逻辑表 ；根据图 3 可图 2-d车辆行驶状态 S4以看出图 2-c 车辆行驶状态 S3相邻路口的灯，图 2 红绿灯规则状态图它们的状态在相位上相差 180。 因此最终只需写出一组 S1，S2，时间大于次干道的放
4、行时间， 我们设定值S3，S4 的逻辑状态表，如表 1 所示。 表中的 时也应以此为参考。“” 代表是红灯亮 （也代表逻辑上的 0），3硬件设计“”是代表绿灯亮 （ 也代表逻辑上的 1），依上表就可以向相应的端口送逻辑值。硬件电路如图4， 主要采用了 1 片 512.2交通灯显示时间的理论分析与计算开始横向和纵向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，并S1且 S1，S2，S3，S4 各个状态保持时间之有严S3格的对应关系其公式如下所示。，S4S2S4S2T-S1+T-S2=T-S3S1T-S2=T-S4T-S1=T-S3S3我们可以依据上述的标准来改变车辆图 3交通灯状态图的
5、放行时间。 按照一般的规律，一个十字路 说明：外圈是北方为前进方向的状态循环 ，内圈口可分为主干道和次干道， 主干道的放行 是东方为前进方向的状态循环收稿日期：2008-08-11PIONEERING WITH SCIENCE & TECHNOLOGY MONTHLY NO.112008145科技创业刊用单片机实现交通灯的控制月PIONEERING WITH SCIENCE & TECHNOLOGY MONTHLY表 1交通灯的状态循环S1 的状态 A B C D E F G H 逻辑值 显示时间从 40 秒开始到 0 秒S2 的状态 A B C D E F G H 逻辑值 显示时间从 30
6、秒开始到 0 秒S3 的状态 A B C D E F G H 逻辑值 显示时间从 70 秒开始到 0 秒S4 的状态 A B C D E F G H 逻辑值 显示时间从 30 秒开始到 0 秒图 4基本控制系统硬件原理图图 5系统扩展硬件原理图系列单片机芯片 AT89S52（IC0），电路主要负责主、支干道交通信号的控制。 AT89S52 是一种低功耗、 高性能 CMOS 8 位微控制器， 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造， 与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Fl
7、ash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、 超有效的解决方案。 另外它还具有掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、三级加密程序存储器等功能。 且 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器有 1 000 次的擦写周期 。 采用 1 片74HC04 （IC1）， 被用作单片机与输出驱动级之间的中间缓冲级。 当高电平不高时， 74HC04 可使系统抗干扰能力增加，防止造成逻辑混乱。 采用 ULN2803A（IC2）组成的输出级 ，ULN2803A 的带负载能力为 0.5A/ 50V， 由 它 驱 动 用 高 亮 度 发 光 二 极 管（D1D12）模拟的交通信号灯 。 采用一片三
8、端稳压芯片 7805C （IC3） 用作电源 ， D13 用作防止输入直流电源极性接反时对电路造成的损坏。 C3，R7 构成上电自动复位电路，K0 为手动复位按钮。 D0 为电源指示灯。 AT89S52 的 P1.0P1.5 直接驱动红、绿、黄信号灯。4系统扩展扩展系统是在基本控制系 统 的 基 础上， 增加纵横放 行 参 数 输入、 模拟车流传感器输入和放行剩余时间显示电路构成的。 系统扩展硬件原理图见图 5。 图中 K1 为纵向放行参数输 入 开 关 ，K2 为 横 向 放行参数输入开关， 输入参数均为 8421BCD 码， 高四位为十位数， 低四位为 个 位 数 。为方便硬件连接 ，与
9、K1 相连的 P2 口 从 左至右为从高位到低位 （P27P20），而与 K2 相连的 P3 口从左至右为从低位到高位（P30P37）。 即横向放行参数输入开关 K2 出现输入高低位错位现象， 我们将在程序中通过软件进行转换来解决这一问题。 K3 为模拟车流传感器输入开关，输入“1”表示横向无车，“0”表示横向有车。 实际应用中应由金属探测传感器来产生该信号。 IC4 为 BCD 七段译码器芯片，其输入是 P0.3P0.0 送出的要显示的 BCD 码数， 输出为LED 显示的段码 。 LG3621BH 是双联共阳极七段 LED 数码管 ，T0、T1 构成二个反相器输出位码 ，位码由单片机的 P
10、0.7、P0.6 送出。 R10 排电阻是P0 口外接的上拉电阻。5 软件设计（1）纵向为绿灯时 ，横向为红灯 ，反之亦然。 两者交替允许通行。 正常情况下，每次交替时间 20s，每次由绿灯变为红灯的过程中，黄灯最后亮 2s，作为过渡。（2）一道有车而另一道无车时，使有车车道放行。（3）能实现特殊功能的显示。 进入特殊状态时 （如 119 救火车或 120 救护车通过时），则纵向、横向均显示红灯状态。交通信号灯有红、绿、黄三种。 红灯亮表示禁止通行；绿灯亮表示允许通行；在绿灯亮转为红灯亮以前， 先要求黄灯亮几秒钟， 以便让交叉路口停车线以外的车辆停止通行， 而交叉路口停车线以内的车辆快速通过路
11、口。正常情况下运行主程序， 采用 0.5s 延时子程序的反复调用来实现各种定时时间。 一道有车而另一道无车时，采用外部中断 1 方式进入与其相应的中断服务程序 ，并设置该中断为低优先级中断。 有紧急车辆通过时， 采用外部中断 0 方式进入与其相应的中断服务程序， 并设置该中断为高优先级中断，实现中断嵌套。6 结语经系统整体测试，系统上电，刷写好程序即可开始测试 ，观测一个周期 （共计 S1 S4 四个状态 ，默认 140s）灯的显示状态是否正常，同时观察倒计的计数是否正常，结果表明 ，本系统以 AT89S52 芯片为核心部件，利用软件编程，实现了对道路交通指示灯控制、放行时间控制等信息。 用单
12、片机控制的交通灯控制系统比数字或模拟电路有明显优势， 即不用对电路有大改动就可以适应新的工作条件，升级也很方便，只需对 CPU 重新刷写一次程序就可以了。 同时，51系列单片机具有结构简单、 编程方便、经济、 易于连接等优点， 特别是其内部定时器 /计数器 、中断系统资源丰富 ，可对交通灯进行精确的控制，有应用价值。参考文献1 何立民. 单片机高级教程M.北京：北京航空航天大学出版社,20002 林军. 用单片机控制的交通灯J.哈尔滨 ：电脑学习，2001（8）3 李广弟. 单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，1994（责任编辑 晓 天 杨 柳）146 科技创业月刊 2008 年第 11 期