单片机课程设计---智能交通灯控制系统的设计

智能交通灯控制系统的设计

近年来，随着我国国民经济的快速发展，我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种因素相对滞后，交通拥挤和堵塞现象时常出现。如何利用当今计算机和自动控制技术，有效的疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少交通事故是很值得研究的一个课题。目前，国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯再加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。

我国交通法规也对交通指挥信号灯做出了规定：

（1）绿灯亮时，准许车辆、行人通行，蛋转弯的车辆不准妨碍执行的车辆和被放行的行人通行。

（2）黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和已进入人行横道的行人，可以继续通行。

（3）红灯亮时，不准车辆，行人通行。

（4）绿色箭头灯亮时，准许车辆按箭头所示方向通行。

(5)黄灯闪烁时，车辆、行人在确保安全的原则下可以通行。

信号灯的出现，使交通得到有效控制，对疏导交通流量、提高道路通行能力和减少交通事故有明显的效果。

设计任务

本设计要求学生用单片机设计一个智能交通灯控制系统。使其能模仿诚实“十字”路口交通灯的功能，并能满足特殊的控制要求，该系统的具体功能如下：（1）该控制系统能控制东西南北四个路口的红黄绿信号灯正常工作。

（2）当东西方向准行，南北方向禁行时，东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯。（3）当南北方向准行，东西方向禁行时，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯。（4）两垂直方向的准星事件均为60s。

（5）准行方向亮绿灯与禁行方向亮红灯55s后，四个道口同时加亮一盏黄灯禁行闪烁，已警告车辆及行人，准行方向与进行方向即将改变。

整体方案设计

本系统拟采用AT89C51

单片机作为智能交通灯

的控制核心。从设计所

要完成的任务和要求来

看，单一路口显示倒计

时事件的数码管必须用

两位，对于七段数码管，

考虑到AT89C51单片机

所能提供I/O接口的数量并结合学生编辑的实际能力，倒计时显示装置中的数码管在本系统中采用的是静态显示；十字路口共需4组红绿灯，加转换黄灯，一共是12只灯，须用6个端口进行控制，具体I/O接口分配为：P1.0~P1.2分别接东西方向的红绿黄共6盏信号灯P1.3~P1.5分别接南北方向的红绿黄共6盏信号灯；AT89C51单片机的I/O口作为输出时，具有较大的吸收电流能力，因此我们可以选用共阳极数码管，这样由单片机I/O口就可以直接驱动，从而简化硬件电路的设计；此外专门设计

了监控电路对控制系统进行实时监控，保证系统工作的稳定性和持续性。系统的整体设计方案设计图如图。

系统硬件电路设计

交通灯电路

为了方便学生做实验，可以用发光二极管作为交通灯来使用，单片机的I/O 接口直接和交通灯（发光二极管）连接。在十字路口的四组红、黄、绿三色交通灯中，东西方向道路上的两组同色灯连接在一起，南北方向道路上的两组同色灯也彼此连接，受单片机P1.0~P1.5控制。单片机的I/O接口与交通灯电路的具体连线方式为：P1.0~P1.2分别接东西方向的红、绿、黄共6个发光二极管，P1.3~P1.5分别接南北方向的红、绿、黄共6个发光二极管。12个发光二极管采用了共阳极的连接方式，因此I/O口输出低电平时，与之相连的发光二极管会亮，I/O口输出高电平时，相应的发光二极管会灭。交通灯电路图如图所示.

倒计时显示电路

该交通灯控制系统在正常工作情况下，每60S循环变换一次，为方便提示路上行人及车辆交通灯转换的剩余时间，专门为控制系统设计了一个倒计时显示装置。该显示装置选用七段数码管来显示交通灯转换的剩余时间，根据控制要求，每个路口需要两个数码管，这样的四个路口就需要八个数码管。由于AT89C51单片机的I/O作为输出时，具有较大的吸收电流能力，因此我们可以选用共阳型数码管，这样由单片机的I/O就可以直接驱动，从而简化硬件电路的设计。四个路口倒计时显示装置在同一时刻显示的数字，其中P0口用来显示时间的十位，P2口用来显示时间的个位；东西南北四个方向共四个路口，令DS1和DS2是一组，DS3和DS4是一组，DS5和DS6是一组，DS7和DS8是一组。考虑到AT89C51单片机所能提供I/O接口的数量以及该控制系统所需要的I/O的个数并结合学生实际编程的能力，数码管在本系统采用的静态显示（当然，有能力的同学也可以也可以采用动态的显示方式，因为这样可以节约I/O资源进而扩展更多的功能）。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的数码管恒定地导通或截止。采用静态显示时，占用CPU的资源较少，单片机只要把显示字形代码发送到借口即可，直到要显示新的数据时，再发送新的字型码。倒计时显示电路如图4—3所示

4.3.4紧急通行电路

该系统的K1、K2、K3三个按键分别与单片机的P3.0、P3.6、P3.6相接，它们可以在特殊的交通情况下使用。例如，当有紧急情况发生，如消防车，救护车等紧急车辆通过时，按下K1键，四个路口加亮黄灯信号灯并进行闪烁（闪烁时间为5s）,并且倒计时显示装置关闭，黄灯5s闪烁完成后，四个路口的信号灯全部变成红灯，从而保证紧急车辆的及时通过，待紧急车辆通过后，松开K1键，紧急情况消除，交通灯控制系统恢复正常工作；按下K2键，四个路口同时加亮黄色信号灯并进行闪烁（闪烁时间为5s），并且倒计时显示装置关闭，黄色灯5s 闪烁完成后，只允许东西方向车辆准行、南北方向车辆禁行，松开K2键，交通

灯控制系统又开始正常工

作；按下K3键，四个路口

同时加亮黄色信号灯并进行

闪烁（闪烁时间为5s），并

且倒计时显示装置关闭，只

允许南北方向车辆准行、东

西方向车辆禁行，松开K3

键，交通灯控制系统又开始

正常工作。按键电路如4-4

图所示。

4.3.5控制电路

51系列单片机系统通常工作在一些特定的环境中，不可避免会受到外界的干扰，这些干扰轻则导致系统内部数据出错，重则将严重影响程序的运行。为了保护数据、抑制干扰，在单片机系统的开发过程中需要进行可靠性设计。

可靠性设计本身是一个复杂的课题，它涉及系统软件、硬件以及结构设计等