基于89C51单片机设计报告

基于AT89S51系列单片机的智能交通信号灯设计

摘要：文章介绍了基于AT89S51系列单片机的智能交通灯控制系统的设计，系统能够根据十字路口车流量的情况控制交通信号灯按特定的规律变化。通过对现状交通灯存在的一些缺点进行分析，并提出改进方法。智能交通灯控制系统先通过传感器来识别车流量大小，系统根据车流量的情况进行自动控制，从而决定各方向车辆的通行,在保证交通安全的前提下最大限度地提高了交通效率，对缓解交通阻塞，提高畅通率具有十分现实的意义。

关键词：单片机，智能交通控制系统，传感器

一、国内交通灯产品设计技术发展概述

在城乡街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行; 黄灯亮,表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行; 绿灯亮,表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口城乡交通管理自动化。目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有基于EDA的交通灯控制系统；有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。但是，目前绝大部分交通灯其时间都是设定好的，采用的是单段式定时控制或多段式定时控制，其最大的缺点是绿灯时间和绿信比是固定的或是分时段固定的，且最佳绿

灯时间和最佳绿信比的整定较为困难，需要大量的实测统计数据,且很多情况下整定所得值并不是最优的,甚至是不合理的。控制起来都不是很灵活，这使得城市车流的调节不能达到最优。为解决这一问题，设计一个智能化交通灯控制系统，据实时车流量对各路口的绿灯时间进行动态调节，实现智能化管理。本文介绍了一种新型实用单片机交通灯控制系统的设计方法，实现交通信号灯的智能化管理。

二、技术指标

1) 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向两个交叉路口的车辆交替运行，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短。

2) 每次绿灯变红灯时,变要求黄灯先亮5S,才能换运行车辆.

3) 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数码管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。

4) 同步设置人行横道红、绿灯指示。

5) 考虑到特殊车辆情况，设置紧急转换开头。

三、技术方案

1、设计总体思路

AT89S51单片机有2个计数器，6个中断源，能满足系统要求。用单片机设计智能交通灯的成本低，相对其它技术较简单，且设计的产品能够满足要求，所以本文采用单片机设计交通灯，系统原理框图如图1所示：

CANBUS

图1

系统利用红外遥控装置实现各十字路口现场信号灯控制红外发射器发射出的编码信号经接收器接 收后送人单片机控制器，控制信号灯红绿变换、等待时间、急车强通。另外，车流检测装置安放在各十字路 口东西 、南北道路方 向实时检测车道车流信息。并将检测到的信息输至单片机进行处理。通过单片机编程技术实现信号灯绿、红切换及 等待时间设定。此外 ，PC 机通过通讯串口与节点上的单 片机控制器进行 通信 ，实现数据信息在CAN 总线上的发送与接收。PC 机负责网络上所有信号灯控制装置的集 中管理功能：同时向各信号灯控制器下传工作模式控制信息。 2、设计中的技术重点和难点

PC 通讯串口

单 片 机 控 制 器

键盘时间设红外线遥控编

看门狗

锁 存 器

拓展 CP U

并行接口

时间显示

信号灯控制 车流信息 CAN 总线 控制器

光电 隔离

CAN 总线 接收器

设计改智能交通灯的技术重点是交通灯运行控制功能模块框图，难点是如何检测十字路口的车流量，道路上的车流量具有极大的随机性和模糊性，是一个典型的时变系统。特别在上、下班时间，路口往往堆积着大量车辆，给人们的通行带来了极大的不便。如何根据检测到的车流量来动态、实时地控制当前绿灯时间是一个难点。

3、解决重点难点基本思路

对车流量的检测可以通过采用一个压电传感器，把各种车的图像等参数发送到传感器进行识别，最后由控制系统实现对信号灯的控制。如下图2所示：

系统中在每条路的进口安装六个检测器，即每一车道上两个。每条路的近侧检测器(靠近路口端)和远侧检测器问需一定的距离，使得能把后面的车辆预到达的信息反馈给系统，在此取100m。

四、硬件设计

系统采用AT89C51单片机作为主控制芯片。8255A作为东西和南北方向的红灯、绿灯、黄灯的I／O接口芯片。图3、4、5为交通灯的控制系统原理图。

图3

图4

图5

对关键元件的选择说明

(1)AT89C51(主控芯片 )：CPU 作为该系统的核心,控制芯片，起控制、管理交通灯的作用。

(2)采用双色LED模拟显示交通灯的状态

双色LE D是由一个红色 LE D 管芯和一个绿色 LED 管芯封装在一起，共用负端。当红色正端加高电平，绿色正端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮。

(3)紧急优先控制功能

该功能主要是为了交通管理中紧急处理。因此。在交通信号灯正常控制的基础上，增加紧急优先处理功能。如消防、急救等情况出现时，东西、南北方向的红灯均变亮。以便紧急处理。有紧急情况时。89(251通过INTO请求中断，使系统可靠地接收紧急信号。紧急情况处理后。交通信号灯又恢复到先前的工作状态。

五、软件设计

智能交通灯的软件设计流程图如下图所示：

否

是

否

是

是

否

否

是

第一状态，第一状态显示时间

显示时间减1

显示时间是否为0 第二状态，第二 显示时间 显示时间减1 显示时间是否为0

第三状态，第三显示时间

显示时间减1 显示时间是否为0

第四状态，第四显示时间

显示时间减1

显示时间是否为0