基于單片機的交通燈系統(tǒng)設(shè)計仿真-第1篇

1、 基于單片機的交通燈系統(tǒng)設(shè)計仿真 趙正陽 梁一鋒 張雨帥摘 要：隨著私家車的不斷增加，傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足路口交通的需要，因此，交通控制系統(tǒng)正朝著智能化、低成本化方向不斷發(fā)展。文章完成了以STC89C51單片機為控制核心的十字路口交通控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)交通系統(tǒng)，除了包括車輛信號燈指示模塊、人行道通行指示燈模塊、計時模塊以外，還包括了緊急按鍵模塊、通行時間加減模塊、紅外遙控模塊、行人闖紅燈報警模塊。除了能簡潔、直觀地顯示十字路口的通行規(guī)則，提高車輛和行人的通行效率外，系統(tǒng)還具有一定的可擴展性，將進一步提高十字路口的交通安全和通行效率。Key：交通控制;單片機;人行道;計時我國修

2、建道路的水平越來越高，路也越修越多，道路交通早已與每一個個體休憩相關(guān)，人們的日常生活、工作、學(xué)習(xí)都離不開交通這一活力動脈。隨著道路的建設(shè)，道路擁堵問題也逐漸成為城市發(fā)展的桎梏，限制了城市經(jīng)濟發(fā)展1，所以道路交通控制系統(tǒng)的發(fā)展勢在必行。進入21世紀，信號燈系統(tǒng)已經(jīng)將車輛、行人，甚至一些地面軌道交通整合。人們對交通出行效率的要求越來越高，因此交通控制系統(tǒng)的發(fā)展仍然不可或缺。在電氣化時代，一些微型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)極大地促進了交通系統(tǒng)的發(fā)展。交通系統(tǒng)正朝著數(shù)字化、功率化、多樣化的方向發(fā)展，根據(jù)道路現(xiàn)狀車流分析進行通行策略的制定，是交通史上的重大變革，所以在交通系統(tǒng)中嵌入智能管理系統(tǒng)具有很強的現(xiàn)實意義2。

3、1 設(shè)計方案本嵌入式交通控制系統(tǒng)在十字路口各個不同的方向分別設(shè)置交通燈，用紅燈代表禁止通行、黃燈代表等待、綠燈代表允許通行。除了直行信號燈外，在東南西北4個方向還各設(shè)置左拐信號燈一個（共4個）。4個兩位一體共陰極數(shù)碼管來分別顯示不同個方向的左拐、禁止、允許通過時間。正常工作時一個工作周期分為8個狀態(tài)。其中狀態(tài)0到狀態(tài)3與狀態(tài)4到狀態(tài)7過程一致，將南北方向定義為方向1，東西方向定義為方向2，下面給出狀態(tài)0到狀態(tài)3。狀態(tài) 0 時：方向1的車輛和行人可以直行，方向2的車輛禁止通行;狀態(tài) 1 時：方向1黃燈開始亮起，方向2禁止通行;狀態(tài) 2 時：方向1允許車輛左轉(zhuǎn)，兩個方向均禁止直行;狀態(tài) 3 時：方

4、向1黃燈開始亮起，方向2禁止通行。人行道的通行狀態(tài)與相同方向的車輛直行方向通行狀態(tài)相一致。當(dāng)某一方向車輛允許直行時，那么相同方向（由南向北或者由北向南）的兩條人行道也允許通行，否則該向人行道禁止通行。當(dāng)檢測到行人闖紅燈時，設(shè)置行人闖紅燈警示燈閃爍。正常情況下，交通燈從狀態(tài)0漸漸的向狀態(tài)7轉(zhuǎn)移循環(huán)，構(gòu)成了交通燈的正常工作模式?？梢詫Ξ?dāng)前數(shù)碼管顯示的時間進行加減。緊急模式的開啟有兩種方式，一種是通過交警手中的紅外遙控器緊急按鍵按下后車輛和行人都禁止通行3-4，或者在十字路口中心的交通指揮亭中設(shè)置緊急模式按鍵。交通系統(tǒng)示意如圖1所示。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)硬件電路為了設(shè)置車輛的直行、左轉(zhuǎn)的信號燈與倒

5、計時顯示，設(shè)置人行道上的通行信號，設(shè)置緊急模塊、通行時間加減模塊、紅外遙控模塊、行人闖紅燈報警模塊5，采用模塊化設(shè)計思想將系統(tǒng)分為主控模塊、車輛信號燈模塊、人行道信號燈模塊、驅(qū)動電路、按鍵模塊等。在同一時間上東西、南北兩組方向只能有一組方向允許通行。車輛指示模塊由16個發(fā)光二極管構(gòu)成，行人通行指示模塊由16個發(fā)光二極管來顯示通行、禁止。倒計時模塊由4個8位數(shù)碼管來顯示等待或者通行時間。4個按鍵分別來控制復(fù)位操作、緊急模式操作、數(shù)碼管時間加減。行人闖紅燈報警模塊通過設(shè)置在人行道道口的對射式紅外傳感器進行檢測，并且通過警報燈顯示是否有人闖紅燈。單片機交通控制系統(tǒng)的組成模塊如圖2所示。3 軟件設(shè)計3

6、.1 程序流程程序的好壞主要體現(xiàn)在其功能性和邏輯性上。能完整、準確地實現(xiàn)要求的功能是最基本的要求。邏輯性同樣重要，一個邏輯清楚的程序在編寫、調(diào)試、修改時都能起到事半功倍的作用。程序易于調(diào)試和修改，能夠降低軟件故障率、提高軟件的可靠性6。在程序編寫完成后使用Keil軟件來進行編譯修改，最后進行仿真。首先進行單片機初始化，初始化定時器T0，將各LED置低電平。其次，判斷是否有人闖紅燈，然后掃描紅外遙控器和交通指揮亭中的緊急按鍵。如果按下就進入緊急模式，如果未按下就保持正常模式。在緊急模式中判斷復(fù)位按鍵是否按下，如果按下則進入正常模式，否則一直保持緊急模式，程序的流程圖如圖3所示。3.2 相關(guān)子程序

7、3.2.1 單片機初始化子程序軟件延時和定時器都可以用來定時，但是單片機內(nèi)部的定時器要比軟件延時要精準得多。所以在通常情況下軟件延時一般用于對時間精準度不高的地方，其作用相當(dāng)于NOP延時函數(shù)用來給程序執(zhí)行反應(yīng)時間?？紤]到本系統(tǒng)需要高精度定時，因此使用了設(shè)定為工作方式1的定時器來定時。定時器的設(shè)定與幾個寄存器相關(guān)，在EA中開啟中斷允許包括總中斷和定時器中斷。然后設(shè)定定時器的初值，最后打開中斷允許。以上操作是在程序初始化中設(shè)置，器的初值的兩種表示方式如下：（1）t=（216-初值X）機器周期（求X后換算成16進制）。（2）或者直接將（216-時間）的值進行求商和余數(shù)。3.2.2 數(shù)碼管顯示程序?qū)⑦@

8、4位數(shù)碼管的控制端與P2相連來決定哪一位亮。在宏定義中已經(jīng)將對應(yīng)數(shù)字的段選碼放入了數(shù)組當(dāng)中。所以將數(shù)字對10的商就是十位數(shù)字的下標，通過下標在數(shù)組里找出對應(yīng)的數(shù)字來賦值給數(shù)碼管。同理將倒計時的數(shù)字對10的余數(shù)，就是個位時間的下標。3.2.3 中斷函數(shù)在本設(shè)計中用到了一個定時中斷源，為該中斷設(shè)置一個初值t秒，所以每記滿t秒就會調(diào)用一次中斷子程序。在中段子程序中實現(xiàn)的功能有兩個，分別是使車輛通行黃燈亮?xí)r黃燈能夠閃爍并且是數(shù)碼管顯示倒計時時間每隔1 s減1。在實現(xiàn)兩個功能時最重要的是要在定時器溢出之后，在中斷子程序中對t0重新賦值。以count來計算中斷次數(shù)在中斷函數(shù)中每次中斷執(zhí)行count+操作，

9、來累加初值t秒。在中斷函數(shù)中判斷當(dāng)時間為0.5 s時執(zhí)行黃燈取反，當(dāng)計時為1 s時執(zhí)行數(shù)碼管減一，并且將count清0。3.2.4 按鍵子程序使用者和單片機的直接交流除了代碼的修改之外就是通過硬件電路里的按鍵了。用戶按下按鍵后，單片機系統(tǒng)就會獲得相應(yīng)的鍵值，并執(zhí)行相應(yīng)的命令程序。按鍵部分的軟件設(shè)計主要是對51單片機進行編程，從而能夠成功地讀取按鍵，實現(xiàn)相應(yīng)功能。在正常模式按鍵按下后要將初值重新賦值給各數(shù)碼管，并且可以通過按鍵來改變東西、南北方向允許通行的時間減少擁堵7-8。緊急模式下，考慮到事故車輛的通過。在緊急按鍵按下時，各個方向均亮紅燈包括人行道，方便處理事故，或者讓救護車、救火車等車輛快速通過。4 軟件仿真在Proteus中選擇完合適的元器件之后，將其按設(shè)計進行引腳連接。在連接完成后，將.hex文件添加到芯片中進行仿真。整個過程分為8個狀態(tài)，且前4個與后4個狀態(tài)相似，正常模式的前4個狀態(tài)如圖4所示。當(dāng)遙控器或者交通指揮亭中緊急按鍵