基于单片机的交通灯控制系统设计

摘要：本文设计了一种基于AT89C51单片机的交通信号控制系统。系统不仅具有交通灯控制功能，还增加了实时控制和交通信号故障检测功能，提高了交通灯的智能性、可靠性和实用性，本文介绍了一种基于AT89C51单片机的交通信号控制系统。该系统不仅具有红绿灯控制功能，还增加了交通信号灯的实时控制和故障检测功能，提高了红绿灯的智能性、可靠性和实用性，有效提高了交叉口的通行能力。
如今，所有路口都安装了红绿灯，这已成为最常见和最有效的交通引导手段。然而，随着社会的不断进步，传统交通灯的缺陷也日益显现。最明显的问题是设计过于死板，红绿灯的交替时间过于程式化，无法实现道路的最大交通效率。本文研究了基于AT89C52单片机的交通灯控制系统。系统通过红外接收器接收信号，实现专用车辆（119、120等）的自动放行；通过车辆检测电路采集路况信号，经单片机处理后分配各车道绿灯时间，实现车辆流量的动态调整，并显示通过LED数码管的倒计时；除了基本的红绿灯功能外，系统还具有人工设置交通时间、倒计时显示、紧急车辆强制通行、交通流量检测与调整、交通异常情况识别与处理等相关功能。
1交通控制系统总体框图设计及原理。此基础上，将单片机与流量检测芯片相结合，为交通检测添加数据采集电路。本设计以单片机为控制核心，接入最小系统。输入由交通流检测模块、违章检测模块和钥匙设置模块生成。信号灯状态模块、led倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。系统总体框图如图1所示。
2系统硬件电路组成及工作原理本设计采用AT89C52单片机和外围设备构成最小控制系统，12个发光二极管分为四组，红、绿、黄三色灯组成信号灯指示模块，8个LED的东、西、北、南各组成倒计时显示模块，车辆流量检测传感器采集流量数据，光敏传感器捕捉非法信号，几个按钮由时间设定、模式选择按钮和紧急按钮组成，并用蜂鸣器报警。
系统硬件电路组成：以单片机为核心的闭环控制系统，由车流采集、处理和自动控制组成。系统硬件电路由交通流检测电路、单片机、违章检测电路、状态灯、LED显示屏、按钮、语音提示等组成。具体的硬件电路图如图2所示。
其中P0和P2用于显示两个LED数码管，P1用于控制红、绿、黄三种发光二极管，xtal1和xtal2连接到晶体振荡器时钟电路，复位引脚连接到复位电路，p3.3用于INT1，用于违规检测电路，p3.2是INT0到紧急停车/东西时间设置键J，p0.6，p0.7到交通流检测电路，p3.6到南北时间设置键s，p3.7到自动模式选择/返回键f，p3.4连接到语音提示。系统上电或手动复位后，按下系统等待模式选择设置键。有两种模式：自动红绿灯时间和红绿灯时间设置。此时按F键为自动模式；此时按s键为时间设定模式。多次按s键和j键可设置两个方向的红绿灯时间，然后按F键确认。实际上，这个过程就是设置寄存器的时间值，以及是否检测和调整流量。
接下来，系统必须首先显示状态灯和led数码管，将状态码值发送到P1端口，将时间值发送到显示P0端口，使用P2端口对led数码管的显示导通进行选通。同时，以50ms为周期，用软件方法计时1s，达到1s时，时间值减少1，刷新LED数码管。
如果时间达到某个状态所需的全部时间，则进行下一个状态判断和连接，加载第二个状态对应的状态代码值和时间值，并打开两个外部中断。其中之一是违章信号或禁止停车信号的输入。一旦信号有效，中断将启动并进入中断服务子程序，蜂鸣器将打开以禁止所有通行。当按下F键时，交叉点将中断光束返回。二是交通流检测信号的输入。如果检测到有车辆经过，则进入相应的中断子程序，存储交通流的计数器上加1，然后返回中断结束。
3个控制模块
3.1车辆检测模块
本设计采用视频图像交通流检测。其基本思想是视频图像中的每条车道上设置一个固定区域作为虚拟检测线，对该区域内的图像进行处理，完成车辆信息的采集。交通流检测的工作原理图和交通流检测图分别如图3和图4所示。
交通灯模块用于显示交通信号灯。对于一个交叉口，每个交叉口的信号转换顺序为：绿灯->黄->红，绿灯最短时间为20秒，最长时间为40秒，红灯最短时间为25秒，最长时间为45秒，黄灯时间为5秒。
3.3时间显示模块
交通信号灯上方安装绿灯通过时间和红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路。由于显示时间从东到西、从西到东、从南到北、从北到南，只需要考虑四位数码管显示电路，包括东西方向的两位和南北方向的两位。两位数码管的时间可以达到0-99秒，完全可以满足系统的要求。数码管的连接方法如图6所示。
3.4紧急转移模块
当有特殊车辆（如119、120）急需通行时，本文设计了紧急接入开关，当专用车辆到达时，可以自动关闭所有绿灯，让专用车辆通行。设计中，红外发生器可以作为特种车辆的发射源，并通过实时中断来响应特种车辆的交通需求。红外接收机是一种灵敏度高、抗干扰能力强的集成式红外接收机。红外遥控接收电路的原理框图如图7所示。
3.5违规检测电路和模拟
红灯和黄灯期间禁止车辆通行。为了检测那些违反规则的车辆，可以使用超声波车辆传感器。但受条件限制，系统设计仅采用普通光电二极管。
4结论基于单片机的多功能交通灯控制系统充分利用了AT89S52单片机的功能，提高了系统的可靠性和稳定性。该系统设计简单、实用、操作简单、程序可靠。实现各种情况下红绿灯的正常指示和倒计时功能。该系统可通过远程控制方便灵活地调整交叉口控制参数，使应急车辆及时顺利通过。本系统交通灯故障检测过程中具有较强的实用价值。
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