市道路錯綜復(fù)雜，相互交錯，交通燈是城市交通的重要指揮系統(tǒng)。交通信號燈作為管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，對減少交通事故有明顯效果。但是車流量是隨時變化的，而傳統(tǒng)的交通燈模式采用的是定時控制，反而容易造成交通堵塞。

本文設(shè)計(jì)的交通燈可根據(jù)平時或上下班高峰期來轉(zhuǎn)換紅綠燈切換時間，如上下班高峰期紅燈轉(zhuǎn)換時間設(shè)置為40秒，平時設(shè)置為60秒。這樣可有效緩解在上下班時間，由于紅燈設(shè)置時間太長，為了趕時間而闖紅燈現(xiàn)象。同時，有效緩解交通堵塞現(xiàn)象。

1、交通管理的方案論證

1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定：綠燈亮允許通行；紅燈亮，禁止通行；黃燈亮，提示人們注意紅，綠燈的狀態(tài)即將切換。為了方便說明，現(xiàn)假設(shè)東西，南北走向的兩干道相交于一處十字路口。同時，為了保證行人安全，設(shè)置A，B，C，D四條人行道。如圖1所示。

圖1 ? 路口指示燈示意圖

路口指示燈工作情況說明：當(dāng)東西道為紅燈，此道車輛禁止通行，此時B，D人行道上行人可通過馬路；同時南北道為綠燈，此道車輛通過，此時A，C人行道上行人禁止通行，時間為60秒。黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅，綠燈的狀態(tài)即將切換。當(dāng)東西道為綠燈，此道車輛通行，此時B，D人行道上行人禁止通過馬路；同時南北道為紅燈，此道車輛禁止通過，此時A，C人行道上行人可通行，時間為60秒。依此循環(huán)，即可指引車輛有序行駛，行人安全通過馬路。

2、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1、系統(tǒng)電路總體概要

本設(shè)計(jì)主要由89C52單片機(jī)、交通燈顯示模塊、紅外接收模塊、數(shù)碼管、按鍵等組成。89C52單片機(jī)為系統(tǒng)主控制器，控制其他模塊協(xié)調(diào)工作；按鍵和紅外接收模塊用來切換系統(tǒng)工作模式：正常模式或上下班高峰模式。即正常模式下，紅燈設(shè)置的時間為60秒；上下班高峰模式下，紅燈設(shè)置的時間為40秒。交通燈顯示模塊用以指引各路道車輛的通行，數(shù)碼管為了顯示交通紅綠燈所剩的切換時間，行人依此判斷是否有足夠時間過馬路，是走還是停。其主要框圖如圖2所示。

圖2 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖

2.2、硬件電路的設(shè)計(jì)

2.2.1、控制器的選擇

作為交通智能控制的中心，控制器的選擇十分重要。我們常見的有：（1）現(xiàn)場可編程門陣列FPGA；（2）可編程邏輯控制器PLC；（3）51系列單片機(jī)等。這是一種較為實(shí)用的系統(tǒng)，所以要從價格和使用方面等因素綜合考慮。以上3種控制器都可以很好的完成交通燈的智能控制，而FPGA和PLC操作和完成簡單，但成本價格較高，性價比低。對于本設(shè)計(jì)，51系列單片機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)其控制，且性能良好，價格低廉。因此選用大家所熟知的89C52單片機(jī)作為控制器。

圖3 紅外發(fā)射與接收原理圖

通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制如圖3所示。紅外接收頭的工作原理：內(nèi)置接收管將紅外發(fā)射管發(fā)射出來的光信號轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，此信號經(jīng)由IC內(nèi)部放大器進(jìn)行放大，然后通過自動增益控制、帶通濾波、解調(diào)變、波形整形后還原為遙控器發(fā)射出來的原始編碼，經(jīng)由接收頭的信號輸出腳輸入到電器上的編碼識別電路。

本設(shè)計(jì)選用89C52單片機(jī)作為控制器，控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式，普通模式和上下班高峰模式?？赏ㄟ^按鍵或紅外遙控對系統(tǒng)運(yùn)行模式進(jìn)行切換。按鍵切換適于值班人員使用，而紅外遙控切換適于交警巡查時使用，方便快捷。現(xiàn)簡要介紹該系統(tǒng)工作原理：89C52單片機(jī)通過鎖存器控制數(shù)碼管顯示紅綠燈時間，東西、南北四組數(shù)碼管時間顯示相同。P1^2～P1^7控制交通燈的顯示。P1^2～P1^4控制東西道兩組交通燈的顯示，這兩組紅綠燈通過單片機(jī)控制顯示相同顏色的指示燈并且切換時間相同；而P1^5～P1^7控制南北道兩組交通燈的顯示，這兩組紅綠燈同樣通過單片機(jī)控制顯示相同顏色的指示燈并且切換時間相同。P3^5接按鍵S1，通過此按鍵可控制系統(tǒng)運(yùn)行模式。P3^2接紅外接收模塊，通過此接口可紅外遙控切換系統(tǒng)運(yùn)行模式。如圖4所示：

圖4 ?硬件電路圖

3、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

#include

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

uintaa，num，MODEL1，numa，HMODE1;

ucharshi，ge，gtime，rtime;

……

sbitdula=P1^0;//段選

sbitwela=P1^1;//位選

sbitLED1=P1^2;//東西（紅燈）

sbitLED2=P1^5;//南北（紅燈）

sbitLED3=P1^6;//南北（黃燈）

sbitLED4=P1^3;//東西（黃燈）

sbitLED5=P1^7;//南北（綠燈）sbitLED6=P1^4;//東西（綠燈）

sbitKEY1=P3^5;

ucharcodetable［］={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，

0x7d，0x07，0x7f，0x6f};

uchartable1［］={0xbf，0x7f};

voiddelay（ucharz）//延時函數(shù)

{ucharx，y;

for（x=z;x》0;x--）

for（y=110;y》0;y--）;}

voidinit（）

{TMOD=0x01;//選擇方式一，16位計(jì)數(shù)器

TH0=15536/256;

TL0=15536%256;//定時器高、低位，置入初值

EA=1;//中斷允許總控制位

ET0=1;//定時器0中斷允許控制位

TR0=1;//定時器0運(yùn)行控制位

aa=0;

gtime=60;

rtime=40;

num=1;

numa=1;MODEL1=1;

HMODE1=0;}

定時的函數(shù)及原理：

當(dāng)單片機(jī)工作于定時狀態(tài)時，定時/計(jì)數(shù)器對機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，每個機(jī)器周期包括12個振蕩周期，以晶振頻率為12MHZ為例，則：

1個機(jī)器周期=12/晶振頻率=12/12000000=0.001ms

定時時間為：TC=XTP。其中，TP為機(jī)器周期，TC為定時時間。

則應(yīng)裝入計(jì)數(shù)/定時器的初值為：

N=M-Tc/Tp

（注：M=2n，TP為機(jī)器周期，TC為定時時間）

對于方式1，一次最大的定時時間為：T=（216-0）×0.001=65.536ms，為了便于計(jì)算，設(shè)定每次最大定時時間為50ms，計(jì)算應(yīng)裝入的初值：

N=65536-50000=15536

顯示子函數(shù)：

通過單片機(jī)對鎖存器進(jìn)行位選，段選的控制，使數(shù)碼管顯示需要的數(shù)字。

voiddisplay（shi，ge）

{dula=1;

P0=table［shi］;

dula=0;

wela=1;

P0=table1［0］;

wela=0;

delay（5）;

P0=0xff;//對數(shù)碼管消影

dula=1;

P0=table［ge］;

dula=0;

wela=1;

P0=table1［1］;

wela=0;

delay（5）;

P0=0xff;}

模式一函數(shù)：

voidmod1（）

{if（num==1&》ime》5）//東西道紅燈亮，南北道綠燈亮，最后5秒切換成黃燈

{LED5=0;

LED1=0;}

f（num==2）//東西道綠燈亮，南北道紅燈亮

{　LED2=0;

LED6=0;

LED5=1;

LED3=1;

LED1=1;}

if（num==1&》ime==5）//東西道紅燈亮，南北道黃燈亮5秒

{　LED5=1;

LED2=1;

LED3=0;}

shi=gtime/10;

ge=gtime%10;

if（aa==20）//50ms×20=1s，即過1s數(shù)碼管數(shù)字減1

{aa=0;

gtime--;}

display（shi，ge）;

if（gtime==0&&num！=2）

{gtime=60;

num=2;}

if（gtime==0&&num==2）

{num=1;

gtime=60;

LED2=1;

LED6=1;}}

模式二函數(shù)：

如同模式一，只是參數(shù)有變化。如將gtime=60換成

rtime=40；num=1換成numa=1；僅此而已。

主函數(shù)：

void ?main（）

{init（）;

while（1）

/*模式一，平常模式，紅綠燈切換時間為60秒*/

{if（MODEL1==1||HMODE1==0）//按鍵或紅

外控制切換模式

{mod1（）;}

/*通過按鍵切換工作模式*/

if（KEY1==0）

{delay（5）;//按鍵消抖

while（KEY1==0）

{MODEL1++;

rtime=40;

if（MODEL1==3）

{MODEL1=1;

gtime=60;}

while（！KEY1）;}}

……

/*模式二，上下班高峰期模式。紅綠燈切換時間為40秒*/

if（MODEL1==2||HMODE1==1）

{mod2（）;}

}}

voidtimer0（）interrupt1

{TH0=15536/256;

TL0=15536%256;

aa++;}

4、系統(tǒng)的仿真

結(jié)合軟硬件，通過proteus仿真，此系統(tǒng)可安全、可靠的運(yùn)行。仿真圖的部分截圖如圖5所示。

圖5 ?交通燈控制系統(tǒng)運(yùn)行示意圖

5、結(jié)論

本文給出了紅外遙控雙模式交通燈控制系統(tǒng)，通過硬件電路的搭建和軟件的調(diào)試，最后通過proteus進(jìn)行仿真。該系統(tǒng)完全可以完成設(shè)計(jì)的要求。