智能交通信号灯控制系统浅析

【摘要】随着我现代社会交通运输需求量的不断扩大，如何处理好如此庞大的群体，交通信号灯就就此诞生，但是传统的交通信号灯不已经不能满足于现代日益增长的交通压力，这些缺点体现在：红绿灯时间固定，不能随着车流量的需求来控制红绿灯的时间。本文运用单片机技术，以及车流量检测装置来实现交通信号灯的自控制，随着车流量来改变红绿灯的时间，达到智能控制。

【关键词】单片机；交通灯；车流量；智能控制

1 前言

目前交通信号灯的种类多种多样，有的应用了 CPLD 设计实现交通信号灯的控制；有的应用了 PLC 实现交通信号灯的控制；有的应用单片机实现对交通信号灯的控制。我国的交通信号灯一般情况下设置在十字路口，在醒目的地方用红色、绿色、黄色三种指示灯，加上一个倒计时开控制人车通行。在一般情况下这种信号灯能保障安全，车辆分流也能发挥不错的作用，但是根据现在车流量日益增加的现状还存在着许多不足。比方说车辆放行时间固定，在十字路口经常出现东西和南北方向的车流量相差甚大的情况，这样如何给车流量较多的干道给予较多的放行时间就成了问题。

2 智能交通信号灯系统总设计

2.1 单片机智能交通信号灯通行方案设计

1、采用 AT89C51 单片机作为控制器。其具有两个十六位定时器/计数器，五个中断源，便于对车流量模块的中断检测。32 个I/O 借口，使具有足够的借口来驱动数码管及交通灯。外存储器寻址范围 ROM、RAM64K，方便系统扩展。其中 T0，T1 口可以对外部外冲进行实时的计数操作，所以可以方便车流量的检测信号的输入。

2、采用数码管与点阵 LED 结合的办法，因为设计要求既要倒计时数字输出，又要有状态灯输出，考虑实际情况又方便观看，用数码管和 LED 灯分别显示时间和状态信息。

3、市面上车流量检测的方法多种多样，主要有遥感微波检测器、电磁感应检测器、红外线检测器三种。只是第一张精度虽高，但是受环境影响大，而且造价昂贵，随意不选用。第二种需要将感应器埋于地下，对已经建设好的道路需要重修，施工量大而且对交通影响很大，所以也不采用。第三种设计比较简单，而且造价不高，权衡之下，红外线检测仪器是不错的选择。红外线检测器是利用检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测的物体有无。物体不仅仅限于金属，只要能反射光线的物体都可以被检测。光电开关把输入电流在发射器上转换光信号发射出，接收器再根据接收的光线强弱或者有无对目标物体进行探测。当汽车经过光扫描区域的时候，部分或者全部光束被遮挡，来实现对汽车辆数据的检测。

2.2 功能要求

实现单片机智能交通信号灯系统的正常启动有如下功能要求：

1、倒计时显示是体香驾驶员在信号灯发生改变的时间、在“通行”和“停止”之间作出合适的选择。行人和驾驶员都愿意选择有倒计时的显示方式控制交通灯的信号改变，并且一直认为有倒计时的路口更加安全。倒计时显示是减轻驾驶员在信号灯颜色改变时做出错误判断的机率，它能提醒驾驶员颜色即将发生改变，在“通行”和“停止”之间作出适当的选择。

2、车流量检测模块作为单片机智能交通系统的足本组成，在智能交通系统中有着举足轻重的地位。这个系统采用单片机、车流量传感器、外围器件来实现。

3、手动设置时间模块，系统可以跟据车流量来自动调整以外还能根据键盘来调整，增加了人为可控性，可以避免意外情况的发生。在特定情况下可以把所有灯都设置成为红灯。

3 系统硬件组成

1、实现这个系统单片机是必不可少的，下面就来介绍一下AT89C51 单片机：AT89C51 单片机包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时器等组成。a）中央处理器：中央处理器也叫 CPU，使整个部件的核心，是 8 位数据宽度处理器，能对 8 位二进制位数据和代码进行处理，CPU 负责指挥、调度和控制整个系统协调工作，完成数据运算和信号的输入输出等。b）程序存储器：AT89C51 共有 4KB 容量，用于存放用户的程序，原始数据和表格。c）数据存储器：AT89C51 内部有 128个8位存储单元和 128个专门的寄存单元，他们统一编址，专用的只能存放控制指令，用户只能访问不能修改和存放，因而用户能够使用的只有 128 个，可存放可读可写的数据。d）I/O 口：AT89C51 共有 4 组 8 位 I/O 口分别是 P1、P2、P3、P4，用于对外部数据的传输。e）定时器/计数器：AT89C51 共有两个 16 位的可编程的定时器/计数器，实现计数或者定时产生的中断，用于控制程序的转向。f）全双工串行接口：AT89C51 内置一个这样的接口，用于和其他设备间的数据传递。g）中断系统：AT89C51 共有两个外中断、两个定时器/计数器中断和一个串行中断，可以满足不同控制的要求。h）时钟电路：AT89C51 内置最高频率达 12MHz 时钟电路，用来整个单片机运行的脉冲的时序，但 AT89C51 单片机需要外置振荡电容。单片机结构有两种，一种是数据存储器和程序存储器分开的，即哈佛结构，另一种是采用计算机的程序存储器和数据存储器合为一体的结构，即普林斯顿结构。AT89C51 单片机是哈佛结构形式。AT89C51 引脚：采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结果，40 个引脚，其中正电源线和地线两根，外置振荡时钟线两根，4 组 8 位一共 32 个 I/O 口，中断口的线与 P3 口的线重复用。

2、红外线传感器这里用的是其中的光传感器，也就是光电开关，是光电接近开关的简称。它利用的就是被检测物体对光的遮挡和反射，由同步回路选择通路，进而检测物体有无。通过同步回路检测的物体有无。物体不仅仅限于金属，只要能反射光线的物体都可以被检测。光电开关把输入电流在发射器上转换光信号发射出，接收器再根据接收的光线强弱或者有无对目标物体进行探测。

3、电源电路：选取三端稳压器来作为电路电源，其种类主要有两种：一种是输出稳压是固定不变的，称之为固定输出三端稳压器；另一种输出的电压是可以调节的，称之为可调输出三端稳压器。其实基本原理相同，都是采用串联型的稳压电路。在线性集成的稳压器中，由于三端稳压器只有三个端子，具有外接元件比较少，性能稳定，价格适中等优点，所以得到了广泛的应用。

4 总结

随着城市机动车辆的不断增加，在我国许多的大城市出现了交通超负荷状况。自八十年代后期，这些城市修建了高速道路来缓解压力，在刚建好的初期这个决策很好的解决了交通超负荷着状况。但是随着经济的发展，交通量的增长和高速路高昂的费用，高速路没有发挥人们本来预期的效果。如何用合理的方法在大限度的缓解交通压力成为交通管理者和城市规划部门的主要问题。

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