李友亮

摘要：近年来，随着科技的飞速发展，单片机逐渐得到人们的青睐。使用单片机需要结合具体的软硬件结构。十字路口车辆穿梭能够有条不紊，交通信号灯的自动指挥系统在此扮演了一个重要的角色。本系统采用单片机和一些外围电路，设计了的交通灯电路，电路能够显示倒计时时间，根据实际车流量通过设置红、绿灯燃亮时间。

关键词：单片机;交通灯;倒计时;时间显示

随着社会经济的发展，城市人口密度越来越大，人们的生活条件越来越好，道路上机动车数量和各种交通工具迅速增加，随之而来的是城市交通负荷增长，压力增大。目前，交通拥堵问题已成为城市交通的一大隐患。交通信号灯是疏导路面交通通行的重要手段，是城市道路交通管理不可或缺的一部分。目前大多数交通灯的通行时间都是人为设定的，不能根据实时的道路交通状况改变，这也是造成道路拥堵甚至瘫痪的主要原因之一。针对这一现象，本文提出了一种基于单片机的多工作模式交通灯控制系统。该系统不仅能够实现传统模式，还可以工作在根据车流量的大小自动调节红绿灯时间的智能模式，以及特殊车辆到来时的紧急模式。

在所有情况下，电子（逻辑）电路都是用来控制电源电路的。电子逻辑电路通常由电子设计的基本数字元件组成，包括振荡器、定时器、计数器、解码器、微处理器等，而电源电路则包括灯和驱动电路。数字电路的设计使输出与设计选择相适应。电源单元的设计目的是产生稳定的电源电压，用于逻辑电路供电。输出由一系列灯组成，这些灯根据设计按特定的顺序照明。通过逻辑电路设计，使灯具按照特定的顺序出现，每一种颜色都代表该列车辆不同的运动状态。但是，我们需要更多了解信号灯，并结合实际需求，不断创新发展，才能达到发展的需求，所以研究交通信号灯极为重要。

一、交通灯电路的系统硬件设计

交通灯的硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，我们除了实现交通灯基本功能以外，需要考虑的主要还有以下因素：芯片运行稳定度;编程的复杂度等;以下对各个模块的选择方案进行了简单的探讨。

（一）交通灯方案设计

我们基于51型单片机，数码管显示倒计时。根据预期目标要求，研究现在经常使用的各功能模块的设计方案，并对各个方案进行了认真的对比，从功耗、体积、性能等多维角度仔细研究各个方案是否可行。在进行了严密的推敲和研究之后，设计的系统决定采用包括以下几个模块，各个模块方案论证也在下文进一步给出。交通灯总体设计框图，主要有单片机控制、按键控制、红外电路、驱动显示等电路组成。

（二）电源方案

为使单片机工作时能有稳定的电流源，而不是高低不同的电压电流，我们采用的电源必须能够稳压输出。有以下两种方案：方案一：独立的稳压电源。此方案虽然稳定可靠，且各种成品电路市场上很多，我们可以随意挑选，但如果各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二：单片机控制模块提供电源。此方案简单易懂，成本节约;但功率的输出不高。所以基于以上讨论，在设计的时候我们选择第二种方案。

（三）显示界面方案

交通灯系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，本次设计考虑了两种方案：方案一：点阵式LED显示。此方案可显示各种内容的文字，图形等，但实现复杂，软件工作量会变大。方案二：数码管显示。此方案实现简单，但功能较少，只能显示有限的文字，综合考虑，方案二就能达到要求，所以选用方案二完成显示功能。

二、基于51型单片机的总体设计方案

本設计采用模块化设计，单片机是整个硬件系统的核心组成，它既控制整个系统有条不紊的进行工作，又能进行数据的处理。我们的项目旨在通过使用智能系统自动减少道路上的交通，从而消除道路上的延误。它通过传感器来确定每条路上的交通状况。利用这些交通信息，我们可以管理信号时间和处理道路上的交通。在每条道路上，我们放置红外传感器来检测車辆，并给出每条道路上的当前交通信息。信号的时间是根据每条道路的交通水平来调整的。如果某条路的水平比其他路高，那么这条路就会分配绿色信号，而其他路则会分配红色信号。它还提供了在紧急车辆出现时释放紧急车辆的附加功能，即当看到紧急车辆时释放。本课题以某城市交通信号灯控制器为研究对象，采用红外传感器对其进行优化设计，开发了基于51单片机的交通信号灯控制器。提出这一方案的目的是为了减少交通阻塞，减少因交通阻塞而导致的绿灯等待时间过长、油料损失和经济损失。为了国家的发展，有必要减少主要道路上的交通堵塞。该系统的核心是单片机STC89C52。该单片机属于8051单片机，包括芯片ROM，采用闪存形式。经过一段时间，闪存可以擦除，这提供了快速的进程。我们选择AT89c52单片机开发板，是因为它编程简单，输入输出线数量充足，RAM和ROM大小易于管理，结构简单。系统程序和应用程序采用RAM和ROM存储，ITLCS的框图由单片机、输入开关矩阵、实时时钟1307、时钟电路、继电器驱动器ULN2003、LED接口电路组成。

三、系统软件设计

基于单片机的智能交通灯控制系统对传统的交通灯系统加以改进，可以根据十字路口的实时路况灵活地调节交通灯的通行时间，充分地利用道路资源，提高道路的通行能力，改善拥堵现象，具有一定的实用推广价值。本系统也存在不足之处，在智能模式与紧急模式转换上可以做一些改进，当检测到有警车或救护车出行时，系统自动启动紧急模式，当检测到紧急车辆通过后系统自动恢复到正常模式。

在系统开始时，南北直行方向为绿灯，东西方向为红灯;36s过后，南北方向为黄灯，东西方向仍为红灯;再过4s，南北左转方向为绿灯。60s过后，南北方向为红灯，东西直行方向为绿灯。又过36s，东西方向为黄灯，南北方向仍为红灯[4]。再过4s，东西左转方向为绿灯。20s过后，红绿灯回到初始状态。原设定时间周期中，南北方向和东西方向的红灯时间都是60s，由于两个方向都存在车流量检测，在程序设计时，需要注意两个方向的相互影响[2]。若南北直行方向的车流量大于东西直行方向车流量，则南北直行的绿灯设定时间由原来的36s变为46s，黄灯闪烁时间不变，东西方向的红灯时间相应增加，变为70s。若南北左转方向的车流量大于东西左转方向车流量，则南北左转的绿灯设定时间由原来的20s变为30s，黄灯闪烁时间仍不变，东西方向的红灯时间也相应地变化到70s。通过程序的自动调节可以减少车辆等待时间，有效地缓解道路拥挤的问题。

红灯转变为绿灯前的5s钟对各个红灯方向的车流量检测进行采样，通过两个方向采样值的比较来调节各个方向的红绿灯时间。

当警车或救护车出行时，按下紧急按键，系统进入紧急模式。所有路口的设置均为红灯，等警车和救护车通过后，仍可以按下此键恢复到正常模式下工作。

结束语

文中设计的交通信号灯以红绿灯控制为主，可以做到在节假日等交通流量大的日子里，为确保民众安全，在各个交通路口增派交警临时指挥，以缓解交通压力，虽然此类设计已经有效缓解了大部分情况，但我们仍需研究更加之智能化的交通管理设施，避免人员伤害和保护交警的安全。所以，合理控制流量，利用好各个高速道路，是交管部门待解决的主要问题。

参考文献：

[1]潘琳.基于STC89C52单片机的智能交通灯控制系统设计[J].信息化研究，2018，44（03）：74-78.

[2]周碧莹，刘宏.基于单片机的智能交通红绿灯控制系统的设计分析[J].广东蚕业，2017，51（12）：18.

[3]何悠.基于单片机的智能交通灯控制系统实现方案分析[J].数字技术与应用，2017（10）：18-19.

[4]刘德新，周志文，张卫丰.基于STC89S52单片机智能交通灯控制系统的设计与制作及应用[J].深圳信息职业技术学院学报，2012，10（03）：38-41.

[5]何玲，吴恒玉，唐民丽.基于单片机的智能交通灯控制系统的研究与设计[J].电子设计工程，2011，19（22）：144-146.