基于单片机第城市交通控制系统的设计

引言 　　

交通灯与人们的生命财产安全息息相关，交通灯的发明，为社会生活带来了极大的便利。交通灯可以有效的引 。现如今，在各个繁忙十字路口均安装有交通灯，它已成为引导车流 导交通，缓解交通拥堵，减少交通事故的发生 行人，减少堵塞的常用手段。 　　随着时代的持续发展，科学的深入研究，民众的日常生活水平日益见长，汽车作为重要的交通工具，正步入越 来越多的家庭，私家车出行逐渐成为人们出行的首选方式。但是汽车的增长率和城市基础设施建设水平不匹配的矛 盾在短时间内仍不能解决，这就使得交通拥堵的现象越来越严重，特别是在一些大中城市，经济水平快速发展，但 建设水平却提升有限，交通拥堵正日益成为一个城市发展的制约，而现在的交通系统在某些方面已经不能满足城市 发展的需求。所以迫切需要一种新型的，可以有效应对目前汽车发展状况的交通系统来调整车、人、路三方的关 系。 　　单片机是计算机控制的一个重要分支，生活中许多的产品都有它的应用。单片机通常是一个产品的核心，工程 师可以根据不同的应用场景，考虑具体的需求，再配以外围模块电路，软硬结合进行控制。如此一来便能达到较为 理想的控制效果，满足用户的需求。而早在上个世纪，交通灯就已出现，经过几十年的发展完善，目前，交通控制 系统已经普遍采用单片机控制，并以此为核心来打造交通控制系统，引导车流和行人，应对各色的交通状况，避免 交通事故的发生，保障了人们的生命财产安全，减少经济损失。本次交通控制系统的设计以AT89C51单片机为核心， ，按键控制等，并辅以软件编程实现 利用单片机的外围模块拓展，控制显示电路，信号灯指示电路，语音提示电路 定时[1]，按键控制，信号灯显示的功能。在单片机通电后，整个系统进入工作状态，控制各个模块有序运行。除此 之外，在基础功能上，本次设计还加入了倒计时显示调整功能以及特种车辆通行功能。同时，本次设计设置了六个 控制按键，可以根据不同的交通状况进行控制，如保持南北车道或东西车道持续畅通。实现红绿灯时间的增减控 制。通过不同的按键，本次设计可以应对同一天不同时间段内车流量不同的情况。如在交通繁忙的上下班高峰期， 便可以适当调整红绿灯的倒计时以加快通行速率，缓解交通拥堵。 2 设计要求 设计开发一种符合我国交通特点的基于单片机控制的城市交通控制系统，基本要求如下： 1. 每个方向都有车辆行驶指示灯； 2. 显示路口可通过的剩余时间； 3. 可手动控制交通灯的显示； 扩展要求： 　　可自动识别特种车辆并做出相应的调整，从而便于其快速通过；有盲人提示音，即在交通指示灯即将做出改变 。 时，系统可语音播报交通灯的实时信息 3 方案论证 3.1 总体方案论证 方案一：通过采用数字逻辑电路来实现。

首先，通过比较常用的555芯片实现定时功能，计数则考虑用CD4017来完成。通过焊接连接各个芯片实现整个系 统的功能。该方案的主要特点是：可以直接用现成的芯片而成，不需要画板制图，简单方便。缺点是由于选择的元 器件多，连接会比较的复杂，容易虚焊，在出现错误而且不易检查，而且体积大，不美观。 方案二：以stm32单片机为核心进行设计。 　　通过功能强大的32单片机来实现该系统的控制功能，然而虽说stm32可以实现本次系统所设计的功能，但是 stm32单片机价格较为高昂，使得整个系统的制作成本陡然上升，而且该系统只需要实现简单的控制，没必要使用功 能强大的32单片机。 方案三：以51单片机为核心进行设计[2]。 ，通过编程实现对定时，控制，显示功能的控制。以51单片机为核心进行设计，使得该方 　　利用51单片机的IO口 案具有设计简单，成本低廉，稳定可靠，系统可塑性强，控制模块灵活等优点。综上所述，我选择方案三。整个系 统的原理框图如图1所示。

图1 系统原理框图3.2 显示方案论证 方案一：采用点阵LED进行显示设计。 　　首先，点阵LED功能强大，可用来显示各种信息。但点阵LED也有缺陷。第一就是使用环境的问题，信号灯一般 都工作在室外环境下，而室外空气较为潮湿，容易腐蚀插件，导致部分字体或者整个字体时亮，时不亮。这就需要 维护人员经常检查返修，需要较大的人力去维护。更严重的是，如果在车流量较大的上下班高峰期出现这种情况就 极易造成交通事故，危害人们生命财产安全。 方案二：采用液晶显示器进行显示设计。 。户外环境一般选则反射型液晶显示器。但是该款显 　　液晶显示器一般有三种，分为反射型，透射型和半透射型 示器对光线有着较高的要求，在光线充足时显示效果比较良好，但若是在线不足的情况下显示，果就会比较差。同 时液晶显示器的对比度也不能满足信号灯的要求。 方案三：采用四个两位数码管进行显示设计。 　　数码管显示直观，对比度高，同时对光线要求低，无论是白天或是晚上，雨天或者晴天，都能满足要求。除此 之外，数码管的使用成本低，使用寿命长。综合来看，性价比较高。 综上所述，经过考虑，本次设计选择方案三。 3.3 按键控制方案论证 方案一：采用矩阵式键盘控制。 　　矩阵控制的优点是硬件结构设计简单，接口电路配置灵活，占用的I/O口较少。采用该方案，可为系统提供数量 较多的I/O口，但其每一个按键都必须配有一根接口线，有着较大的浪费，而且该方案操作起来较为复杂。 方案二：采用独立按键控制。 　　直接把按键连接在I/O口上。一个按键配一个I/O口，把地或者电源连接在按键的另一端。采用该方案不但程序 。 同时若在设计时对电路进行合理的利用，那么就会有较多的接口剩余， 的编写较为简单，而且系统会更加的稳定 那么对于该系统而言，使用单片机自带的I/O口就已经足够。

综上所述，经过考虑，本次设计选择方案二。 4 设计原理 4.1 单片机模块 　　本次设计选用的是 中最常用的单片机之一，它不仅价格低 ATMEL公司生产的AT89C51单片机,这是简单控制系统 廉,而且通用性强,带有的8位微处理器可以进行一些简单的控制[3]运算，虽说功能有限，但是本次设计并没有涉及 一些复杂的功能，如自动检测车流，实时调整红绿灯的倒计时时间显示设计等，只设计了一些基本的控制按键，所 以该单片机已经可以满足要求。 （1）单片机介绍 如图2所示，单片机最小系统电路由三个部分组成：主控制器、复位电路、时钟电路。 控整个系统 ① 中央处理器： 　　中央处理器是单片机的核心，它具有8 位数据宽度。可以处理8位的数据或者是8位的二进制代码。其CPU负责调 ，输出命令，实现对各个模块的控制。

图2 最小单片机系统 并行输入 输出（I/O）口： 　　如图3所示， AT89C51共有39个引脚，其中包括4组8位I/O端口（P0、P1、P2和P3 制时间的显示，信号灯的转换等[4]。XTAL1，XTAL2用来连接接入时钟电路，而REST管脚用来连接复位电路，除此之 外还有GND、VCC等端口。

物焊接出现了问题，用电压表逐个模块检测电压，发现是倒计时按键和南北车道方向的红灯虚焊，接触不良，导致 功能受损。再重新焊接之后，功能正常。测试结果如下。 倒计时显示正常，如效果图12所示，东西方向红灯，南北方向绿灯

　经过测试，所有功能正常，但是仍有一些缺陷，比如按键去抖动的效果并不是很好，在进行倒计时时间的加减 时并不灵敏。其余效果图参照附录四。 7 结束语 　　此次设计提出的城市交通灯 控制系统是基于AT89C51单片机实现的，本次设计包括硬件和软件两项内容 本次设 计介绍了交通控制系统设计的整个过程，从整体方案设计，部分模块方案设计，到单片机的核心选择，以及各个模 ，以及所使用的编写和仿真工具。经过长时间的设计与思考，在最后，终 。 块器件的选择。还介绍了软件方面的设计 于设计出了一种较为完善的，基于单片机的城市交通灯控制系统，完成了最开始的目标。总结起来，通过本次设 开发的基本思路与方法更加熟 计，对以前学习过的知识有了更多的了解，更多的掌握。通过本次设计，对于单片机 悉了，对倒计时的数码显示电路也有了更多的了解。同时对于器件的选择也有了自己的理解，可以在一定范围内选 择比较物美价廉的器件。该城市交通灯控制系统配有车辆行驶指示灯，在每个路口可显示可通过的剩余时间，同时 还可以手动控制交通灯红绿灯倒计时显示。并且为了照顾视力有障碍的朋友，在路口还配有语音播报提醒功能，可 在信号灯变换时及时提醒，方便了行人。除此之外，还设计了特种车辆通行按钮，可以在有特种车辆需要通过时方 便其通行。虽然本系统的整体设计都已完成，但是也还存在着一些不足的，需要改进的地方。 　　在设计之初，本想是通过一个可识别摄像头实现对特种车辆的自动识别，可以在特种车辆到来时自动调节通 行，最大程度上减少特种车辆的通行时间。这样就不需要人工控制，避免在没有人工干预的情况下，出现特种车辆 通行较慢的问题。但是由于个人能力的不足，无法实现这个功能。除此之外，如果在本次交通控制系统中加入车流 检测传感器，那么系统就可以通过车流自动的调整倒计时的时间，可以在最大程度上保持车道通畅，避免交通堵 塞，减少交通事故的发生。若要完善该系统可以增加如下设计。 （1）增加车流检测传感器，以便系统根据车流实时的调整倒计时时间，避免交通拥堵，增加通行效率。 （2）增加特种车辆识别摄像头，可以自动识别特种车辆，最大程度的减少交通不便造成的损失。 虽然加入这些功能后，会使得该系统的器件成本增加，但是在交通畅通这方面确实有着较大的改善。 　　通过基于单片机的城市交通控制系统的设计，让我以前学习得的知识再次得到温习，加深了对所学知识的理解 应用，进一步锻炼了独立思考与解决问题的能力，为步入社会工作进一步打下了基础。 ，还需要进一步的完善，需要通 　　该毕业设计虽然结束了，但由于个人能力的不足，本次设计还存在不足的地方 过今后的学习更多专业知识去完善它。 参考文献 [1]胡汉才. 单片机原理及其接口技术（第4版）. 北京:清华大学出版社[M],2018. [2]石广召, 李杰．基于单片机的智能交通灯控制系统设计[J]．南方农机，2020，51(05)：211-213． [3]赵玲玲. 基于模糊控制技术的智能交通设计[D].浙江理工大学,2014. [4]漆颢,胡敏,龚晚林.基于单片机的智能交通灯的设计[J].物联网技术,2021,11(02):87-89+94. [5]宋雪松.《手把手教你学51单片机——C语言版（第2版）》. 清华大学出版社[M],2020. [6]曹纯子,李业德.基于单片机的智能交通灯控制器设计[J].山东理工大学学报(自然科学版),2011,25(03):105 107.DOI:10.13367/j.cnki.sdgc.2011.03.023. [7]叶冬,周喜.基于51单片机的八层电梯控制模型的设计[J].物联网技术,2016,6(01):47-48+51.DOI:10.16667/j. issn.2095-1302.2016.01.014. [8]孙玉芳. 基于单片机的智能交通灯控制系统的研究[D].哈尔滨工程大学,2009. [9]Tyack F G. Street traffic signals, with particular reference to vehicle actuation [J]. Electrical Engineerers. 2010,82(11): 125~154 [10]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.DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2011.22.056. [11]孙万麟.Proteus软件应用于技术类课程的电路设计及仿真[J].微型电脑应用,2021,37(07):63-66

　uchar code table[11]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};
 uchar data dig; //位选
uchar data led; //偏移量
uchar data buf[4];
 uchar data sec_dx=39;//东西数码指示值
uchar data sec_nb=39;//南北数码指示值
uchar data set_timedx=39;
 uchar data set_timenb=39;//倒计时设置的键值保存
uchar data b;//定时器中断次数
bit time;//灯状态循环标志
bit int0_time;//中断强行标志
bit set;//调时方向切换键标志
void delay(int ms)
 {
 uint j,k;
 for(j=0;j<ms;j++)
 for(k=0;k<124;k++);
 }
 void key_to1()
 {
 TR0=0; //关定时器
if(set==0)
 sec_nb++; //南北加1S
 else
 sec_dx++;//东西加1S
 if(sec_nb==100)
 sec_nb=1;
 if(sec_dx==100)
 sec_dx=1;//加到100置1 
}
 void key_to2()
 {
 TR0=0;//关定时器
if(set==0)
 sec_nb--; //南北减1S
 else
 sec_dx--; //东西减1S
 if(sec_nb==0)
 sec_nb=99;
 if( sec_dx==0 )
 sec_dx=99;//减到1重置99 
}
 void key() //按键扫描子程序
{
 if(k1!=1)
 {
 delay(10);