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基于单片机控制的交通信号灯

作者: 发布时间:2020-01-21 09:20:51 阅读: 43 次

 

摘要:本文分析了89C51单片机的工作原理和工作特性,在此基础设计并实现了一种基于单片机的交通信号灯控制系统,详细阐述了系统的硬件组成和软件实现流程。该系统利用单片机内部的定时/计数器控制信号灯状态的更改,可以有效完成对城市交通的自动控制。此外该系统还支持键盘输入操作,可满足应急情况出现时的控制需求,具有非常强的实用性。

关键词:89C51单片机;交通信号灯控制系统;自动控制

 

 

 

经济的飞速发展促进了工业水平和科学技术的进步,伴随而来的是越来越多的机动车辆被投入到人们的日常交通中。仅仅依靠交通警察的力量去维护公共交通是很难实现的,即便实现也会为交通警察们带来巨大的精神和工作压力。为提高交警的工作效率,提升社会的信息化程度,在道路的交叉路口安置信号灯以规范车辆的行驶可以大大节省大量的人力和财力。

单片机具有编程灵活、系统实现简单、可实现功能丰富等特点,应用单片机组成控制系统对交通信号灯进行控制可以简化管理,提高系统的自动化程度,灵活控制交通指示灯的工作方式,减少交通中所浪费的时间,促进城市交通的有序运行。

1 单片机工作原理

本文使用单片机为MCS-51单片机,该单片机带有可编程存储器,可以通过标准输入输出端口进行程序预制;内部的可编程计数器/定时器可以对系统时钟信号进行分频,并根据程序内容产生中断,控制I/O端口的电平输出,进而实现对交通信号灯的控制。此外,该单片机可以驱动显示模块,外接输入模块等,具有很强的灵活性,可以充分满足信号灯的变化和控制需求。

(1)单片机的定时功能实现。对单片机计数器逻辑单元进行控制帧编程可以控制定时器的寄存器的计数方式和工作方式。系统初始化完成后定时计数器开始工作,在工作周期内计数并产生中断信号,重新重新装入预设计数值,进行计数。

(2)单片机的控制功能实现。单片机的中断服务程序在收到来自计数器的中断请求后进入中断程序,输出信号来控制和改变信号灯的亮灭,并按照预设的输出信号方式从I/O端口输出控制信号,控制显示单元显示当前状态的持续时间或者进入下一状态的等待时间。若需要提高系统的灵活性,增多系统的工作方式,可以在单片机控制系统中外接键盘,通过键盘设定或者更改信号灯工作方式。

(3)单片机控制信号灯工作系统的优势分析。单片机价格低廉,兼容性强,体积小,可使用范围广泛。利用单片机控制交通信号灯的工作可以在非常低的功耗、非常简单的设计思路下完成。

2 系统硬件设计

该系统的系统框图如下图1所示。

 图片1.png

1 硬件系统框图

其中键盘输入模块可以通过一片8279芯片连接得到。当8279接收到键盘输入信号时,将该信号以中断服务程序的方式输入给单片机CPU,单片机根据输入信号确定工作方式或者对现有的工作规则进行更改。

LED显示模块也可以由8279控制显示。当单片机输出系统工作的时间信息时,8279读取I/O端口的输出信号并将其转换为LED显示模块所能理解的信号,控制显示屏进行时间显示。

设置命令模块主要由单片机内置程序完成。内置程序控制定时/计数器产生中断,在中断完成后重新载入计时信号。CPU根据中断服务程序完成对信号灯的控制。

信号灯显示模块由74LS373锁存芯片与8255A芯片相连,进而向信号灯输出控制电平,控制不同颜色灯的亮灭。

3 系统软件实现

系统的软件功能主要通过定时中断服务程序实现。中断服务程序控制信号灯的显示和改变,与LED模块连接的两个输出端口分别用来输出十位和和个位倒计时信息。按照设计要求,单片机的可编程逻辑存储器中预存了8种显示状态,确定初始显示状态后,每进入一次中断服务程序则,更换一种显示状态,八种显示状态依次完成显示后重新进入循环,同时,LED显示设备对进入下一状态所需的时间进行显示,完成对交通的控制。若出现特殊情况时,还可以通过外接键盘对交通控制灯进行手动控制,此时单片机停止向LED显示模块输出信号,倒计时模块进入全亮、全灭或者闪烁状态,直到手动控制状态结束,重新进入自动控制状态。8种状态的循环流程图如下图2所示。

 图片2.png

2 信号灯状态循环图

 

 

 

总结

本文按照交通规则设计了基于单片机的交通信号灯控制系统。该控制系统可以实现信号灯工作状态的自动转换,同时将进入下一状态的等待时间进行显示,还支持外部控制信号对系统的控制,以便于发生紧急情况时对交通进行实时控制。该控制系统主要由89C51单片机完成,具有操作简单、便于维护、运行可靠性高等特点,有很强的可行性,可满足日常的交通控制。相较于传统的继电器控制电路而言,更具实用优势。

 

参考文献

[1] 谢兆清.基于单片机控制的交通灯设计[J].城市建设理论研究(电子版),2011(21)

[2] 张辉.8051单片机控制交通信号灯的方法研究[J].邵阳师范高等专科学校学报,2001,23(5)

[3] 韩秀莉,姜学思.基于单片机控制的交通控制系统的研究与设计[J].科技信息,2010(9)

[4] 林军.用单片机控制的交通信号灯[J].电脑学习,2001(4)