智能交通灯电路的设计和研究

赵巧妮

【关键词】单片机 智能 车流量 通行时间

随着人民生活水平的提高，越来越多的家庭购买了家庭小桥车，使得到道路上行驶的机动车数量越来越多。城市机动车增长速度的加快，使得国家不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的增长速度，故我国城市中道理面积率依旧偏低。加上交通管理设备依旧欠缺的因素，使得交通事故频发，导致运输速度下降甚至堵塞成为常态。

1 功能系统描述

针对以上交通系统情况，本论文拟设计一套十字路口的智能交通灯电路，不仅具有十字路口的通用功能，还能依据车流量的情况，动态的调整通行时间，并且将交通的异常情况发送到指挥中心。

如图1所示在交通十字路口，分为南北和东西两个方向，东西南北四个路口均有红绿黄3灯和倒计时显示的2个数码显示管。任意时刻，只有一个方向的车辆可以通行，另一个方向的车辆禁止通行，持续一段时间以后，有过的短暂的过度期后，对调通行方向，依次轮回。图中黑色实心圆圈表示灯亮，对应方向的车辆可以通行，空心圆圈表示灯不亮。

图1中（a）-（d）表示了正常情况下交通路口红、绿、黄灯的亮灭周期状态。

（a）图中表示南北方向绿灯亮，红、黄灯灭；东西方向黄、绿灯灭，红灯亮，持续时间45秒。此时，南北方向车辆允许通行；东西向禁止通行。

（b）图表示南北方向绿、红灯灭，黄灯亮；东西方向黄、绿灯灭，红灯亮，持续5秒。此时，除了南北方向中正在通行中的其他所有车辆都需等待交通信号的转换。

（c）图表示南北方向红灯亮，绿黄灯灭；东西方向红、黄灯灭，绿灯亮。持续时间45秒。此时，东西方向车辆允许通行，南北向禁止通行。

（d）图表示东西方向绿、红灯灭，黄灯亮；南北方向黄、绿灯灭，红灯亮，持续5秒。此时，除了东西方向中正在通行中的其他所有车辆都需等待交通信号的转换。

2 系统框图设计

按照功能可將系统功能图画出，如图2所示。包括单片机最小系统电路、按键电路、车流量检测电路、数码管显示电路、红黄绿灯信号灯电路等五大部分。

其中单片机最小系统电路是保证单片机控制能正常工作的最小电路，包括在复位电路和晶振电路。

按键电路用于设置通行的时间和系统的自动或者手动工作模式。

车流量检测电路用于动态检测路口的车辆情况，进而判别是无车、车少、或者车多，或者堵车情况。

数码管显示电路用于倒计时显示通行或者禁止通行的时间。

3 硬件电路

硬件电路完成倒计时时间的显示、车流信号的检测、交通灯（红、黄、绿三色）的亮和灭。

3.1 数码管驱动和显示电路

数码管显示电路包括8个数码管，每个方位有一对2个LED，用于倒计时显示时间。电路如图3所示。采用数码管共阴驱动芯片7448来驱动8段数码管，数码管的显示方式采用动态扫描方式，单片机的P0.0-P0.3接位数码管的位控端，P2.0-P2.7分别接数码管的8段码。

3.2 信号灯电路

红、黄、绿信号灯电路如图4所示。分析图1可知在南北、东西方向分别有东西红灯、东西绿灯、东西黄灯、南北红灯、南北绿灯、南北黄灯共六种状态，与单片机的P1.0-P1.5口连接，当单片机对应端口输出低电平时，相应信号灯亮。

3.3 车流检测电路

用红外线对管来检测车流量的多少，在南北方向、东西方向分别安装一对红外线探测器。如图5所示，D3、D2为红外对管，红外信号探测输出端分别与单片机的P0.4（南北方向）、P0.5（东西方向）连接。.有车时，红外信号无车通过时，红外线的发射端发出的红外线被接受端接受，运放输出高电平；有车时，红外线的发射端发出的红外线被车遮挡，无法到达接受端接受，此时，运放输出低电平，将低电平信号送入单片机处理器，进行计数。

3.4 按键电路

采用3个独立按键来完成，与单片机的P3.4-P3.6连接。S1为在自动/手动模式选择按键，S2、S3用于具体通行时间设置的信号，如图6所示。

4 软件系统设计

软件系统包括主流程图和子流程图。子流程图包括按键的识别、车辆流量状况判别、数码管动态显示流程、定时等。

主流程图见图7所示。

子流程图中车流量的自动判别方式如下：无车时绿灯通行时间为15秒。少车时，通行时间为30秒，多车时，通行时间为60秒。

5 结束语

本文采用单片机探究了智能交通灯方面的应用，系统结构简单，价格低廉，通用性强，软件设计简单。从功能需求看，能满足实际需要。

参考文献

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