基于单片机的交通灯控制系统设计

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图5-4 基于视频图像的车流量检测图

5.3.2 信号灯模块

信号灯用来显示车辆通行状况，下面以一个十字路口为例，说明一个交通灯的四种状态。每个路口的信号的的转换顺序为：绿——>黄——>红，绿灯表示允许通行，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯的最短时间为20秒，最长时间为40秒，红红最短时间为25秒，最长时间为45秒，黄灯时间为5秒。

图5-5 交通信号灯运行状态

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LED11121314RV1p1.715p1.21617p0.018p0.119p0.220K20p0.310987654321U6D23p1.0p1.1p0.7p0.6p0.5p0.4RESET1R110k74LS00374LS00RV212200 图5-6 信号灯显示电路

5.3.3 时间显示模块

在交通信号灯的正上方安装一个显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路。由于东往西、西往东方向显示的时间相同，南往北、北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以时间的时间为0-99秒完全可以满足系统的要求，数码管连接方法如图所示

图5-7 数码管连接方法

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当南北方向要显示20秒，东西方向要显示25秒，那么先给P0口送2的共阴极码即5BH，让第一位2要显示的位码GND段为低电平，其它三位的控制端都接高电平，那么第一位就显示2，其它三位不亮。让其显示1MS后再给P0口送0的共阴极码即3FH，让第二位要显示0的位码GND段为低电平，其它三位的控制端都接高电平，那么第二位就显示0，其它三位不亮。依此类推分别送完第一位2，第二位0，第三位2，第四位5，每一位点亮1MS，一个扫描周期为4MS，一秒时间就要扫描250次

5.3.4 紧急转换模块

一般情况下交通灯都按车流量大小分配通行时间，按固有规律变化，但有特殊车辆（如119、120）急需通行时，如何控制呢？本文中设计紧急通行开关，当特种车辆到来时能自动关闭所有绿灯，让特种车辆通过。设计中特种车辆可采用红外线发生器为发信器，用实时中断来响应特种车的通行要求。接收的红外信号通过内部的集成电路来进行放大、解调，由输出端的输出编码脉冲信号经过三极管反相放大送至接收器，解调模块再进行译码。红外接收器采用的是一体化红外接收器，具有灵敏度高和抗干扰能力强的性质。红外遥控接收电路原理框图如图

图5-8 红外接收原理框图

5.4违规检测电路及模拟

在红灯和黄灯期间，车辆是禁行的，为了对那些违反规则的车辆进行检测，可使用超声波车辆 传感器。但是，用于受到条件的限制，本系统设计中只是使用了普通光敏二极管。

R81kINT1D2VccLEDQ1PNP 图5-9 违规检测电路

其基本设计思想是：将光敏二极管放在停车线上，当车辆行驶过将光敏二极管遮住，这样，光敏二极管不导通，单片机检测到这一信号执行警报操作。但是除了使用光敏二极管，还需三极管，三极管的型号是9031.由于普通光敏二极管的开关特性不太好，所以设计在电路中加入三极管作为开关。由于普通光敏二极管在导通的情况下的电阻都能达到0.5-1K，所以在设计中将光敏二极管直接连到了电源上。同时三极管还起到一定的隔直作用。当光敏二极管关闭时，三极管的基极为低电平，基极与发射基之间的电压为零，三极管关断，检测口的电压为高电平。同理，当光敏二极管导通时，三极管的基极电压为高，基极与发射极之间的电平为高，三极管导通，检测口的电压为低电平。由此就可以检测是否有违规车辆了。

（1）八段LED数码管简介

LED（Light Emitting Diode）发光二极管，是一种固态的半导体器件，可把电转化为光。具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，有共阳和共阴之分。以八段共阴管为例，它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管，用来显示sP，即点)，每个发光二极管的阴极连在一起。这样，一个LED数码管就有I根位选线和8根段

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选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来控制。 图5-10 共阴八段LED数码管 LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示为８。

（2）蜂鸣器

用一般蜂鸣器，蜂鸣器用PNP三极管进行驱动控制，当连接单片机上引脚输出为低电平，PNP导通，蜂鸣器蜂鸣；当连接单片机上引脚输出高电平时，PNP截止，蜂鸣器停止蜂鸣。

89C51 R91kLS1VccSPEAKER 图5-11 蜂鸣器连接 紧停按键和违规信号传感器连接到外部中断引脚INT1，P3.6捕获到一个低电平，则进入该中断，中断程序中先把蜂鸣器P3.7端口置0，启动蜂鸣。且等待恢复键F键按下，关闭蜂鸣返回。

（3）按键控制

本设计设置了有3个键：S键，J键，F键。每个按键一端接地，另一端接上拉电阻。低电平有效，当按键按下端口接地，单片机捕获到低电平，从而知道相应的输入信息。程序不断扫描模式设置键，分别记为：S键，J键，F键,低电平有效，按键顺序是指定的，若直接按F键，则为自动调整模式，然后进入下一程序；若先按S键，再按J键，F键则为设置时间模式，进入下一程序。程序的开始要判断是否有键按下，可以不断将S键值和F键值相与，与值为1则表示没有键按下，为0则表示有键按下。接下来要判断具体是那个键，若为F键，将自动标志位置1，进入下一程序，否则为S键，表示设置南北绿灯时间，用R0存值，按1下加1，还需判断此时J键是否按下，若按下，则表示南北绿灯时间设置完毕，开始设置东西绿灯时间，用R1存值，同样按1下加1 ，同时判断此时F键是否按下，若按下，则表示时间设置完毕，进入下一程序。

在这个过程中，S，J键的计数是循环的，从初值20开始，加到40则循环回到20。

VccR11kR21kR31k图5-12 按键示意图

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