基于单片机的交通灯设计

摘 要：随着人类社会进步，全球经济的发展，人们生活水平的不断提高，近年来机动车数量出现了爆发式的急剧增加，部分城市的交通拥堵的一塌糊涂，给城市的发展带来了巨大的压力，交通拥堵问题提上了城市管理者头疼的问题。但是，城市交通道路的发展速度与汽车数量增长量之间是不匹配的，往往都是城市交通道路的发展滞后汽车的增长数量，这就使城市交通拥堵现象一时难以解决，车辆通行速度也阻碍了城市发展的进程。解决城市交通拥堵的现象，交通灯控制系统发挥着重要的作用，也是交通控制和疏导的主要手段，因此，建立一个安全、可靠、便捷的智能交通灯控制系统迫在眉睫。 本文以解决城市交通拥堵为研究对象，引出智能交通灯控制系统。并对智能交通灯控制系统的核心技术单片机进行介绍，详细阐述单片机原理、微机原理、微机接口技术等方面的知识，结合单片机仿真系统的使用方法，设计出一套性价比较高的智能交通灯的控制系统，从而来缓解城市交通拥堵的问题。

关键词：单片机；智能；交通灯；设计

井然有序的交通秩序是生活在城市的人和城市管理者迫切希望的，如何能做到井然有序的交通秩序，不仅需要有一系列交通规则贯彻到每个城市人的心目中，而且还需要应用现代化的电子科技手段来缓解交通拥堵加。电子科技手段主要以单片机为核心，通过该机器的应用更好的捕捉到正常时段和突发时段的车流量信息，根据捕捉到的相关信息制定相应的规则，并根据实际情况进行科学的调整，从而建立起城市交通的自动智能化系统。

一、单片机介绍

（一）单片机的含义。单片机是单片微型计算机简称，也叫做微控制器或是嵌入式微控制器等，是计算机发展的阶段性成果，属于第四代电子计算机。它把相关的元器件集成在一块芯片上，适用也是相当广泛的，在工业工程的过程控制、尖端的智能仪器仪表和电力测控系统的前端装置均有所应运。

（二）单片机交通控制系统的功能要求。本设计能真实模拟城市基本的交通，并进行控制系统调节，用红灯表示禁行，绿等表示通行，黄灯表示等待等相关的信号进行引导，还能在一定的时间间隔进行倒计时显示，并且对车流量检测，根据检测结果进行调整，并在不同程度上对交通违规处理和紧急处理等功能。（1）倒计时显示。倒计时显示提前给驾驶员一个预警作用，驾驶员根据信号灯灯色发生改变的时间，在“停止”和“通过”两者间作出判断并进行合适的选择。（2）车流量检测及调整。随着城市化进程的不断加快，交通拥挤堵塞现象困扰着城市里面的每个人，交通事故的发生也成直线上升。采用传感器+单片机+器件相结合的方法对车流量进行检测，根据检测结果做出判断和调整。（3）时间手动设置。上面阐述的方法属于自动控制调整，除了自动控制调整，还可以通过键盘进行人工手动设置，当自动故障和意外发生时，人为的控制是非常有效的，能在第一时间采取应急措施，将风险降到最低。（4）紧急处理。在现如今交通拥堵的大环境下，交通路口时常会出现紧急状况，如特大的交通事件发生，救护车等急行车通过等，这些紧急状况时时刻刻关系着公共财产和人民群众的安全，我们当面临这些紧急情况时，必须采取必要措施允许其畅通无阻。由此禁停按键在交通控制中发挥重要的作用，也能达到想此目的。（5）违规检测。交通规则必须人人遵守，但是偶尔也会出现违反规则的现象，如闯红灯等，交警等交通管理人员由于精力有限，并不能做到所有的违反规则都第一时间处理，这样在路口设置检测传感器就能解决上述问题，能进行自动的警报提示并进行警告。

二、交通灯设计中的主要模块分析

（一）单片机交通控制系统的基本构成。该系统的原理是LED数码管、显示器、蜂鸣器相结合的系统。倒计时功能是系统设计的亮点，在使用了过程中进行相应的显示，接入LED数码管可以在视觉上更加直观的提醒行驶者。系统在听觉也加入了蜂鸣器，对违反规则的行驶者进行不间断的提醒。通过违规检测电路和车流量监测电路来完成采集数据。从而实现单片对机车流量的变化情况了如指掌，进而实现单片机控制信号灯的状态变化。

（二）检测车流量的方法。这种检测车流量的方法在一定程度上缓解了交通的压力。该系统能检测到监测点的车流量，并且在不同的时段自动调整红绿灯时间（可设定红路灯上、下限），这样潜移默化的大幅提高车辆通过率，霍尔车辆检测器在每个车道的车辆等待线的前方装设是不可缺少的，当辆车与传感器的磁场发生改变，即产生一个电脉冲，将电脉冲送给单片机的计数器，将采集到的数据进行处理，通过先前给计数器设定初始值，用来判别各方向的车辆通行状况。通过反复的检测，单次检测的结果可能不太准确，通过累积计算的方法在一定程度上能确保准确率，这就是真正意义上的“模糊控制”。采用这种控制系统的优点是性价比比其他控制系统要高很多。

（三）检测车辆违规方法。当交通信号灯出现在红灯、黄灯时，遵守交通规则的车辆是不能通行的。光敏二极管作为系统的检测原件，将其安放在停车线上，车辆在前进通过时，与二极管相接处并被挡住，光敏二极管的导通功能就不能实现，当单片机检测到这种信号时，会进行警报，并第一时间执行相应操作。

在整个检测车辆时，光敏二极管和三极管是经常用得到的。但一般光敏二极管有其局限性，它的开关特性满足不了要求，这时三极管就派上了用场，并将其作为开关。三极管在二极管的基础上进行更新改造，二极管与三极管进行互换，当两种极管处于不同的导通状态时，检测端的电压也是不一样的，通过这种方法可以及时有效的检测违规车辆了。

三、软件设计

软件的设计主要是分为如下几个构成部分：（1）定时设计。定时设计在交通灯时间的显示中要做到准确无误，把握规律的基础上设定一定的时间初始值，然后每秒减1，一直减到0，然后跳转。所以在现实的操作中系统要实现非常准确的1 s定时。这部分定时设计是基于单片机的内部定时计算器来实现的。这种定时设计不是单单依靠软件来实现，它是通过硬件和软件计数的方法实现，并通过一定的计算算法来实现。（2） 定时程序流程。主定时程序和定时中断服务程序是定时程序的两个部分，这两部分每部分都有自己的功效。定时主程序的主要功能是要进行定时器以及计数器的初始化变成，并且通过反复的调用显示子程序的方法，再等待定时中断的到来。而定时中断服务程序流程主要是进行计时操作，程序先判断技术溢出是否能够满足达到1 s的次数。

四、总结

交通控制研究宗旨意在解决人类面临的交通拥堵带来生活、工作等方面的不便，但是道路建设的暂时不足与交通工具的快速增长形成反差，在有限的交通道路资源下如何保障车辆井然有序是城市管理者面临着巨大的考验。交通灯控制在交通运输领域起着举足轻重的作用。本文分析了单片机在智能交通灯控制系统的发挥的作用。它作为核心的控制元器件，功能非常强大，可靠性也比较高，并且能做到随时的系统更新。

参考文献：

[1] 马巍. 单片机控制交通灯[J]. 职业. 2011（05）

[2] 郭循钊，邝帆，邵平，许宏科. 基于单片机的多功能交通灯控制系统设计与仿真实现[J]. 公路交通技术. 2010（01）