城市道路錯(cuò)綜復(fù)雜，相互交錯(cuò)，交通燈是城市交通的重要指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈作為管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，對(duì)減少交通事故有明顯效果。但是車流量是隨時(shí)變化的，而傳統(tǒng)的交通燈模式采用的是定時(shí)控制，反而容易造成交通堵塞。因此設(shè)計(jì)一種基于Proteus與單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，對(duì)減少交通事故，緩解交通阻塞，提高暢通率具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組交通指示燈，每一個(gè)狀態(tài)方向上均有一組紅、綠燈，即一組交通指示燈都有左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)3組紅、綠燈和一個(gè)黃燈，指示車輛和行人安全通行.紅燈點(diǎn)亮禁止通行，綠燈點(diǎn)亮允許通行.黃燈閃爍提示人們注意交通燈狀態(tài)即將切換.

1.1、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

利用單片機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，硬件電路要盡可能地簡(jiǎn)單，最大限度地用程序設(shè)計(jì)完成系統(tǒng)的各項(xiàng)功能.因此本文以STC89C52單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)交通燈的控制系統(tǒng).在該系統(tǒng)中STC89C52和外圍電路的各個(gè)模塊進(jìn)行信息交流并且進(jìn)行相應(yīng)的控制，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示.

圖1 交通燈系統(tǒng)組成框圖

該系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、控制系統(tǒng)電路、LED交通燈顯示電路、七段數(shù)碼管顯示時(shí)間電路、自動(dòng)和手動(dòng)按鍵控制電路等組成.主控制器采用STC89C52單片機(jī).P1口設(shè)置紅、綠燈點(diǎn)亮和黃燈閃爍的功能，P0、P2口來顯示時(shí)間，P3口設(shè)置系統(tǒng)工作模式.用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)交通燈的紅綠黃燈，時(shí)間的顯示則采用七段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn).

1.2、系統(tǒng)軟件電路的設(shè)計(jì)

1)LED交通燈顯示模塊

89C52單片機(jī)P1口對(duì)LED交通燈進(jìn)行控制，在不同的狀態(tài)時(shí)控制相應(yīng)的LED交通燈狀態(tài).

2)數(shù)碼管顯示模塊

89C52單片機(jī)P0口進(jìn)行時(shí)間倒計(jì)時(shí)段選，P2.0~P2.3端口進(jìn)行數(shù)碼管時(shí)間顯示位選，用T2中斷定時(shí)每2ms對(duì)七段數(shù)碼管刷新一次.

3)鍵盤控制模塊

89C52單片機(jī)P3.0~P3.3口與P3.6口外部鍵盤控制交通燈自動(dòng)和手動(dòng)狀態(tài)及手動(dòng)控制時(shí)的不同狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，進(jìn)入相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài).

2、系統(tǒng)工作模式

2.1、自動(dòng)控制模式

本系統(tǒng)啟動(dòng)為自動(dòng)控制模式.最初為南北直行方向?qū)粗毙袨榫G燈，其余為紅燈，并且數(shù)碼管從15s開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)至8s時(shí)黃燈開始閃爍(1s完成閃爍一次)，閃爍3s后，即倒計(jì)時(shí)至5s時(shí)，南北方向左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈，直行為紅燈;當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)至0s時(shí)，路口進(jìn)入禁行等待狀態(tài)，即綠燈全部熄滅紅燈點(diǎn)亮，并且數(shù)碼管從3s開始倒計(jì)時(shí)，同時(shí)黃燈開始閃爍3s;當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)再次為0s，黃燈閃爍完畢后，南北方向數(shù)碼管從18s開始倒計(jì)時(shí)，同時(shí)東西直行方向?qū)礊榫G燈，其余為紅燈，并且數(shù)碼管從15s開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)至8s時(shí)黃燈開始閃爍(1s完成閃爍一次)，閃爍3s后，即倒計(jì)時(shí)至5s時(shí)，東西方向左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈，直行為紅燈;當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)至0s時(shí)，路口進(jìn)入禁行等待狀態(tài)，即綠燈全部熄滅紅燈點(diǎn)亮，并且數(shù)碼管從3s開始倒計(jì)時(shí)，同時(shí)黃燈開始閃爍3s;當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)再次為0s，黃燈閃爍完畢后，東西方向數(shù)碼管從18s開始倒計(jì)時(shí)，同時(shí)南北直行方向?qū)礊榫G燈，其余為紅燈，并且數(shù)碼管從15s開始倒計(jì)時(shí)，以此方式循環(huán).

2.2、手動(dòng)控制模式

1)當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)模式時(shí)，如果按下當(dāng)前正在導(dǎo)通狀態(tài)的手動(dòng)控制按鍵時(shí)，系統(tǒng)直接進(jìn)入該導(dǎo)通狀態(tài)，并且南北和東西方向的數(shù)碼管均顯示99;如果按下不是當(dāng)前正在導(dǎo)通狀態(tài)的手動(dòng)控制按鍵時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)當(dāng)前正在導(dǎo)通的狀態(tài)進(jìn)行3s的黃燈閃爍倒計(jì)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，系統(tǒng)將進(jìn)入所按下的鍵的導(dǎo)通狀態(tài)，同時(shí)南北和東西方向的數(shù)碼管均顯示99;此時(shí)再按下其余的手動(dòng)控制按鍵時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入所按下的鍵的導(dǎo)通狀態(tài).

2)當(dāng)系統(tǒng)工作在手動(dòng)模式時(shí)，如果按下自動(dòng)控制按鍵時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)當(dāng)前正在導(dǎo)通的狀態(tài)進(jìn)行3s的黃燈閃爍倒計(jì)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，系統(tǒng)將進(jìn)入最初的自動(dòng)控制模式.

3)當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，如果系統(tǒng)處在南北直行方向?qū)〞r(shí)，此時(shí)南北方向的人行橫道導(dǎo)通，人們可以通過人行橫道穿越東西方向的人行橫道;同理如果系統(tǒng)處在東西直行方向?qū)〞r(shí)，此時(shí)東西方向的人行橫道導(dǎo)通，人們可以通過人行橫道穿越南北方向的人行橫道.

3、Proteus仿真設(shè)計(jì)

通過Proteus軟件對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)結(jié)合仿真，程序代碼通過Keil編輯、編譯后生成HEX文件，然后通過點(diǎn)擊單片機(jī)加載程序，實(shí)現(xiàn)硬件與程序的結(jié)合仿真.系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖2所示.

圖2 基于Proteus和Keil的仿真結(jié)果

本文設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)以單片機(jī)STC89S52為主控制器，利用Proteus軟件繪制硬件電路，利用Keil進(jìn)行編程，然后進(jìn)行整合仿真，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能.本系統(tǒng)分別在每一路，即南北和東西方向分別設(shè)有三路交通信號(hào)燈進(jìn)行控制，即左轉(zhuǎn)紅綠燈、直行紅綠燈、右行紅綠燈，每個(gè)方向的三路交通燈同時(shí)運(yùn)行.除此之外，本系統(tǒng)還設(shè)置了自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式可供選擇，一般情況下，本系統(tǒng)在自動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行，如果在交通運(yùn)行高峰時(shí)，交警就會(huì)進(jìn)行疏導(dǎo)，在此時(shí)，交警可以將本系統(tǒng)切換到手動(dòng)模式，對(duì)交通進(jìn)行疏導(dǎo)，特別適合在炎熱和陰雨等不好的天氣狀況.本系統(tǒng)實(shí)用性較強(qiáng)、操作相對(duì)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能較強(qiáng)并且成本較低、功耗小，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。