城市智能交通灯系统(3)

沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文）

方案二： 直接在I/O口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。

由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。

2.4理论分析与计算

2.4.1 交通灯显示时序的理论分析与计算

对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内能达到的最大车流为车流量。 先设定一些标号如图2.1所示。

图2.1 十字路口直方图

说明：此图为直方图，上边为北路口灯，右边为东路口灯，下边为南路口灯，左边为西路口灯。灯的颜色从内到外依次为绿黄红。

图2.2所示为一种红绿灯规则的状态图，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四个的状态为一个周期，循环执行。

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状态S1 A 状态S2 B

状态S3 C 状态S4 D 图2.2 红绿灯规则的状态图

请注意图2.2B和图2.2D，它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这种状态能在一定的时间内达到较大的车流量，效率特别高。

2.4.2 交通灯显示时间的理论分析与计算

东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，并且S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间有严格的对应关系，总时间为T，其公式如下所示。 T-S1+T-S2=T-S3+T-S4 T-S2=T-S4

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T-S1=T-S3

所以可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。按照一般的规则，一个十字路口可分为主干道和次干道，主干道的放行时间大于次干道的放行时间，设定值时也应以此为参考。

2.5交通管理的方案论证

东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯点亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。紧急停止按钮管理着交通灯的状态是正常还是全红。时间切换装置的作用是在交通比较拥挤或者清闲时来管理其亮灯长短状态的，执行25S和35S的切换，当然在实际的交通中不可能只是进行25S与35S的切换，要用更长的交通灯切换时间，本次试验为了方便观察现象，故采用了较短的时间，如需要长时间的变换，可通过程序改变其时间常数来达到要求。

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3 硬件电路设计

3.1硬件设计流程图

系统用到的硬件电路主要包括：交通灯控制电路，倒计时控制电路，中断电路，语音电路，时间切换电路等，它们通过连线组合在一起构成了智能交通灯电路。它能实现等功能主要有：直行、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。其流程图如下

AT89S52单倒计时电路 交通灯显示

片机控制系模块

统

语音模块 时间切换电路 电路

图3.1 智能交通灯硬件流程图

3.2 交通灯控制电路设计

由于4个LED 来实现红绿黄灯状态，若直接接在单片机的输入输出口上，路口倒计时的显示就不能实现，所以本次设计中采用一种新型的电路如图3.2 所示。

图中74HC245的作用是倒相和驱动，它输出的电流大约48mA，实际测试发现足以满足要求，而且发光管也能达到足够的亮度。观察图可以看出：两组发光管（一组红、一组绿由于反相器的作用，其逻辑状态恰恰相反。图中和电阻串联的二极管的作用是为了分压，防止上下两组发光管分压不同导致逻辑的错误。总共有四组和上述相同的电路分别代表东西南北四个方向的红绿灯，使用两片74HC245作为驱动。使用双色共阴极LED，系统使用74HC245 芯片，使串行输出转换成并行输出，驱动矩阵LED。

交通信号灯控制逻辑如下：假设一个十字路口为东西南北走向。开始为四个路口的红灯全部亮之后,东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,东西路口方向通车,延时一段时间后（20 秒）,东西路口的绿灯,闪烁若干次后（3 秒），东西路口的绿灯熄灭，同时东西路口的黄灯亮,延时一段时间后（2 秒）,东西路口的红灯亮,南北路口的绿灯

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亮,南北路口方向通车,延时一段时间后（20 秒）,南北路口的绿灯闪烁若干次后（3 秒）,南北路口的绿灯熄灭，同时南北路口的黄灯亮，延时一段时间后（2 秒）,再切换到东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,之后重复以上过程。双色LED 是由一个红色LED 管芯和一个绿色LED 管芯封装在一起，共用负极，当红色正端加高电平，绿色正端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮。本实验需要用到CPU 模块（F3 区）、静态数码管/双色LED 显示模块（B4 区）。双色LED显示电路原理如图3.2所示。

图3.2 双色LED 显示电路

交通信号灯的转向功能通过将AT89S52的P1.4和P1.5与小灯L0和L1分别连接，当交通灯的南北灯由绿变红后灯L0灯亮，南北方向的左转灯开始作用，延时一段时间后（23 秒），南北路口的黄灯亮，延时一段时间后（2 秒）,再切换到东西路口的绿灯亮，东西路口方向通车,延时一段时间后（20 秒）,东西路口的绿灯,闪烁若干次后（3 秒），东西路口的绿灯熄灭，同时东西路口的黄灯亮,延时一段时间后（2 秒）,东西路口的红灯亮, 当交通灯的东西灯由绿变红后灯L1灯亮，东西方向的左转灯开始作用，延时一段时间后（23 秒），南北路口的黄灯亮，延时一段时间后（2 秒）, 再切换到南北路口的绿灯亮,东西路口的红灯亮,之后重复以上过程。原理与之前不加转向灯一样。

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