城市交通信號機的硬件設計

引言
    伴隨著現(xiàn)代高新技術的廣泛推廣與應用，城市交通信號控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出兩大發(fā)展趨勢：
    (1)控制理念的變化；
    (2)人工智能技術的應用。
    智能交通信號控制機主要應用在那些城市交叉口車流量較大、交通流沖突較多和復雜的交叉口與岔道口，以及某些道路路段上對交通流方向控制的地方，以改善交通環(huán)境，管理和疏導交通為目標，通過交通信號對道路上交通流量的調節(jié)、控制和疏導，以達到維護交通秩序，保障交通安全暢通，減少交通事故的目的。

1 交通信號控制機系統(tǒng)概要
    智能交通控制器機是交通控制算法的執(zhí)行機構?？刂破髦鳈C硬件采用了可裁剪的模塊化設計方案，軟件采用具有很好移植性能的C語言編寫，主要以單片機為核心實現(xiàn)十字路口紅綠燈的自動控制，主要功能有全自動多時段配時控制，半自動控制、手動換相、附加左轉綠燈、人行道通行燈等。

2 交通信號控制器硬件設計
2．1 交通信號機硬件整體
    由圖1和圖2所示的交通信號機的硬件整體框架圖和核心電路整體框架可以看出，核心電路板是以單片機為主，其中包括時鐘模塊、存儲模塊、鍵盤輸入模塊、防死機模塊、方案控制顯示電路模塊、燈色顯示電路模塊、時間顯示模塊。下面對上述模塊進行簡要說明。

    (1)時鐘模塊：利用DSl2887芯片與單片機AT89C51進行通信，以實現(xiàn)實時時間鐘信息的讀取。
    (2)存儲模塊：使用93C46芯片作為單片機的外部存儲器，用于存儲配時表信息。
    (3)鍵盤輸入模塊：利用74LS244設計鍵盤輸入電路。
    (4)防死機模塊：利用74LSl23構成復位電路，防止單片機進入死循環(huán)。
2．2 時鐘模塊的電路設計
    時鐘電路完成的主要任務是利用時鐘芯片與單片機之間的通信，使單片機獲得標準的實時時鐘信息。在這里選擇DSl2887時鐘芯片，此芯片具有自帶電池，可以斷電存儲時鐘信息。

    時鐘模塊電路如圖3所示。
    (1)當時鐘芯片的片選段CS(13管腳)為低電平有效，單片機可對其進行讀寫；
    (2)單片機的RD(P3．7，17管腳)低電平向時鐘芯片的RD(DS，17管腳)發(fā)出讀取數(shù)據(jù)請求，此端口有效說明單片機正在讀取時鐘數(shù)據(jù)；
    (3)單片機的WR(P3．6，16管腳)低電平向時鐘芯片的WR(15管腳)發(fā)出寫數(shù)據(jù)請求，此端口有效說明單片機正在向時鐘芯片中寫數(shù)據(jù)；
    (4)單片機的ALE(30管腳)用于訪問時鐘芯片(AS，14管腳)時輸出脈沖來鎖存低8位地址；
    (5)時鐘Rester(18管腳)接100 kΩ電阻串聯(lián)接Vcc，另外的一個線直接接在Vcc；
    (6)單片機的P0口與時鐘芯片的AD端口進行數(shù)據(jù)通信，從而獲取實時時鐘信息。
2．3 存儲模塊
    在設計電路時為了能較高效率使用單片機的I／O口，使用串行閃存93C46芯片進行存儲模塊電路的設計。

    從圖4存儲模塊電路可以看出：單片機AT89C51利用P3．5口使得93C46芯片的片選信號有效，通過P3．4口進行時鐘通信，利用P3．3和P3．2進行數(shù)據(jù)傳輸。實現(xiàn)對配時表信息的儲存。
2．4 按鍵電路設計
    面板設計共需要9個按鍵，利用單片機的P0口的分時復用，解決其中8個按鍵與單片機的連接，剩下的一個鍵單獨接到P1口。在電路設計中使用了74LS244芯片和74LS139芯片，接線圖如圖5所示。

2．5 交通燈顯示模塊
    如圖6所示的交通燈顯示電路，使用的控制芯片基本和時間顯示模塊的相同，使用一片74LS139，兩片74LS273；電路依然是通過單片機的P0口輸出數(shù)據(jù)用來控制紅綠燈的亮滅，利用74LSl39芯片實現(xiàn)不同時間輸出不同相位交通燈控制數(shù)據(jù)。

2．6 防死機電路
    在交通信號控制系統(tǒng)中，為防止“死機”現(xiàn)象，使系統(tǒng)具有自動恢復能力，在其中設防死機系統(tǒng)，即所謂的“看門狗”，其基本接線圖如圖7所示。

3 結論和展望
    提出了一種新型交通信號機控制系統(tǒng)的硬件設計方法，根據(jù)現(xiàn)代城市中交通信號機的發(fā)展狀況，并針對交通信號機的整體硬件的要求，給出了交通信號機的各部分硬件構成，來滿足城市交通信號控制的需求。
    隨著科技的發(fā)展和社會交通量的日益增大，還可對該交通信號機系統(tǒng)的硬件部分進行升級和擴展，以滿足更高的交通控制的需求。