基于89C52單片機(jī)的紅外遙控雙模式交通燈控制系統(tǒng)

摘要：針對實現(xiàn)交通燈系統(tǒng)的雙模式控制的目的。采用以C 編寫程序，設(shè)計電路的軟件部分和以89C52 單片機(jī)為核心，連同紅外接收模塊、交通燈顯示模塊和其它元器件，設(shè)計電路的硬件部分的軟硬件相結(jié)合的方法。即軟件部分：在KEIL 環(huán)境中編寫并驗證C 程序。硬件部分：通過單片機(jī)控制交通燈和數(shù)碼管的顯示，同時可利用按鍵或紅外遙控切換交通燈系統(tǒng)運行模式，即普通模式和上下班高峰模式。此系統(tǒng)可保證在平時，車輛與行人有較長時間穿過馬路。通過切換運行模式，此系統(tǒng)又可有效防止上下班時交通堵塞和車輛、人員滯留。比起普通交通燈控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)提高了交通控制的效率，保證交通有序進(jìn)行。

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市中車輛不斷增多。由此引起交通擁擠、堵塞，交通事故頻發(fā)等一系列問題。交通燈是城市重要的交通指揮系統(tǒng)，與人們的日常生活有十分密切的關(guān)系，它不僅關(guān)系到城市交通的有序進(jìn)行，也影響到人們的出行便捷和安全。設(shè)計一個穩(wěn)定、靈活、便捷的交通燈控制系統(tǒng)具有必要性和現(xiàn)實性。然而現(xiàn)實生活中很多交通燈都是按照一個時間間隔切換。而本設(shè)計中交通燈可根據(jù)平時或上下班高峰期來轉(zhuǎn)換紅綠燈切換時間，如上下班高峰期紅燈轉(zhuǎn)換時間設(shè)置為40 秒，平時設(shè)置為60 秒。這樣可有效緩解在上下班時間，由于紅燈設(shè)置時間太長，為了趕時間而闖紅燈現(xiàn)象。同時，有效緩解交通堵塞現(xiàn)象。

1 交通管理方案的論證

1968 年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定：綠燈亮允許通行；紅燈亮，禁止通行；黃燈亮，提示人們注意紅，綠燈的狀態(tài)即將切換。為了方便說明，現(xiàn)假設(shè)東西，南北走向的兩干道相交于一處十字路口。同時，為了保證行人安全，設(shè)置A,B,C,D 四條人行道。如圖1 所示。

圖1. 路口指示燈示意圖

路口指示燈工作情況說明：當(dāng)東西道為紅燈，此道車輛禁止通行，此時B,D 人行道上行人可通過馬路；同時南北道為綠燈，此道車輛通過，此時A,C 人行道上行人禁止通行，時間為60 秒。黃燈閃爍5 秒，警示車輛和行人紅，綠燈的狀態(tài)即將切換。當(dāng)東西道為綠燈，此道車輛通行，此時B,D 人行道上行人禁止通過馬路；同時南北道為紅燈，此道車輛禁止通過，此時A,C 人行道上行人可通行，時間為60 秒。依此循環(huán)，即可指引車輛有序行駛，行人安全通過馬路。

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)電路總體概要

本設(shè)計主要由89C52 單片機(jī)、交通燈顯示模塊、紅外接收模塊、數(shù)碼管、按鍵等組成。

89C52 單片機(jī)為系統(tǒng)主控制器，控制其他模塊協(xié)調(diào)工作；按鍵和紅外接收模塊用來切換系統(tǒng)工作模式：正常模式或上下班高峰模式。即正常模式下，紅燈設(shè)置的時間為60 秒；上下班高峰模式下，紅燈設(shè)置的時間為40 秒。交通燈顯示模塊用以指引各路道車輛的通行，數(shù)碼管為了顯示交通紅綠燈所剩的切換時間，行人依此判斷是否有足夠時間過馬路，是走還是停。其主要框圖如圖2 所示。

圖 2. 系統(tǒng)設(shè)計總框圖

2.2 硬件電路的設(shè)計

2.2.1 控制器的選擇

作為交通智能控制的中心，控制器的選擇十分重要。我們常見的有：（1）現(xiàn)場可編程門陣列FPGA；（2）可編程邏輯控制器PLC；（3）51 系列單片機(jī)等。這是一種較為實用的系統(tǒng)，所以要從價格和使用方面等因素綜合考慮。以上3 種控制器都可以很好的完成交通燈的智能控制，而FPGA 和PLC 操作和完成簡單，但成本價格較高，性價比低。對于本設(shè)計，51 系列單片機(jī)完全可以實現(xiàn)其控制，且性能良好，價格低廉。因此選用大家所熟知的89C52單片機(jī)作為控制器。

2.2.2 紅外發(fā)射接收原理

圖3 紅外發(fā)射與接收原理圖

通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制如圖3所示。紅外接收頭的工作原理：內(nèi)置接收管將紅外發(fā)射管發(fā)射出來的光信號轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，此信號經(jīng)由IC 內(nèi)部放大器進(jìn)行放大，然后通過自動增益控制、帶通濾波、解調(diào)變、波形整形后還原為遙控器發(fā)射出來的原始編碼，經(jīng)由接收頭的信號輸出腳輸入到電器上的編碼識別電路。

2.2.3 硬件電路總圖

本設(shè)計選用 89C52單片機(jī)作為控制器，控制系統(tǒng)的正常運行。本系統(tǒng)有兩種運行模式，普通模式和上下班高峰模式?？赏ㄟ^按鍵或紅外遙控對系統(tǒng)運行模式進(jìn)行切換。按鍵切換適于值班人員使用，而紅外遙控切換適于交警巡查時使用，方便快捷?，F(xiàn)簡要介紹該系統(tǒng)工作原理：89C52 單片機(jī)通過鎖存器控制數(shù)碼管顯示紅綠燈時間，東西、南北四組數(shù)碼管時間顯示相同。P1^2～P1^7 控制交通燈的顯示。P1^2～P1^4 控制東西道兩組交通燈的顯示，這兩組紅綠燈通過單片機(jī)控制顯示相同顏色的指示燈并且切換時間相同；而P1^5～P1^7 控制南北道兩組交通燈的顯示，這兩組紅綠燈同樣通過單片機(jī)控制顯示相同顏色的指示燈并且切換時間相同。P3^5 接按鍵S1，通過此按鍵可控制系統(tǒng)運行模式。P3^2 接紅外接收模塊，通過此接口可紅外遙控切換系統(tǒng)運行模式。如圖4 所示：

圖4，硬件電路圖

到此，硬件電路搭建完成。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

近年來，單片機(jī)開發(fā)技術(shù)不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil 軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51 系列單片機(jī)程序的軟件。

Keil 提供了包括C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVisON）將這些部分連在一起。

因此該系統(tǒng)的軟件部分在Keil 環(huán)境下進(jìn)行程序的編程，下面主要介紹程序中的主要子程序和一些重要部分：

初始函數(shù)主要是對定時/計數(shù)器和一些參數(shù)初值的設(shè)定：

#include<reg52.h>

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uint aa,num,MODEL1,numa,HMODE1;

uchar shi,ge,gtime,rtime;

… …

sbit dula=P1^0; // 段選

sbit wela=P1^1; // 位選

sbit LED1=P1^2; // 東西（紅燈）

sbit LED2=P1^5; // 南北（紅燈）

sbit LED3=P1^6; // 南北（黃燈）

sbit LED4=P1^3; // 東西（黃燈）

sbit LED5=P1^7; // 南北（綠燈）

sbit LED6=P1^4; // 東西（綠燈）

sbit KEY1=P3^5;

uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

uchar table1[]={0xbf,0x7f};

void delay（uchar z） // 延時函數(shù)

{ uchar x,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）； }

void init（）

{ TMOD=0x01; // 選擇方式一，16 位計數(shù)器

TH0=15536/256;

TL0=15536%256; // 定時器高、低位，置入初值

EA=1; // 中斷允許總控制位

ET0=1; // 定時器0 中斷允許控制位

TR0=1; // 定時器0 運行控制位

aa=0;

gtime=60;

rtime=40;

num=1;

numa=1;

MODEL1=1;

HMODE1=0;}

定時的函數(shù)及原理：

當(dāng)單片機(jī)工作于定時狀態(tài)時，定時/計數(shù)器對機(jī)器周期進(jìn)行計數(shù)，每個機(jī)器周期包括12個振蕩周期，以晶振頻率為12MHZ 為例，則：

1 個機(jī)器周期=12/晶振頻率=12/12000000=0.001ms定時時間為：TC=XTP。其中，TP 為機(jī)器周期，TC 為定時時間。

則應(yīng)裝入計數(shù)/定時器的初值為：

（注：M=2n , TP 為機(jī)器周期，TC 為定時時間）

對于方式1，一次最大的定時時間為：T=（216-0）×0.001=65.536ms ，為了便于計算，設(shè)定每次最大定時時間為50ms，計算應(yīng)裝入的初值：N = 65536 ? 50000 = 15536

顯示子函數(shù)：

通過單片機(jī)對鎖存器進(jìn)行位選，段選的控制，使數(shù)碼管顯示需要的數(shù)字。

void display（shi,ge）

{ dula=1;

P0=table[shi];

dula=0;

wela=1;

P0=table1[0];

wela=0;

delay（5）；

P0=0xff; // 對數(shù)碼管消影

dula=1;

P0=table[ge];

dula=0;

wela=1;

P0=table1[1];

wela=0;

delay（5）；

P0=0xff;}

模式一函數(shù)：

void mod1（）

{ if（num==1&&gtime>5） // 東西道紅燈亮，南北道綠燈亮，最后5 秒切換成黃燈

{ LED5=0;

LED1=0; }

if（num==2） // 東西道綠燈亮，南北道紅燈亮

{ LED2=0;

LED6=0;

LED5=1;

LED3=1;

LED1=1; }

if（num==1&&gtime==5） // 東西道紅燈亮，南北道黃燈亮5 秒

{ LED5=1;

LED2=1;

LED3=0; }

shi=gtime/10;

ge=gtime%10;

if（aa==20） // 50ms×20=1s, 即過1s 數(shù)碼管數(shù)字減1

{ aa=0;

gtime--; }

display（shi,ge）；

if（gtime==0&&num!=2）

{ gtime=60;

num=2; }

if（gtime==0&&num==2）

{ num=1;

gtime=60;

LED2=1;

LED6=1; } }

模式二函數(shù)：

如同模式一，只是參數(shù)有變化。如將gtime=60 換成rtime=40；num=1 換成numa=1；僅此而已。

主函數(shù)：

void main（）

{ init（）；

while（1）

/* 模式一，平常模式，紅綠燈切換時間為60 秒*/

{ if（MODEL1==1||HMODE1==0） // 按鍵或紅外控制切換模式

{ mod1（）； }

/* 通過按鍵切換工作模式*/

if（KEY1==0）

{ delay（5）； //按鍵消抖

while（KEY1==0）

{ MODEL1++;

rtime=40;

if（MODEL1==3）

{ MODEL1=1;

gtime=60; }

while（！KEY1）； } }

… …

/*模式二，上下班高峰期模式。紅綠燈切換時間為40 秒*/

if（MODEL1==2||HMODE1==1）

{ mod2（）； }

} }

void timer0（） interrupt 1

{ TH0=15536/256;

TL0=15536%256;

aa++; }

4 系統(tǒng)的仿真

結(jié)合軟硬件，通過proteus 仿真，此系統(tǒng)可安全、可靠的運行。仿真圖的部分截圖如圖5 所示。

圖5 交通燈控制系統(tǒng)運行示意圖

5 結(jié)論

本設(shè)計的紅外遙控雙模式交通燈控制系統(tǒng)，通過硬件電路的搭建和軟件的調(diào)試，最后通過proteus 進(jìn)行仿真。該系統(tǒng)完全可以完成設(shè)計的要求。具有一定的實用價值，同時，該系統(tǒng)還有諸多開發(fā)前景，具備一定的擴(kuò)展能力，如：根據(jù)圖像識別，判斷車輛數(shù)是否增加，以此來判斷該運行哪種模式，有待進(jìn)一步開發(fā)。