【文章內(nèi)容簡介】 能 力。 觸摸式紅綠燈目前已經(jīng)在成都、武漢、哈爾濱、煙臺(tái)等許多城市的不同個(gè)路口進(jìn)行試點(diǎn)并安裝。例如成都市在包括西南財(cái)大、西南交大、西南民族大學(xué)等幾所高校大門附近的路口進(jìn)行試點(diǎn)。經(jīng)過長期的試點(diǎn)觀察，成都市有關(guān)部門認(rèn)為效果不錯(cuò)。為了讓成都市民更多地享受高科技帶來的“人性化交通”，“聰明紅綠燈”開始在城區(qū)大街推廣。一環(huán)路將成為第一條全線安裝“行人過街觸摸式紅綠燈”的街道。據(jù)介紹，一環(huán)路全線的“觸摸式紅綠燈”將和其他紅綠燈連接，形成一整套“信號(hào)燈自適應(yīng)控制系統(tǒng)”。經(jīng)過電腦分析，紅綠燈能夠自動(dòng)根據(jù)車流量的變化來調(diào)節(jié)紅綠 燈的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)時(shí)間長短。作為這套系統(tǒng)的一部分，行人過街“觸摸式紅綠燈”的功能設(shè)定前期將主要定在晚上。 從外表看，“觸摸式紅綠燈”與普通信號(hào)燈并無兩樣，只不過在金屬燈柱上多了一個(gè)小小的綠色按鈕 —— “觸摸式紅綠燈”的操作鍵。按鈕距地面 米左右 ,旁邊附有“人行按 鈕” 4 個(gè)字 ,并配上了一只手向下按鈕的提示圖樣。行人要過街時(shí)，按一下按鈕，斑馬線兩側(cè)就會(huì)亮起綠燈。同時(shí)，機(jī)動(dòng)車和慢車道上將迅速亮起紅燈，供行人安全過街。有的城市的按鈕會(huì)有所不同。為了避免行人過街的燈老亮著，汽車沒法通行造成交通堵塞，交管部門對(duì)紅綠燈的時(shí)間進(jìn)行了嚴(yán)格設(shè)定，當(dāng)市民按了過街燈后，行人過街的綠燈將亮 20~30 秒， (不同城市不同路口有所不同 )，第二次操作要在 40 秒（供機(jī)動(dòng)車通行）（不同城市不同路口有所不同）之后才能生效。 5 總結(jié) 從最早的手牽皮帶到 20 世紀(jì) 50 年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn) 代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善；從空中到地面，從模糊到精準(zhǔn)，也是符合現(xiàn)代人性的理念。 2 單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 交通燈的大概方案 目前有交通燈的地方大概有兩類，有直行道，十字路口，所以總體的狀態(tài)就是在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁止通行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的持續(xù)時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q。 直行道交通燈的狀態(tài)如下： 我們假設(shè)路是由南向北的，則斑馬線是東西方向。 南北方向有紅燈滅，然后黃燈亮，短暫持續(xù)過后，綠燈亮，倒計(jì)時(shí) X 秒。東西方 向禁止人可以通行。 南北方向有綠燈滅，然后黃燈亮，短暫持續(xù)過后，紅燈亮，倒計(jì)時(shí) X 秒。東西方向允許人可以通行。 十字路口大概如下： 東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí) X秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。 東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí) Y 秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí) X秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。 南北方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，東 西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí) Y 秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 交通燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。總體設(shè)計(jì)方案共有五個(gè)部分組成，分別是：單片機(jī) AT89C5紅、綠、黃燈顯示電路、 LED 數(shù)顯時(shí)間電路、晶振及復(fù)位控制電路、控制與調(diào)時(shí)開關(guān)電路。在進(jìn)行仿真調(diào)試過程中，程序運(yùn)行正確，五個(gè)部分就同時(shí)工作，從而實(shí)現(xiàn)了交通燈的基本功能及調(diào)時(shí)功能。系統(tǒng)的總的原理框圖 如圖所示。 6 AT89S51單片機(jī)電 源 部 分?jǐn)?shù) 碼 管 顯 示路 燈系 統(tǒng) 時(shí) 鐘復(fù) 位緊 急 按 鍵 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 晶振采用 了內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)源的方式。對(duì)于時(shí)間要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖進(jìn)行設(shè)計(jì)就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運(yùn)行。但由于 圖中的 C C2 電容起著系統(tǒng)時(shí)鐘頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用，因此，在本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中一定要注意正確選擇參數(shù)（ 30177。 10 PF），并保證對(duì)稱性（盡可能匹配）。 時(shí)鐘電路 系統(tǒng)復(fù)位電路 復(fù)位電路我采用上電 +按鈕復(fù)位的方式。當(dāng)開關(guān)打開時(shí)， RST 通過電阻接地，當(dāng)有開關(guān)閉合時(shí)由于電容的作用使電源 VCC 通過電阻施加在單片機(jī)復(fù)位端RST 上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。只是可惜，在進(jìn)行仿真器調(diào) 試過程中，該復(fù)位電路是不起作用的。具體電路如圖所示。 7 圖系統(tǒng)復(fù)位電路 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管工作原理 這里我們介紹 8 段數(shù)碼管的工作原理。 8 段數(shù)碼管又稱為 8字型數(shù)碼管，分為 8 段： A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP。其中， DP 為小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管常用的有 10 根管 腳，每一段有一根管腳，另外兩根管腳為一個(gè)數(shù)碼管的公共段，兩根之間相互連通。 發(fā)光二極管的發(fā)光原理，我們已經(jīng)介紹過了，同理， 8 段 LED 數(shù)碼管，則是在一定形狀的絕緣材料上，利用不同形狀點(diǎn)劃的發(fā)光二極管組合，排列成“ 8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來顯示 09 的數(shù)字。 從電路上，按數(shù)碼管的接法不同又分為共陰和共陽兩種。圖是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 圖 數(shù)碼管的內(nèi)部電路接法 在設(shè)計(jì)時(shí)，為了系統(tǒng)圖的美觀，我采用了 6 個(gè)數(shù)碼管組成的數(shù)碼管組，采用共陰極接法。如圖。 圖系統(tǒng)數(shù)碼管電路 8 路燈指示電路 在設(shè)計(jì)路燈時(shí)，采用了發(fā)光二極管代替路燈。先介紹一下二極管，見圖。二極管工作原理是單向?qū)?，即只有正極電壓高于負(fù)極電壓某特定值時(shí)才會(huì)導(dǎo)通，而負(fù)極電壓高于正極電壓是不導(dǎo)通的。 圖 發(fā)光二極管示意圖 發(fā)光二極管是一種特殊的二極管，導(dǎo)通時(shí)會(huì)發(fā)光（發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降一般為 ～ ）。此外，工作電流要滿足該二極管的工作電流。 發(fā)光二極管的正負(fù)極可以用萬用表進(jìn)行判斷，把萬用表撥至二極管檔或電阻擋，用兩個(gè)表筆分別接觸二極管的兩個(gè)引出腳。若發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，則與紅表筆相接的引出腳為正極。從外觀上看，發(fā)光二極管的正極引腳的長度也比較長。 一般發(fā)光二極管與 I/O 端口之間都會(huì)再連接一個(gè)電阻，其作用在于限制通過二極管的電流，從而達(dá)到減少功耗或者滿足端口對(duì)最大電流的限制。一般發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流為 5mA 至 10mA。 路燈設(shè)計(jì)時(shí)我采用了紅、黃、綠三種發(fā)光二級(jí)管。如圖所示。 圖路燈設(shè)計(jì)電路 9 按鍵電路設(shè)計(jì) 按鍵工作方式可以是中斷方式也可以是掃描方式，對(duì)掃描方式來說，掃描是一直調(diào)用按鍵掃描程序，也可以用定時(shí)調(diào)用按鍵掃描程序，不管哪一種，都需要占用系統(tǒng)寶貴的時(shí)間資源，相比較而言中斷就有優(yōu)勢(shì)，中斷鍵盤只有在有按鍵按下時(shí)才去執(zhí)行鍵盤程序，在沒有按鍵按下的情況下，可以處理其他的事務(wù)，使資源得到充分的利用，故中斷鍵盤有占用資源少，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但在有按鍵按下時(shí)有數(shù)碼管閃爍的缺點(diǎn)，這是因?yàn)樘幚碇袛鄷r(shí)，數(shù)碼管停止了掃描，對(duì)顯示要求不高的場合下，這也是完全可以滿足要求的 。但實(shí)際應(yīng)用中，為了保證安全查詢鍵值和響應(yīng)，通常還要進(jìn)行按鍵去抖和等待鍵釋放（查詢按鍵是否抬起）的動(dòng)作， 由于按鍵本身是機(jī)械開關(guān)，所以在觸點(diǎn)閉合或斷開的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)的現(xiàn)象。按鍵設(shè)計(jì)如圖所示。 圖按鍵電路 3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵技術(shù) 一個(gè)完整的交通燈相當(dāng)于一個(gè)簡單的單 片機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有交通燈設(shè)置電路、單片機(jī)、顯示電路等構(gòu)成。單片機(jī)是集成的 IC 芯片，只需根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求選型。其他部分都需要根據(jù)應(yīng)用要求和性能指標(biāo)自行設(shè)計(jì)。首先了解實(shí)際交通燈的變化規(guī)律。假設(shè)一個(gè)十字路口為東西南北走向。初始狀態(tài) 0 為東西紅燈，南北紅燈。然后轉(zhuǎn)狀態(tài) 1 南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài) 2，南北綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時(shí)幾秒，東西仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài) 3，東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài) 4，東西綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時(shí)幾秒，南北仍然紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài) 1。 10 軟件流程 系統(tǒng)總體流程圖 如圖所示： 整體軟件設(shè)計(jì)流程圖 交通燈的設(shè)計(jì)程序說明 這部分中定義了一些全局變量的數(shù)組和變量以及位標(biāo)志，只是些定義的東西不需要畫