28 卷Vol.28 第 18 期No.18 第 Electronic Design Engineering 电子设计工程 基于单片机的智能交通灯控制系统设计 牛亚莉 （陕西交通职业技术学院 陕西 西安 710018 ） 2020 9 Sep. 2020 年 月 AT89C51 摘要：针对交叉路口拥堵、道路交通拥堵的情况，提出了基于单片机的智能交通灯控制系统设计。 首先，对智能交通灯控制系统的总体设计进行分析，使用基于 单片作为核心设计控制方 案；其次，设计系统硬件电路，将单片机作为核心，构成集车流量收集、自动控制、处理的闭环控制 系统，系统硬件电路主要包括车流量监测、交通信号灯、 显示等。然后，设计系统的软件程序， 并且对本文设计智能交通灯控制系统进行测试。通过测试结果表示，基于单片机的智能交通灯控 制系统能够及时调整车流量，处理交通违规的问题。 关键词：单片机；交通灯；智能交通灯；交通灯控制 中图分类号： DOI： 10.14022/j.issn1674-6236.2020.18.030 18-0136-04 1674-6236 文献标识码： 文章编号： TN98 2020 LED A （ ） Design of intelligent traffic light control system based on MCU NIU Ya⁃li 710018 （Shannxi College of Communication Technology，Xi’an ，China） ； ， secondly the hardware circuit of the system is designed forming a closed ⁃ loop control system for collection the design of Abstract: In view of the situation of intersection congestion and road traffic congestion the intelligent traffic light control system based on single chip microcomputer is proposed. First of all using single chip AT89C51 as the overall design of intelligent traffic light control system is analyzed core design control scheme taking single chip automatic control and computer as the core processing of vehicle flow. The hardware circuit of the system mainly includes vehicle flow monitoring traffic signal light and the intelligent traffic light control system designed in this paper is tested. The test results show that the intelligent traffic light control system based on MCU can adjust the traffic flow in time and deal with traffic violations. Key words: microcontroller the software program of the system is designed intelligent traffic light traffic light control LED display traffic light etc. Then ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ； ； ； ， 机动车使用量在城市不断发展的背景下不断的 提高，人们在享受利用机动车所带来的便利和利润 背景下，还存在部分的问题，比如交通事故、交通拥 堵、环境污染等。交叉口为国内外城市交通堵塞主 要发生的地点，交叉口指的是两条道路相互交叉所 出现方向转换枢纽，逐渐成为道路网道路通行能力 。日本每年因为交通拥 堵塞频发与事故频发地点 堵导致的经济损失有 多亿元，美国交通问题损 9000 [1] 2019-12-08 1980 收稿日期： 基金项目：陕西省教研教改课题（ 作者简介：牛亚莉（ -136 - 稿件编号： 17GY017 ） 201912060 失超过两千多亿美元，交叉口也是交通事故多发地 段。我国因为每年交通导致的经济损失为 亿 。如果不制定针对性的 元，占据我国生产总值 措施对其有效管理，城市交通会严重影响到我国经 济发展与城市工程的发展 3.2% 。 [2] 1 600 为此，本文就提出了基于单片机的智能交通灯 控制系统的设计，希望能够解决交通开展过程中的 问题。 —），女，陕西榆林人，硕士，副教授。研究方向：智能交通技术、嵌入式系统、软件测试。 

牛亚莉 基于单片机的智能交通灯控制系统设计 1 系统的方案设计 假如在十字路口包括南北向、东西向，在任一时 间只有一个方向能够通行，另一个方向禁止通行，在 持续一段时间之后通过过渡时间转换禁行通行的方 向。图 为智能交通灯控制系统的状态，其中黑色 为亮，白色为灭，交通状态通过状态 转变，直到状 [3-4] 态 ，之后循环到状态 ，周而复始 1 1 4 1 。 交 通 信 号 灯 存 在 故 障 ，就 会 实 现 警 报 提 示 的 发 送 ，及 时 的 进 行 处 理 ，从 而 使 系 统 运 行 过 程 可 靠 性 得 到 提 高 为 智 能 交 通 灯 控 制 系 统 的 硬 件 结 构 。 。 图 2 [5] 2 图 智能交通灯控制系统的硬件结构 P0 LED 2.1 单片机基本连接电路 AT89C51 芯 片 口 能 够 对 倒 计 时 器 进 行 控制，并且控制交通信号灯显示，通过中断方式实现 红外遥控。将“看门狗”电路添加到单片机外围电路 中，对系统稳定性进行保证 ，单片机的基本外围电 路设计详见图 3 。 [6] 1 图 智能交通灯控制系统的状态 2 智能交通等控制系统的硬件设计 AT89C51 将 以 上 设 计 的 方 案 作 为 基 础 ，将 单 片 机 作 为 主 要 的 控 制 核 心 ，通 过 串 口 对 从 机 进 行 控 制 ，利 用 红 外 接 收 与 交 通 信 号 显 示 等 模 块 实 现 信 号 的 有 效 接 收 ，从 而 实 时 的 调 整 交 通 等 。 在 系 统 中 实 现 交 通 信 号 灯 故 障 检 测 模 块 的 设 置 ，如 果 3 图 单片机基本外围电路 为了使交通信号灯能够工作，将功率驱动电路 2.2 LED 显示和交通灯显示模块 LED P0 4 为 设计到单片机后端，图 作为输出显示的控制口， 口能够利用锁存芯片对 信号进行控制，从而对光电耦合器进行控制，以此对 输出灯板中信号灯与倒计时器进行控制 显示电路图。将 。 P0 [7] 4 LED 图 显示电路图 2.3 交通灯故障检测模块 通过故障检测模块能够在交通灯出现故障或者 连接线路断路时自动的监测，利用串口能够使单片 机将故障信号发送到控制中心，对系统可靠性进行 74LS245 保 证 。 利 用 光 电 隔 离 与 锁 存 芯 片 连 接 输 入 检 测 部 分，通过 实现脉冲检测，系统通过电流与电 压检测有效检测故障。 其一，电流检测法。交通信号灯在工作过程中 -137 - 

2020 《电子设计工程》 18 期 年第 LED 灯 损 坏 或 者 线 路 短 路 时 就 无 法 正 常 的 工 电流进行检测，对系统故 R150 出 现 作，利用电流检测对 障进行判断 [8] 。电流法检测电路图详如图 所示。 5 市电电压波动或者负载变化等原因导致出现改变。 此直流电压通过三端稳压器中稳压和电容滤波，能 够提高输出电压的精度与稳定度 。 [10] 6 图 电源电路 3 智能交通等控制系统的软件设计 3.1 交通信号灯控制程序 START1-START4 4 P1 个状态顺序，直接通过 口中送入，交通灯就会有序的电量 中 指令使十六进制码在 为单片 为交通灯各阶段状态表。 在 程 序 编 写 过 程 中 ，根 据 机和交通灯接口电路，表 MOV 1 ，图 7 [13] 5 图 电流法检测电路图 +5 V 其二，电压检测法。假如可控硅在运行时出现 两 问题，对交通信号灯作用造成影响，可以利用 端电压的监测对损坏的具体位置进行判断。 2.4 电源电路 R26 IC 7805 实现 电源电路利用输出 直流电压提高电源电路 三端稳压 稳定性，利用集成稳压器，使 器。在大电流输出时，将散热板设置到三端稳压器 中 。 输 入 端 滤 波 电 容 为 C3，输 出 端 滤 波 电 容 为 C5。 图 交流电电源， 适配器进行滤波，在固定式三段稳压器中 通过 Vin 与 两端构成不稳定直流电压，此电压会由于 为电源电路，本文系统使用 5 V GND 220 V 6 I/O 端口 信号灯状态 START0 START1 START2 START3 START4 P1.7 悬空1 1 1 1 1 P1.6 悬空1 1 1 1 1 P1 表 1 交通灯各阶段状态表 P1.5 P1.4 P1.3 7 图 P1.2 单片机和交通灯接口电路 P1.1 P1.0 东西黄灯0 0 0 0 1 东西绿灯0 0 0 1 0 东西红灯1 1 1 0 0 南北黄灯0 0 1 0 0 南北绿灯0 1 0 0 0 南北红灯1 0 0 1 1 P1 口 十六进制C9H CAH CCH D1H E1H 在判断状态过程中，先使 端口值和各状态码 对比，如果判断一样，保持目前状态，使下个状态状 态码送到 3.2 交通信号灯时间的调整控制 口中。 P1 为了能够调整交通信号灯的时间，在控制系统中 监测车辆，目前一般都是使用自感式传感器对车辆数 量进行收集。主要原理为：将两个传感器设置到十字 路口，对东西、南北车辆数量进行检测，除以周期事 件，得出单位时间车流量，对比两个方向单位时间的 车流量，对下个循环红绿灯时间进行确定，从而进行 调整。如果使用 R5工作寄存器在南北向车流量进行 -138 - 存储，利用 R6对东西向车流量进行存储，东西、南北方 向的时间在 R0和 R1中存储，流量比例 R 表示为： 1 （ ） / / R0 R1 = R5 R6 3 R 运算的结果设置 R 为 个范围中，第一个范围为 东西向的交通拥堵，延长绿灯的时间；第二个范围为两 个方向车流量，时间设置相同；第三个范围说明南北交 通严重，使绿灯时间延长，表 3.3 紧急车辆子程序 T0 在设计软件式， 为中断服务例程。在 紧急车辆通行过程中，东西南北四个路口设置为红 2 INT0 个方向的比例。 4 为 与 

牛亚莉 基于单片机的智能交通灯控制系统设计 1.5 和以上40 20 比例 R 南北向时间 东西向时间 表 2 4 个方向的比例 0.8-1.5 30 30 0-0.7 20 40 T0 灯；在执行倒计时程序中， 计时 。 [14] 能够实现数据码的倒 8 为系统的 其一，设计紧急车终端服务历程，图 流程； 其二，设计定时器 16 器、计数器的工作方式为 为 设置，图 进制数，高 为系统的流程。 位在 9 8 T0 1 TH0 中断服务例程。设置定时 ，在技术初值后，转变初值 中 中设置，低 TL0 位在 8 8 图 紧急车中断服务流程 及时通过紧急车辆，并且还能够实现交通灯故障检 测，使用价值较高。 参考文献: [1] . 潘琳 基于 [2] 系统设计 翟明欣 [3] :89. 8 15 9 :78-79. YOLO STC89C52 [J]. 一种带中断的单片机交通灯控制系统 单片机的智能交通灯控制 2018 15 集成电路应用， 时代农机， [J]. ， （ ） . ） ， （ 基于 算法的智能 单片机与嵌入式系统应 2019 . [J]. :12-13. . 9 21 2019 付振华，纪祥，赵坤旭 交通灯控制系统模型 用， 曹竞豪，徐天伟，郑鹏 红 绿 灯 控 制 系 统 设 计 ， （ ） 基于单机片的智能交通 科 技 创 新 与 应 用 ， [J]. FPGA :78. . 16 2017 ， 26 [J]. . （ ） 张卿，曹晓平 设计 曲奕 [J]. 山东工业技术， 电子技术与软件工程， 高正中，许焕奇，雷倩，等 动控制系统的设计与实现 17 :98-101. 分布式智能交通信号灯控制系统的设计 基于 的智能交通信号控制器 （ ） :141. 16 19 :26. 24 PLC （ ） ， 2017 ， 16 2017 [J]. 基于 . 的旋流器自 现代电子技术， ） （ 计算机网络自动检测控制系统软件开发 现代电子技术， :99-103. 1 ， （ ） 基于单片机的电梯控制系统研究与设计 2017 15 2016 39 . [J]. . ， 吕星宇 设计 方军 [J]. ， 科技视界， ） 曹景胜，石晶，王冬霞，等 客车超载监测综合性实验 （ 2019 21 5 :78. ， （ ） 基于单片机的智能 汽车实用技术， 7 :21-22. 崔一伟，杨广敏，于越，等 控制方案的设计与研究 （ 廖烈健，谭伟付，莫富超，等 机的车牌识别系统的设计 . [J]. ） 对栅栏式智能交通 时代汽车， ， 16 2019 STM32 基于 数码世界， [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] 2017 28 40 :197. . [J]. . [J]. 单片 ， 2019 [J]. 9 图 T0 定时器 中断服务流程 4 结束语 AT89C51 基于单片机的智能交通信号灯在设计过程中的 芯片利用 单片机配置，使系统稳定性与可 靠性得到提高。系统的设计比较简单，具有较强的 实用性，并且操作比较简单，对不同情况中的交通灯 倒计时与正常的指示进行实现。利用此系统能够简 单、灵活的通过遥控方式调整十字路口的控制参数， [13] [14] [15] [16] 21 3 :162. . （ ） 邱亚娟 科学技术创新， 赵勇，李怀宇 发与设计 [J]. . 70-72. . [J]. . [J]. 王志国 应用 王秀玲 制系统 智能交通信号灯模拟控制系统设计 2017 17 6 :82-83. ， （ ） 基于物联网的智能交通系统的开 自动化与仪器仪表， ） ， （ 2017 52 5 : 智能交通控制系统在交通工程领域中的 交通世界， 基于图像处理技术的智能交通信号灯控 :74. 19 :52. 10 26 11 2019 2018 ， （ ） 数码世界， ， （ ） -139 -