基于STC单片机的交通信号指示灯的设计

摘要：随着我国经济的高速发展，私家车、公交车的增加，给我国交通系统带来沉重的压力。很多大城市都不同程度地受到交通阻塞问题的困扰。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。本文以STC89C52单片机为核心，设计出以人性化、智能化为目的的交通信号灯控制系统。
关键词：交通；STC89C52；道路通行；信号灯

    随着我国经济社会快速发展，城市机动车保有量快速增长，在进行基础设施建设以改善中心城区的交通同时，仍然存在道路体系未建全，功能未理顺，公交系统不发达等问题，交通矛盾突出。而我国的交通指示灯使用定周期控制和各路口各自的独立控制方法，在解决这些问题时效果并不是很好。
    随着电子信息的发展，找到一种更为合理的的控制方法尤为重要。目前，控制交通信号灯的方法很多，一般为用89C51单片机控制。但是随着芯片的发展，89C51单片机逐渐地退出了历史的舞台。
    文中使用STC89C51为核心芯片，设计了交通信号灯指示系统。

1 系统的总体设计
1．1 总体设计思想
    本系统设计的交通信号指示灯，可以控制主道和支道各红绿黄3个LED。当主道为红灯并延时40 s时，支道的绿灯延时37 s并且黄灯延时3 s；当支道为红灯时，延时60 s，此时主道为绿灯，延时57 s，黄灯延时3 s。当有突发事件时，LED灯全部为红灯。如图1所示。

1．2 系统硬件的总体设计
    本设计以STC89C52为主芯片，并且有复位电路、电源电路、按键电路、数码显示电路、LED显示电路。如图2所示。

2 系统的硬件设计
2．1 控制系统模块
    主控制器采用STC89C52，是宏晶公司生产的一款性能稳定的8位单片机。STC89C52具有1个8KB的FLASH程序存储器，1个512字节的RAM，4个8位的双向可位寻址I／O端口，3个16位定时／计数器及1个串行口和6个向量二级中断结构。STC89C52和AT89C52相比较，采用串口下载，可以极大的方便使用。
    单片机的P1口以及P0．0～P0．3分别用于控制主道及支道上的通行灯，P2口用于4组LED计时器的控制，紧急车辆通行时使用外部中断0(P3．2)，进行手动按键即可转换。其主控电路如图3所示。

2．2 七段数码管倒计时显示电路
    本设计中的数码显示电路中，数码管分别与三极管8550的发射级相连。当STC89C52的P2口发出高电平时，使三极管导通，进而数码管点亮。当LED数码管全部导通时，通过的电流大概为48 mA。电路如图4所示。

2．3 主道、支道的LED显示电路
    本设计中LED的供电电源为LM317。工作时，LM317建立并保持输出与调节端之间1．25 V的标称参考电压(Vref)，这一参考电压由R1转换成编程电流，该电流经R2到地，如图5所示。
    稳压输出电压公式得出输出电压：
   
    一个LED需要3．3 V直流电压，本设计为4组各3个LED并联，需要LM317输出9．6 V直流电压，由于LED与场效应管串联，故除去场效应管的压降，可以得出LM317输出的电压为10 V左右。先确定R1的电阻为220 Ω，可以得出电位器R2的电阻值为1．4 kΩ。
    单片机输出高电平时，三极管Q1导通从而使MOSFET的栅极电压低于源极电压，MOSFET的源极和漏极导通，LED点亮；当PWM波输出低电平时，Q1截止使MOSFET截止，LED熄灭。如图6所示。
2．4 按键电路
    在遇见紧急情况时，主道、支道的LED灯全部要求为红灯。为了实现此功能，利用STC89C52单片机中断功能达到目的。利用紧急按钮开关接至单片机外部中断0，当其按下时，四方全为红灯；当恢复按键按下后，紧急情况解除。其电路如图7所示。

2．5 单片机的电源电路
    LM2575是美国安森美半导体公司生产的新型开关式降压型稳压电路。它们的作用与LM7805三端稳压器差不多，不过由于该系统稳压电源采用了开关技术，所以它的效率要比普通的三端稳压器要高，而且该系列稳压器的输入电压范围比普通二端稳压器更广。
    LM2575-5．0的基本应用电路为，外接4个元件，最大输入电压为40 V，最小输入电压为7．0 V，最大负载电流为1．0 A，最高环境温度为50度，最低环境温度为0度。
    本设计所采用LM2575为STC89C52作为供电电源，有效保证了单片机的工作。如图8所示。

3 系统的软件设计
3．1 软件设计的总体思路
    本研究的软件设计采用C语言编程，与汇编语言相比，有较好的移植性。程序设计使用定时计数器0来控制交通灯，外部中断1来用于紧急情况，其中标志位为i和j。当紧急情况按键按下后，标志位i置为1，进入中断程序。当解除紧急情况按键按下后，标志位j置为1，进入主程序。主程序进行循环扫描。
3．2 系统程序流程图
    系统的流程图如图9所示。

4 结束语
    本设计采用宏晶公司生产的STC89C52单片机，能够有效的控制交通信号灯。与传统的使用AT89C52相比，具有经济，简单实用的特点。经验证，此系统能够很好工作，有较强的使用价值。