基于Proteus与单片机的交通灯控制电路设计

城市道路错综复杂，相互交错，交通灯是城市交通的重要指挥系统。交通信号灯作为管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，对减少交通事故有明显效果。但是车流量是随时变化的，而传统的交通灯模式采用的是定时控制，反而容易造成交通堵塞。因此设计一种基于Proteus与单片机的交通灯控制系统的设计与仿真，对减少交通事故，缓解交通阻塞，提高畅通率具有很重要的现实意义．

1、系统设计方案

东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组交通指示灯，每一个状态方向上均有一组红、绿灯，即一组交通指示灯都有左转、直行、右转3组红、绿灯和一个黄灯，指示车辆和行人安全通行．红灯点亮禁止通行，绿灯点亮允许通行．黄灯闪烁提示人们注意交通灯状态即将切换．

1.1、系统硬件电路的设计

利用单片机设计应用系统应考虑在满足设计要求的前提下，硬件电路要尽可能地简单，限度地用程序设计完成系统的各项功能．因此本文以STC89C52单片机为控制，设计交通灯的控制系统．在该系统中STC89C52和外围电路的各个模块进行信息交流并且进行相应的控制，系统组成框图如图1所示．

图1  交通灯系统组成框图

该系统由时钟电路、复位电路、控制系统电路、LED交通灯显示电路、七段数码管显示时间电路、自动和手动按键控制电路等组成．主控制器采用STC89C52单片机．P1口设置红、绿灯点亮和黄灯闪烁的功能，P0、P2口来显示时间，P3口设置系统工作模式．用发光二极管实现交通灯的红绿黄灯，时间的显示则采用七段数码管实现．

1.2、系统软件电路的设计

1）LED交通灯显示模块

89C52单片机P1口对LED交通灯进行控制，在不同的状态时控制相应的LED交通灯状态．

2）数码管显示模块

89C52单片机P0口进行时间倒计时段选，P2.0~P2.3端口进行数码管时间显示位选，用T2中断定时每2ms对七段数码管刷新．

3）键盘控制模块

89C52单片机P3.0~P3.3口与P3.6口外部键盘控制交通灯自动和手动状态及手动控制时的不同状态进行实时扫描，进入相应的运行状态．

2、系统工作模式

2.1、自动控制模式

本系统启动为自动控制模式．初为南北直行方向导通即直行为绿灯，其余为红灯，并且数码管从15s开始倒计时，当倒计时至8s时黄灯开始闪烁（1s完成闪烁），闪烁3s后，即倒计时至5s时，南北方向左转和右转变为绿灯，直行为红灯；当倒计时至0s时，路口进入禁行等待状态，即绿灯全部熄灭红灯点亮，并且数码管从3s开始倒计时，同时黄灯开始闪烁3s；当倒计时再次为0s，黄灯闪烁完毕后，南北方向数码管从18s开始倒计时，同时东西直行方向导通即为绿灯，其余为红灯，并且数码管从15s开始倒计时，当倒计时至8s时黄灯开始闪烁（1s完成闪烁），闪烁3s后，即倒计时至5s时，东西方向左转和右转变为绿灯，直行为红灯；当倒计时至0s时，路口进入禁行等待状态，即绿灯全部熄灭红灯点亮，并且数码管从3s开始倒计时，同时黄灯开始闪烁3s；当倒计时再次为0s，黄灯闪烁完毕后，东西方向数码管从18s开始倒计时，同时南北直行方向导通即为绿灯，其余为红灯，并且数码管从15s开始倒计时，以此方式循环．

2.2、手动控制模式

1）当系统工作在自动模式时，如果按下当前正在导通状态的手动控制按键时，系统直接进入该导通状态，并且南北和东西方向的数码管均显示99；如果按下不是当前正在导通状态的手动控制按键时，系统将对当前正在导通的状态进行3s的黄灯闪烁倒计时状态，当倒计时结束后，系统将进入所按下的键的导通状态，同时南北和东西方向的数码管均显示99；此时再按下其余的手动控制按键时，系统将进入所按下的键的导通状态．

2）当系统工作在手动模式时，如果按下自动控制按键时，系统将对当前正在导通的状态进行3s的黄灯闪烁倒计时状态，当倒计时结束后，系统将进入初的自动控制模式．

3）当系统工作时，如果系统处在南北直行方向导通时，此时南北方向的人行横道导通，人们可以通过人行横道穿越东西方向的人行横道；同理如果系统处在东西直行方向导通时，此时东西方向的人行横道导通，人们可以通过人行横道穿越南北方向的人行横道．

3、Proteus仿真设计

通过Proteus软件对系统硬件设计和软件设计结合仿真，程序代码通过Keil编辑、编译后生成HEX文件，然后通过点击单片机加载程序，实现硬件与程序的结合仿真．系统仿真结果如图2所示．

图2  基于Proteus和Keil的仿真结果

本文设计的交通灯控制系统以单片机STC89S52为主控制器，利用Proteus软件绘制硬件电路，利用Keil进行编程，然后进行整合仿真，实现了预定的功能．本系统分别在每一路，即南北和东西方向分别设有三路交通信号灯进行控制，即左转红绿灯、直行红绿灯、右行红绿灯，每个方向的三路交通灯同时运行．除此之外，本系统还设置了自动和手动两种模式可供选择，一般情况下，本系统在自动状态下运行，如果在交通运行高峰时，交警就会进行疏导，在此时，交警可以将本系统切换到手动模式，对交通进行疏导，特别适合在炎热和阴雨等不好的天气状况．本系统实用性较强、操作相对简单、扩展功能较强并且成本较低、功耗小，具有非常广泛的应用前景。