基于嵌入式通用型交通倒计时的研究

摘要:本系统是根据一般交通信号主控机的输出方案设计的硬件电路和软件, 介绍了基于AT89C2051 单片机的通用型内嵌式倒计时器的基本工作原理以及软件的设计思路。利用单片机控制交通灯倒记时显示电路设计思路新颖、经济适用并能够有效的提高交通路口的通行能力。

关键词: AT89C2051 内嵌式 倒计时

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.10.050

引言

改革开放三十年以来, 我国的社会、经济建设得到了巨大的发展。随着人民群众物质文化生活水平的日益提高, 全国城市机动车辆的保持量也随着在不断增加, 但是城市道路交通建设的步伐远远跟不上机动车辆增加的步伐, 当城市交通路口亮红灯时, 大量停留在路口的机动车辆在空燃烧能源排放的有害废气, 既浪费社会能源也给人民群众的生活环境带来一系列不良的影响。利用现代科学技术发展的成熟技术, 在现有城市交通道路的条件下, 通过对城市道路路口显示交通控制信号的倒计时, 能够减少车辆的启动损失时间,从而减少车辆在等待时间内排放的有害废气,并且红灯倒计时清楚地指示出红灯还剩余的秒数,能够较好地缓解驾驶人在等待红灯时的焦虑情绪,也在一定程度上避免了交通事故的发生。

1 内嵌式倒计时交通信号指示灯的原理

内嵌式倒计时指示灯是采用高亮度发光二极管作为显示载体,把红、绿、黄三色高亮二极管有规律的排列在一个电路板上,使其可以显示红灯倒计时,绿灯倒计时,以及黄闪信号指示功能。本系统设计的交通倒计派所采用的指示灯最大显示时间为99秒,如下图所示:

图1 交通信号倒计时指示灯的原理图

其设计技术的思路:高亮二极管安装板上按照圆盘框形式,在其框线上点阵安装由黄色发光二极管构成的圆盘形的黄闪灯显示部分,在其框线点阵内安装由红、绿发光二极管构成的数字式的倒计时显示部分;黄闪灯显示部分和红、绿倒计时显示部分的发光二极管的电源,分别由主控信号机控制的驱动电路驱动恒流源供给。此设计思路充分利用的发光二极管的发光时间长,性能未定的特性,并且采用了把控制器内嵌在显示屏的后面,很好的保护了控制器的安全,减少了受温度和气候以及不利因素的影响,同时驱动电源由主控信号机的供给,保持了时间的实时性,减少了不必要的延时误差,有效的解决了几路倒计时系统运行的时间衔接时产生的误差。

2 系统的电路原理及硬件电路实现

交通信号倒计时器主要安装使用在室外环境, 不仅运行环境比较复杂多变,而且路口行驶车辆的交通安全对其的稳定性和可靠性有很高的要求。基于以上原因考虑,本交通信号倒计时器在硬件设计上必须采用抗干扰能力比较强的工业级集成芯片,从而提高系统运行的稳定性和可靠性。

综上考虑,本系统选用的主控芯片是89C2051,它是爱特美尔微控制器家族中经济划算的一款产品,是一种低电压、高性能的8位CMOS微型计算机,并且采用Flash存贮器技术,可以降低了制造成本,其软件、硬件其程序的电可擦写特性,使得开发与试验比较容易,因其与MCS-51完全兼容,可以轻易的在此基础完成系统的升级,方便工程的改造。

该单片机可在12MHZ 频率下稳定的工作, 有足够的运行速度来读取外部交通控制信号输入的灯色状态,。虽然只有20个引脚,15个双向输入/输出(I/O)端口,考虑到本系统最大显示时间为99秒,P1口和P3口完全满足要求,同时其内部具有2K 字节的程序存储空间,也能够满足运行倒计时器程序所需的存储空间需要。下图所示为基于89C2051 单片机的交通信号倒计时器硬件原理图

图2 交通信号倒计时器硬件原理图

为了提高系统的稳定性和可靠性,单片机的输入端连接有光耦,光耦是以光为媒介来传输电信号的器件。当输入端加电信号时发光器发出光线,受光器接受光线之后就产生光电流,从输出端流出,从而实现了“电—光—电”转换。它的主要优点是单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长,传输效率高,可以有效的避免干扰信号对单片机的影响,使系统运行更加稳定。

3 系统的软件实现的方案

本系统红、绿倒计时的初值是依据主信号控制机有规律的供电长度所判断设定的,系统的主要功能是完成对供电时间长度的检测并记录,然后以每一步的时间长度值作为倒计时的初值。黄闪的长度则根据国家标准统一设为四秒。主信号控制机的一个循环周期一般都是先输入的灯色态为红色,接着输入的灯色态为黄色,然后输入的绿色灯态,并在绿色灯状态输入结束后则认为是一个交通信号控制周期的结束。因考虑到时间的准确性,一般都是进行两个周期的检测后,然后再把本控制周期的各个步伐的运行时间长度和灯色状态存入到显示数据缓冲区等待下次再运行相同的控制方案,并作为倒计时的初值进行倒计。

本系统处理主信号控制机输入供电长度的函数如下:

void init(int i ,int j, int *rtime, int *gtime)/* 主要功能是完成倒计时初值的检测和记录*/

{

while(r_bit == 0&& g_bit !=0)/*当前的灯色状态为红色*/

{

j_hour = j / 10; /*取十位*/

j_min = j % 10; /*取个位*/

p1_h = TAB[j_hour] & 0xf0;

p1_ l = TAB[j_min] & 0x0f;

P1 = p1_h | p1_l; /*显示采集的数值*/

Delay_1s (); /* 1s的定时*/

j ++;

*rtime = j;/*记录红色倒计时的初始值*/

……

}

void main()

{

while( ( y_bit == 0 || r_bi t== 0 || g_bit == 0 ) && count < 2 )/*对主信号控制机的电位长度进行两次检测*/

{

init(0,0,&r_time, &g_time);

count ++;

}

……

}

设计软件时由于考虑到其通用型的功能,对于不同型号的主控机,可能因其芯片采用的频率不同,导致所记时间与主控机显示控制时间有所出入,但并不影响系统的整体运行,并在工程实践中表明这些方法都是可行的。同时由于自身电路的局限,工业现场的环境干扰,该产品的精度有待于提高。

4 结束语

交通信号倒计时器是城市智能交通重要组成部分。用单片机来实现交通灯的控制, 开发方便, 实用性好, 可靠性高,成本低。本系统是根据一般主控信号机驱动模式来设计的, 具有很好的通用型。在实际应用中, 也可根据具体情况, 参照本设计作适当修改, 也可以加入更多智能化技术。

参考文献:

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[5] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].高等教育出版社.2006.01.

作者简介: 高向革(1984-),男,山东济宁,硕士研究生,从事电路与系统领域研究。

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