摘要：在城市现代化发展过程中，交通拥堵问题非常严重。本文主要是研究智能控制交通灯，系统核心控制器为单片机，形成集车流量采集处理和自动化控制的闭环系统，采用仿真设计，模拟交通控制系统，同时显示倒计时、检测和调整车流量等，有效处理交通事故。
关键词：单片机；智能控制交通灯；应用研究
1、总体方案设计
此次设计的交通灯控制系统，主要是以单片机为核心，通过车流量检测电路，对不同方向的车流量大小进行检测。由于主干道位于十字路口，且各个干道均有交通指示灯，以此确保车辆安全通行。该设计方案通过单片机和外围器件组成最小控制系统，将发光二极管划分为两组。四个方向路口车行道的交通指示灯、人行道交通指示灯组成信号灯指示模块，四个液晶显示屏显示倒计时。通过车流量检测传感器，可以对流量数据进行采集，光敏传感器可以获取违规信号。采用按键组成时间设置、紧急按钮和模式选择按钮，同时应用蜂鸣器报警。
2、系统硬件电路设计
此次系统设计将单片机作为核心，以此组成集车流量采集、处理和自动化控制的闭环控制系统。系统硬件电路组成包括按键、交通信号灯、违规电路、车流量检测电路、蜂鸣器和单片机。
2.1车流量检测电路
将地质线圈安装在车辆等待线的前方和后方，当车辆通过线圈时，车辆车身铁质会改变线圈磁通量，导致线圈回路电感量改变，按照监测的电感量所致电流变化，采用检测放大电路处理，可以显示出车辆通过情况，同时对某段时间段的车流量大小进行统计。
2.2违规检测电路与模拟
在红灯和黄灯之间时，车辆禁止通行。通过超声波车辆传感器，可以检测违规的车辆、然而，由于受到应用环境影响，此次系统设计应用普通光敏二极管，设计思想如下：在停车线上安装光敏二极管，当车辆通过时，会遮住光敏二极管，此时光敏二极管不导通。单片机检测该信号之后，会执行警报操作。
系统设计中不仅应用光敏二极管，还应用三极管，选择9031型三极管。光敏二极管的开关特性比较差，因此需要将三极管添加到电路中，以此充当开关。在导通情况下，光敏二极管电阻可以达到0.5kΩ~1kΩ，因此在设计期间，需要联合光敏二极管和电源，同时发挥出三极管的隔直效果。在关闭光敏二极管后，三极管基极为低电平，此时发射基和基极电压为零，关断三极管，检测口电压变为高电平。当导通光敏二极管时，三极管基极电力为高电压，此时发射基和基极电压为高电平，导通三极管，检测口电压变为低电平，此时就可以检测车辆是否违规。
2.3电源电路
电源应用稳压电源电路，持续输出+5V直流电压，IC应用高度集成稳定器的三端稳压器。如果输出电流比较大时，则稳压器需要与散热板相连接。系统的交流电电源为220V，应用5V适配器滤波之后，在固定式三端稳压器的GND与Vin两端可以形成低稳定性直流电压。该直流电压通过稳压器稳压与电容滤波处理后，可以在稳压电源输出段形成良好稳定度、高精度的直流输出电压。
2.4红绿灯显示电路
交通指示灯的基本功能在于显示信号灯，每个路口均需要配置红灯、黄灯和绿灯，将发光二极管划分为两组。四个方向路口车行道的交通指示灯、人行道交通指示灯组成信号灯指示模块。该系统应用P0口，输出液晶屏数码管的段选信号；将P1作为南北方向、东西方向的车行道信号灯控制信号；将P2作为人行道洗脑等控制信号、数码管位选信号。
2.5倒计时显示电路
倒计时显示系统的功能在于对红灯、黄灯、绿灯的延时时间进行倒计时，为车辆提供通行型号。系统设计选择7段数码管作为显示设备，且不同路口设置2个数码管，其中一个显示个位，另一个显示十位，采用动态扫描方式。系统倒计时通过软件系统实现。
2.6蜂鸣器电路
该系统设计应用普通型蜂鸣器，蜂鸣器通过三极管实现驱动控制。与单片机的引脚连接后，输出低电平，此时三极管导通，蜂鸣器发生声响。与单片机的引脚连接后，输出高电平，此时三极管截止，蜂鸣器声响停止。下图为连线图。违规信号传感器、紧停按钮与外部中断引脚相联合，P3.6可以获取低电平，进入到中断状态。中断程序可以将蜂鸣器端口设置为0，此时就会发出蜂鸣声响。按下恢复键之后，关闭蜂鸣返回。
图3蜂鸣器电路连线图
2.7按键控制电路
在本次系统设计中，分别设置S1、S2、S3键，其中，S1键为系统输入模式，划分为红绿灯时间设置、红绿灯时间自动；S2键属于违规信号和紧停按键；S3为复位键。当按键一端接地之后，另一端与拉电阻相连接，低电平有效；当按下端口接地，单片机可以获取低电平，以此获知输入信息。
3、系统软件程序设计
该系统的控制程序划分为不同模块，键盘设置处理程序、消抖动延时程序、红绿灯控制程序、次状态判断处理程序、LED显示程序、中断服务子程序、违规与紧停判断程序、红绿灯时间调整程序、车流量计数程序。
3.1延时子程序
单片机的1秒延时方法如下：第一，通过单片机内部定时器溢出中断，明确1秒时间；第二，通过软件延时，明确1秒时间。
3.2紧急车辆子程序
在此次系统设计中，应用INT0、T0两个中断服务例程。其中，INT0在紧急车辆通行时，不同方向路口都亮起红灯；T0在执行倒计时子程序时，能够确保数码管精确倒计时。
第一，优化设计紧急车中断程序例程。下图为中断服务例程流程图。
图4 中断服务例程流程图
第二，优化设计定时器T0中断服务例程。该系统设计的计数器和定时器0应用工作方式1，计数初值后，将初值转化为十六进制数，高八位装设到TH0中，低八位装设到TL0中。
4、结束语
综上所述，该系统的核心控制器为单片机，可以提升系统稳定性与可靠性，同时可以简化系统调试与维护。此外，系统应用车流量检测系统，实现红绿灯显示的动态化，以此确保十字路口通车的畅通性，减少红绿灯固定显示时间所致不便。应用外部中断技术，可以使紧急车辆计时通过。交通灯选择大型号指示灯，传感器的实现难度小。在后续应用中，还应当进一步完善系统功能。
参考文献
[1]莫有印,王少杰,阳泳.基于嵌入式系统的智能交通灯控制系统的设计与论述[J].电子世界,2016,14(18):107-108.
[2]邹智恒,钟靓,刘含超,张科,白宇,邓皓云.基于单片机的十字路口交通灯控制系统设计[J].机械研究与应用,2019,32(05):157-159.
[3]刘国进.具有语音播报功能的新型智能交通灯控制电路设计[J].通信电源技术,2019,36(02):163-164.
[4]李晓芳,马野,蔡畅.基于单片机的交通信号灯控制系统设计与仿真[J].科技创新导报,2019,16(02):89-90.
[5]李业德,郭杰,曹纯子.基于嵌入式系统的智能交通灯管理系统的设计[J].信息技术与信息化,2018,05(11):53-54.