基于51单片机的智能交通灯设计（带车流量计数和蜂鸣功能）

需要源码和原理图及其他资料请自行下载：
智能交通灯

一、引言

  当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

  现代的电子技术高速发展，产生了一大批先进的电子类产品。尤其是单片机的发展异常迅速。由于单片机的特殊结构形式，在某些应用领域中，它承担了一些通用的微型计算机无法完成的工作，它是一种高性能，低价格的处理器。集成度高，体积小，可靠性高，控制功能强，电压低。由于单片机具有这些特点，在人类的生活应用中得以十分广泛。

  本文便是以单片机为主体，外设电路为基本，设计出了一款高效、可用性强、可靠性高的交通灯电路。

二、系统方案

交通灯控制系统就是利用单片机控制数码管和LED，用来模拟真实交通灯功能。

  阶段1：东西主干道通车时绿灯常亮，南北次干道红灯常亮

  阶段2：东西方向通车时间过了之后，东西方向由绿灯转为黄灯并闪烁，南北方向仍保持红灯常亮；

  阶段3：当南北红灯倒计时结束，即刻转换为绿灯常亮，此时东西方向由黄灯闪烁转为红灯常亮；

  阶段4：南北方向通行时间过了之后，南北方向由绿灯转为黄灯并闪烁，东西方向仍保持红灯常亮；

  阶段5：当东西红灯倒计时结束，即刻转为绿灯常亮，此时南北方向由黄灯闪烁转为红灯常亮，此时回到阶段1。

可改变红绿灯倒计时时间因素：车流量和特殊状况

  case1：当东西方向绿灯通行时间为20时，南北红灯禁止通行时间为25时（因为当东西绿灯倒计时结束后，要有5秒的黄灯闪烁时间，所以南北红灯的禁止通行时间为25秒），我们用红外模块来模拟路口车流状况，当南北方向出现车流时，默认为闯红灯，此时蜂鸣器鸣叫；当东西方向出现车流时，自动进行车流计数，此时又分两种情况：

    case1-1：通车数量未超过东西默认通行时间的一半（20÷2=10）时，下一个周期回来保持红绿灯通行时间不变。

    case1-2：通车数量超过东西默认通行时间的一半（20÷2=10）时，下一个周期回来绿灯通行时间会＋5秒，红灯禁止通行时间也会在原来默认情况下＋5秒。

  case2：若始终无任何车辆经过，东西和南北方向通行时间逐阶段递减5秒，直至通行时间到达15时，停止递减，维持现状。

三、单片机介绍

单片机数据手册：AT89C51

四、硬件设计

4.1 晶振与复位电路

该部分我将晶振电路与复位电路融合在了一起，使电路更简洁。

晶振部分：

51单片机允许的晶振晶体可在1.2-24MHz之间选择，典型值有6MHz、11.0592MHz、12MHz。电容C1和C2作用是稳定振荡频率和快速起振，电容的取值会对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路的起振速度有一定影响，取值范围：20-100pF，典型值为30pF。

复位部分：

单片机在运行中由于本身或外界干扰的原因会导致出错，此时可以使用按键复位，使单片机恢复初始状态。

4.2 P0口驱动电路

在介绍P0口驱动电路之间，我们需要了解两个概念：

双向口：单片机的I/O口为了提高接口的驱动能力，具有由场效应管组成的输出驱动器。当驱动器场效应管的漏极具有开路状态时，该口就具有高电平、低电平和高阻抗3种状态，称为双向口。

准双向口：单片机I/O口的输出场效应管的漏极接有上拉电阻，该口具有高电平、低电平两种状态，称为准双向口。

单片机的P0-P4口内部结构如图：

内部结构图：

参考：姜志海 赵艳雷 陈松 单片机的C语言程序设计与应用-基于Proteus仿真（第3版）

而P0口输出为漏极开路式，因此需要外接上拉电阻，阻值一般为5~10kΩ，本实验采用阻值为10kΩ的上拉电阻。

驱动电路如下：

其中：74HC245是兼容TTL器件引脚的高速CMOS总线收发器，典型的CMOS型三态缓冲门电路，八路信号收发器。由于单片机的数据/地址/控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。其主要应用于大屏显示，以及其它的消费类电子产品中增加驱动。

芯片引脚图如下：

这里给出数据手册：74HC245

4.3 数码管和LED显示电路

4.4 按键部分

4.5 完整电路原理图

五、软件设计

主程序流程图：

六、仿真结果

6.1 东西绿灯，南北红灯

6.2 东西黄灯闪烁，南北红灯

6.3 仅东西方向通行

6.4 仅南北方向通行

6.5 夜间通行

6.6 禁止通行（特殊情况）