基于新型规则的可编程交通控制系统设计

本系统由单片机系统、键盘、LCD显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。

系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、语音提示、LCD信息显示、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。

一 方案设计与论证：

1 电源提供方案

为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案

方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。

方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。

综上所述，我们选择第二种方案。

2 显示界面方案

该系统要求完成倒计时、信息提示等功能。基于上述原因，我们考虑了三种方案：

方案一：完全采用LCD显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。

方案二：完全采用点阵式LCD显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。


方案三：采用LED与点阵LCD相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有汉字信息提示及图形输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用LED与LCD分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。

权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。

3 输入方案：

题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理，我们讨论了两种方案：

方案一:采用8155扩展I/O口及键盘，显示等。该方案的优点是：

使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。

方案二： 采用ZLG7289来控制键盘及数码管显示。由于7289是串行控制方式，有专用的命令字，控制起来简单，且占用较少口线。其电路图如图（1）。

由于该系统对于交通灯及LCD的控制，只用单片机本身的I/O口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。



8155与单片机接口            

4 交通灯演示方案：
采用在面板上焊接三色发光二极管模拟交通红绿灯，以发光二极管拼出小人状（并闪烁）/箭头状作为人行提示/左右转提示，简单明了；且实现简单，清晰明了。

二．系统设计

1 总体设计

⑴系统总框图如下：





⑵模块说明

※ 1键盘控制电路：2×8键盘，由单片机外接ZLG7289控制。

※ 2单片机最小系统：系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作。

※ 3 LCD显示模块：用以显示提示信息，如天气、路况等，接口电路简单，由单片机控制。

※ 4 LED显示（倒计时）模块：由单片机外接ZLG7289控制，经排线与交通灯演示模块相连，用以显示交通灯倒计时时间。

※ 5 控制接口电路：用于连接单片机系统与交通灯演示模块，该电路含74ls139(二四译码器)、74ls373（数据锁存器），可使交通灯正常工作。

※ 6交通灯演示模块:演示系统的工作情况。该模块主要由发光二极管构成

※ 7语音提示模块：采用现成的2532-120单段录放板（可录音及重复播放），用以完成语音提示。            
               
⑶交通灯各状态说明：

交通灯在通常工作条件中有五种状态：绿灯＋人行道（S1）;绿灯＋右转（S2）；黄灯（S3）;红灯＋左转（S4）;红灯（S5）五种状态。

*状态说明：

(S1)绿灯＋人行道：车辆前行；行人可通过人行道；

(S2)绿灯＋右转：车辆可向前、向右行驶。

(S3)黄灯：过渡状态。

(S4)红灯＋左转：车辆向左行驶；但不能前行。

(S5)红灯：禁止通行与转弯。

注：红黄绿等均为前行方向的信号指示灯，济南较大路口均为此种设计，只是左转、人行无红灯指示。

*状态图:



*真值表：（注：R、G、Y、L、Rt、M分别表示红灯、绿灯、黄灯、左转、右转、人行道灯）



本系统还设计了应急况处理；在紧急情况下，设置交通灯状态为：

保留: 北 西 东 南

※ 全红：东南西北所有方向禁止通行。

※ 南北红、东西绿：南北方向禁行；东西方向通行。

※ 东西红、南北绿：东西方向禁行；南北方向通行。            
               
2 各模块设计：

(1).单片机及键盘控制模块

单片机采用89C52，其中有8K程存可用。对交通灯的控制主要用其中的计数器定时来完成。一方面要完成对各模块的控制，另一方面也要协调好各模块的时序及口线冲突问题。

键盘采用7289串行控制，其电路图如图（1）所示。共采用8个按键：数字键0-9，时间设置键，回车键，紧急情况控制键，模式转换键，手动控制键及恢复键。时间设置可分别设计各方向的通行时间，其设置的时间应符合以下公式：

Tr1=Tg2+Ty2+Tl2+Tl1

Tg1=Tm1+Trt1

Tr2=Tg1+Ty1+Tl1+Tl2

Tg2=Tm2+Trt2

模式转换功能为根据交通状况切换到预先设定好的通行时间模式，或切换回原来模式。手动控制为手动控制各个方向的通行时间，具有灵活的特性。恢复键是从紧急状态或手动控制状态返回正常状态。



图（1）

（2）.LCD和LED显示模块

LED用来实现倒计时功能，可直接从7289的接口上接过来。其控制较为简单。

LCD用来显示提示信息及在时间设置时的提示功能。其电路图如图（2）所示。



图（2）

（3）交通灯演示模块

交通灯用发光二极管代替，因为P2口过一段时间后其值会发生变化，故采用P2口加锁存器和P3口一起来控制。其电路图如图（3）。



图3