基于信号校验技术的单片机交通灯控制终端

摘要：根据区域协调型智能交通系统的要求，设计了基于单片机控制的交通灯控制终端。交通灯控制终端与智能协调中枢控制系统进行通信，反馈车流量信息，并按照中枢系统的要求来控制红绿灯的工作。本终端采用双单片机信号校验的方式，配合看门狗的使用，纠正终端运行过程中可能发生的错误，并加入警报和自投入备用模块，在运行出错情况下发出警报，在设备故障情况下自投入备用控制器，保证路口交通安全稳定。

关键词：信号校验;单片机;看门狗;备用模块

智能交通系统一直是交通系统研究的一个重要方向，智能交通系统研究中一个重要的分支是统筹各路段的车流量信息，统一规划调控各路口的红绿灯时间来控制车辆通行，达到智能交通所需要的目的。

现阶段的交通灯控制终端一般采用PLC作为控制器，PLC稳定性好，编程和操作简单，在信号灯亮灯时长不变的交通灯控制中得到广泛应用。但是PLC通信复杂，参数更改不方便，灵活性差，并不能很好的满足智能交通系统对于交通灯控制终端的要求。

基于智能交通系统对于交通灯控制终端的特殊要求，提出了以单片机为控制核心的交通灯控制终端。单片机可编程性强，灵活性好，而且价格便宜，可以随时与智能协调中枢控制系统进行通信，并能在极短的时间内响应智能协调中枢控制系统的控制要求，实现交通灯控制时长的变化。

1 系统总体概况

智能交通系统的结构如图1所示，智能协调中枢控制系统(以下简称“智能控制系统”)与交通灯控制终端进行实时通信，交换红绿灯时长和车流量信息等数据，交通灯控制终端根据智能控制系统的要求来控制红绿灯工作。

本文设计的以单片机为控制核心的交通灯控制终端能够实时响应智能控制系统发出的信号，随时调整红绿灯时间，并能将车流量统计信息实时反馈给智能控制系统。智能控制系统发送给单片机的时间信号以及单片机输出的交通灯显示信号都会经过合理性校验，确保信息的合理性，保证交通路口通行安全。如控制单片机出现运行错误，系统可自复位并发出警报;如系统发生永久性故障，系统可自动切换备用控制器。

1.1 运行要求

十字路口交通灯系统中，每个路口有4个信号灯，分别为红、黄、直行、左行。十字路口的交通放行方式会随路口要求不同而不同，一般情况下，对侧路口红绿灯信号相同，整个路口红绿灯按照既定的工作顺序周期循环工作。

本系统采用最为典型的工作方式，其它情况只需要改变对应控制的灯即可。

1)每个方向的交通灯按智能控制系统设定的方式周期循环工作。

2)东西(南北)信号灯为黄灯或绿灯时，南北(东西)方向必须是红灯。

3)黄灯固定的工作时长为3 s;绿灯的工作时长由智能控制系统控制，单片机根据智能控制系统发送的绿灯时长来实时更改绿灯时长，在两组信号发送的间隔时间内按照上一组时间信号工作;每组红灯时长为另一只的绿灯时长加黄灯时长。

1.2 安全性要求

考虑到交通系统中，安全稳定是第一位，所以对于交通灯控制系统需满足安全要求;

1)如果智能控制系统遭到入侵或者瘫痪，交通灯控制系统必须保证交通灯能正常工作，不出现错误。

2)信号灯显示必须确保不会出现错误，如两个方向同时绿灯的情况。

3)如果单片机出现故障，必须保证交通灯信号不出现紊乱，并在短时间内投入备用控制终端，同时发出警报通知相关值班人员。

2 设计方案

虽然现在技术成熟，单片机抗干扰能力较强，但是单片机在实际工作中还是有一定几率出错，如程序跑飞，还有曾经遇到过的I/O口输出紊乱等问题。为了系统的安全稳定性，调用看门狗寄存器来纠正程序跑飞，同时加入一片单片机作为信号校验单片机来纠正I/O输出紊乱问题。故本系统采用两片AT89C51单片机作为核心器件，其中一片负责控制交通灯信号显示，另一片负责对显示信号进行校验。

控制单片机(U1)负责接收输入的绿灯时长信号和车流量计数信号，对绿灯时长进行合理性判断，进行车流量脉冲计数，输出控制信号灯的电平，并在收到智能控制系统请求车流量数据的信号后，将车流量数据反馈给智能控制系统。信号校验单片机(U2)负责对控制信号灯的显示信号进行合理性校验，包括校验两个路口的红绿灯是否矛盾以及绿灯时长是否合理，校验无误后允许信号灯接收电平信号做出改变;如果校验不通过，则保持之前信号灯信号不变，复位控制单片机，同时发出警报，如多次校验不通过，则断开当前整个系统(包括控制和校验)，投入备用信号灯控制器。

3 硬件设计

整个控制终端要和智能控制系统进行有线或无线通信，然后将数据发送给信号灯，信号校验单片机对信号进行校验后判断是否让信号灯变化，警报系