基于信号校验技术的单片机交通灯控制终端

统需要在收到警报信号后发出警报并持续一段时间，而且在重复收到警报信号后要启动备用控制器。

3.1 核心模块

核心模块包含两片单片机，其中单片机U1为主控制单片机，单片机U2为信号校验单片机，主控制单片机负责通信、显示等功能，信号校验单片机负责校验主控制单片机的信号是否合理(详见本文5软件设计一节)。U1的信号灯显示信号通过P2口输出，输出的信号同时接入锁存器74HC573的输入端和U2的P2口中，U2的P2口作为输入口，读取U1输出的交通灯显示信号，对其进行合理性校验。锁存器74HC573的锁存控制端LE接U2的P1.0口，如果U2校验了U1输出的信号没有问题后，P1.0会输出高电平并延时一段时间以打开74HC5 73锁存端，让显示信号输入锁存器。同时，U2的P1.1口经非门接U1的复位引脚，如信号校验不通过，则在P1.1口输出低电平复位U1，如U2复位则不会造成U1误复位。锁存器的输出端接信号灯，这里用16个发光二极管模拟信号灯，对侧信号灯分为一组，两组信号灯八个引脚分别接入锁存器的八个输出端。锁存器的输出端同时又接U1的P0口，如果U1因为运行的问题复位后，在程序初始化后通过读取P0口状态获取当前信号灯显示的状态，然后从当前状态开始循环运行，不至于造成信号灯显示混乱。U1的串口通信引脚P3.0和P3.1可根据实际运用接外部通信模块，包括串口通信模块或蓝牙通信模块，实现通信功能。核心模块电路图如图2所示。

3.2 警报模块

为保证系统的稳定性，警报模块运用最简单的RC延时电路，以实现在收到持续时间很短的单片机警报信号后，能够保持发出警报。模块设计延时为5 s，此处用LED代替警报灯及时间继电器等警报器件。若警报模块收到警报信号，则会持续报警5 s;如单片机出现故障持续输出警报信号，两次信号的时间间隔小于5 s，则模块持续报警，报警持续设定时间后时间继电器动作，跳开当前系统，切换备用交通灯控制器。警报模块电路图如图3所示。

4 软件设计

根据方案设计要求和硬件电路，单片机1中为控制程序，单片机2为信号校验程序，采用C语言为单片机编写程序。

4.1 控制程序

为了防止程序跑飞，启用单片机的看门狗寄存器，单片机在初始化或复位后，会向智能控制系统发送信号来获取当前的绿灯时长信号。单片机通过读取P0口的状态，确定当前信号灯运行的状态系数a，然后跳转到相应状态开始循环运行，如果信号灯处于初始状态时，则顺序运行，这样可保证单片机复位后立刻返回当前状态继续循环运行。流程图如图4。

在一个周期内交通灯信号变化6次，每种状态根据相应时长用嵌套延时语句进行延时，同时，在每秒的嵌套语句开始都对看门狗计时器清0(喂狗)。

单片机和智能控制系统的通信包括发送车流量信息和接收绿灯时长。单片机在收到智能控制系统的请求数据信号0xff后，会将T0计数器记录的车流量数据发送给智能控制系统。如果单片机收到的数据不是0xff，则识别此数据为绿灯时长数据。每次智能控制系统会发送4个绿灯的时长数据，单片机接到全部4个数据后对其合理性进行校验。如果4个数据都在预设的范围内，则为合法数据，单片机将其装入显示时间数组中;如果存在非法数据，则将4个数据全部舍弃。这样设计是为了防止智能控制系统紊乱或者被入侵而造成交通瘫痪等严重后果。如单片机一直不收到数据请求信号或时长数据，则交通灯控制终端会一直按照现有的时长数据正常循环运行。

4.2 信号校验程序

信号校验单片机是为了防止主单片机的I/O口输出紊乱造成交通灯信号错误而设置的，主要是对控制单片机输出信号进行有效性校验，校验无误后再显示。同时为了防止信号校验单片机出错，启动看门狗寄存器，并且在单片机初始化时会置P1.2高电平延时0.5 s来启动警报电路，这样如果信号校验单片机跑飞复位，警报信号亦会动作。信号校验流程图如图5。

信号校验单片机只有在检测到显示信号发生变化后才会去判断信号是否正常，由于两次信号变化的时间间隔很长，这样可以保证信号变化时单片机U2正处于判断信号相同循环中，74HC573处于不可写入状态，防止未经校验的信号写入锁存器。

当单片机校验到显示信号不正常时，会输出低电平复位控制单片机，并启动警报电路。如果显示信号一直不正常，则警报电路会持续收到警报信号报警，持续一段时间后时间继电器动作切换备用控制器。如果控制单片机因为看门狗复位，则信号校验单片机同样会检测到然后启动警报电路。

5 系统调试

按设计把硬件环境搭建出来后，通过在正确程序中加入while(1)语句模拟单片机跑飞，单片机I/O口飞线高低电平来强制拉高或拉低单片机I/O电平模拟单片机