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摘要：交通信号灯控制电路是交通信号灯的重要组成部分。本系统以单片机STC89C51为控制核心，包括数码管显示电路，按键接口电路，车流量测量电路，报警电路，电源节能电路等部分，通过控制单片机来实现交通控制。实现了倒计时数码管显示、键盘识别、车流量读取和车流量控制等多种功能，并且使用节能电路实现了环保节能等目的。
关键词：STC89C51单片机; 数码管显示电路; 按键接口电路; 节能电路
1 绪论
在近代社会中，交通已经是整个城市经济活动的命脉，交通控制和管理的意义是对交通系统中的人、车、路和环境进行管理，合理的对交通流进行引导、限制、组织和指挥，以保障交通安全、有序和畅通[1]，用单片机来设计交通信号控制器，具有价廉、安全、实用等优点。本文介绍的交通控制器电路的设计主要由单片机、数码管显示器等配件构成;运行流畅，环保，运行成本低，同时交通灯可以智能指挥交通。
2 总体设计方案与比较
2.1 方案设计
方案一：此方案采用数码管、LED灯、太阳能板、锂电池、单片机、红外传感器D80NK等部分组成。按键设置交通灯的工作模式，根據工作模式单片机开始工作。红外传感器将车流量转换成电流或者电压信号，单片机根据相应的信号设置LED数码管倒计时显示和LED灯的倒计时时间。蜂鸣器的作用是交通灯出现故障时报警。太阳能板会将太阳能转换成电能储存在锂电池中供交通灯使用。
方案二：此方案采用液晶显示屏、LED灯、太阳能板、蓄电池、单片机、发光二极管与光敏二极管等部分组成，按键设置交通灯的工作模式，根据工作模式单片机开始工作。发光二极管与光敏二极管将车流量反馈到单片机中，单片机根据车流量设置液晶屏幕相应的显示和LED灯的倒计时时间，太阳能板会将太阳能转换成电能储存在锂电池中供交通灯使用[2]。
2.2 方案比较与选择
方案一：采用红外传感器不仅减少耗电量而且精确度高，可根据车辆与红外的距离精确判断车辆的数量，易于编程，但价格较贵。数码管编程简单易控制，稳定性好。
方案二：采用发光二极管与光敏二极管，价格较便宜，但是易受光照干扰。液晶显示屏样式新颖，可以显示诸多信息字幕，但是稳定性差易损坏，耗电量大价格昂贵。
根据上述所示，方案一与方案二各有优缺点。根据交通的重要性，我们需要一个稳定可靠易于操作的系统，所以方案一为最佳方案。
2.3 系统工作的基本原理
交通灯控制电路由单片机、数码管显示电路、交通测量电路、节能电路等组成，将程序输入到单片机中与硬件结合起来实现交通灯电路控制功能。
系统的主控芯片为STC89C51单片机，车流量检测电路采用红外传感器D80NK，将每分钟通过的行车数量的电路信号传到单片机中，单片机会自动设置相应的工作模式[3]。LED数码管驱动电路受单片机控制，根据相应的工作模式来设置数码管工作状态。红外传感器在距离斑马线10米处检测车流量。通过红外传感器到车的距离变化频率来判断车流量。LED灯点亮时间主要通过单片机工作模式来设定，当车流量少时，交通灯转换时间间隔较长，数码管倒计时会相应变化。用按键设置工作模式和复位系统，当夜晚车流量少时可通过按键来设置成夜间工作模式即黄灯一直闪烁，白天通过按键来设置成白昼模式从而实现交通控制。
3 系统硬件电路设计
3.1 单片机的最小系统
节能交通灯控制电路采用单片机作为系统核心，用软件设置省电模式。在夜间模式下CPU可以暂时停止工作，而RAM定时计数器可继续工作，从而达到省电的目的，但当外部中断被激活或硬件复位时可唤醒CPU。硬件复位电路实现电路复位功能，当运行出错时可恢复到初始状态起到保护功能。
3.2 车流量检测电路
车流量检测电路主要以红外传感器为核心元件。红外传感器由发光器件和接收器件组成。发光器件对发射光进行调制后发出，由接收器件对反射光进行解调输出。当电源导通时发光器件被点亮发出光信号。当有信号反射回来时，光敏三极管受到光的激发后导通并产生相应电信号[4]。
3.3 电源电路的设计
方案一：采用电池进行供电，操作简单。缺点是浪费能源，当电量不足时，系统不稳定易造成交通灯无法正常运转。
方案二：采用太阳能板进行供电，易操作、环保节能。缺点是电压不稳定，太阳能光不充足时会造成系统供电不足导致交通系统无法正常运转。
方案三：采用太阳能板与电池结合，利用太阳光给电池充电来满足电池的长期供电而不馈电，稳定且环保。
经过上述三个方案的比较，方案三为最佳方案。原理是通过太阳能板，经过稳压电路成为输出为+5V的直流电，其中稳压电路包括78L12模块和78L05模块，分别将电压转化为12V和5V电压，12V电压的作用是充电，5V电压的作用是供能。
4 系统的软件设计
基于单片机的交通灯系统包括主程序、夜间模式程序、南北通行模式程序、东西通行模式程序、紧急模式程序、通行时间设置模块程序等。根据实际需要，下位机软件主程序由若干模块组成：自检与初始化模块、数据发送/接受中断服务程序模块、数据采集模块、数据处理模块，各部分既相互独立又相互联系。
该控制电路主要通过键盘扫描、红外传感器扫描实现将外部信息传递给单片机的功能[5]，通过单片机中的程序来控制外部交通灯的亮灭时间和数码管的显示时间。该控制器不仅能智能自控调节时间，还可以操作键盘来控制交通灯，单片机一直在循环检测车流量和扫描键盘。
5 结论
本系统用单片机作为控制核心具有可大规模复制生产、安全可靠稳定等优点。实现了按键识别、LED数码管倒计时显示、LED交通灯显示、车流量检测和节能环保供电等多种功能。使用LED数码管和LED灯更加节约能源和保障系统持久稳定的工作。太阳能板与电池的结合代替了传统的电池供电，使得该系统更加环保、新颖、有发展潜力。当然在设计中还存在一些不足，像人行通道的人流量检测和控制、急救车等特殊事情的智能检测和处理设计等，这些会在以后的研究中使其更加的科学、合理，达到自动控制、节约资源的目的。
参考文献
[1] 陈峻， 徐良杰， 朱顺应等. 交通管理与控制[M]. 北京： 人民交通出版社， 2012.
[2] 李杰， 王富， 何雅琴. 交通工程学[M]. 北京： 北京大学出版社， 2010.
[3] Bing Liu，Tao Wu. Design and Application of Single Chip Microcomputer in SCR Light Regulation Circuit[J]. Applied Mechanics and Materials， 2013， 2754（431）.
[4] Min Ji，Jing Feng He. The Design of Ward Calling System Based on SCM[J]. Applied Mechanics and Materials， 2014， 2948（496）.
[5] 谢宜仁. 矩阵式键盘接口技术. 北京： 机械工业出版社， 2011.
关键词：STC89C51单片机; 数码管显示电路; 按键接口电路; 节能电路
1 绪论
在近代社会中，交通已经是整个城市经济活动的命脉，交通控制和管理的意义是对交通系统中的人、车、路和环境进行管理，合理的对交通流进行引导、限制、组织和指挥，以保障交通安全、有序和畅通[1]，用单片机来设计交通信号控制器，具有价廉、安全、实用等优点。本文介绍的交通控制器电路的设计主要由单片机、数码管显示器等配件构成;运行流畅，环保，运行成本低，同时交通灯可以智能指挥交通。
2 总体设计方案与比较
2.1 方案设计
方案一：此方案采用数码管、LED灯、太阳能板、锂电池、单片机、红外传感器D80NK等部分组成。按键设置交通灯的工作模式，根據工作模式单片机开始工作。红外传感器将车流量转换成电流或者电压信号，单片机根据相应的信号设置LED数码管倒计时显示和LED灯的倒计时时间。蜂鸣器的作用是交通灯出现故障时报警。太阳能板会将太阳能转换成电能储存在锂电池中供交通灯使用。
方案二：此方案采用液晶显示屏、LED灯、太阳能板、蓄电池、单片机、发光二极管与光敏二极管等部分组成，按键设置交通灯的工作模式，根据工作模式单片机开始工作。发光二极管与光敏二极管将车流量反馈到单片机中，单片机根据车流量设置液晶屏幕相应的显示和LED灯的倒计时时间，太阳能板会将太阳能转换成电能储存在锂电池中供交通灯使用[2]。
2.2 方案比较与选择
方案一：采用红外传感器不仅减少耗电量而且精确度高，可根据车辆与红外的距离精确判断车辆的数量，易于编程，但价格较贵。数码管编程简单易控制，稳定性好。
方案二：采用发光二极管与光敏二极管，价格较便宜，但是易受光照干扰。液晶显示屏样式新颖，可以显示诸多信息字幕，但是稳定性差易损坏，耗电量大价格昂贵。
根据上述所示，方案一与方案二各有优缺点。根据交通的重要性，我们需要一个稳定可靠易于操作的系统，所以方案一为最佳方案。
2.3 系统工作的基本原理
交通灯控制电路由单片机、数码管显示电路、交通测量电路、节能电路等组成，将程序输入到单片机中与硬件结合起来实现交通灯电路控制功能。
系统的主控芯片为STC89C51单片机，车流量检测电路采用红外传感器D80NK，将每分钟通过的行车数量的电路信号传到单片机中，单片机会自动设置相应的工作模式[3]。LED数码管驱动电路受单片机控制，根据相应的工作模式来设置数码管工作状态。红外传感器在距离斑马线10米处检测车流量。通过红外传感器到车的距离变化频率来判断车流量。LED灯点亮时间主要通过单片机工作模式来设定，当车流量少时，交通灯转换时间间隔较长，数码管倒计时会相应变化。用按键设置工作模式和复位系统，当夜晚车流量少时可通过按键来设置成夜间工作模式即黄灯一直闪烁，白天通过按键来设置成白昼模式从而实现交通控制。
3 系统硬件电路设计
3.1 单片机的最小系统
节能交通灯控制电路采用单片机作为系统核心，用软件设置省电模式。在夜间模式下CPU可以暂时停止工作，而RAM定时计数器可继续工作，从而达到省电的目的，但当外部中断被激活或硬件复位时可唤醒CPU。硬件复位电路实现电路复位功能，当运行出错时可恢复到初始状态起到保护功能。
3.2 车流量检测电路
车流量检测电路主要以红外传感器为核心元件。红外传感器由发光器件和接收器件组成。发光器件对发射光进行调制后发出，由接收器件对反射光进行解调输出。当电源导通时发光器件被点亮发出光信号。当有信号反射回来时，光敏三极管受到光的激发后导通并产生相应电信号[4]。
3.3 电源电路的设计
方案一：采用电池进行供电，操作简单。缺点是浪费能源，当电量不足时，系统不稳定易造成交通灯无法正常运转。
方案二：采用太阳能板进行供电，易操作、环保节能。缺点是电压不稳定，太阳能光不充足时会造成系统供电不足导致交通系统无法正常运转。
方案三：采用太阳能板与电池结合，利用太阳光给电池充电来满足电池的长期供电而不馈电，稳定且环保。
经过上述三个方案的比较，方案三为最佳方案。原理是通过太阳能板，经过稳压电路成为输出为+5V的直流电，其中稳压电路包括78L12模块和78L05模块，分别将电压转化为12V和5V电压，12V电压的作用是充电，5V电压的作用是供能。
4 系统的软件设计
基于单片机的交通灯系统包括主程序、夜间模式程序、南北通行模式程序、东西通行模式程序、紧急模式程序、通行时间设置模块程序等。根据实际需要，下位机软件主程序由若干模块组成：自检与初始化模块、数据发送/接受中断服务程序模块、数据采集模块、数据处理模块，各部分既相互独立又相互联系。
该控制电路主要通过键盘扫描、红外传感器扫描实现将外部信息传递给单片机的功能[5]，通过单片机中的程序来控制外部交通灯的亮灭时间和数码管的显示时间。该控制器不仅能智能自控调节时间，还可以操作键盘来控制交通灯，单片机一直在循环检测车流量和扫描键盘。
5 结论
本系统用单片机作为控制核心具有可大规模复制生产、安全可靠稳定等优点。实现了按键识别、LED数码管倒计时显示、LED交通灯显示、车流量检测和节能环保供电等多种功能。使用LED数码管和LED灯更加节约能源和保障系统持久稳定的工作。太阳能板与电池的结合代替了传统的电池供电，使得该系统更加环保、新颖、有发展潜力。当然在设计中还存在一些不足，像人行通道的人流量检测和控制、急救车等特殊事情的智能检测和处理设计等，这些会在以后的研究中使其更加的科学、合理，达到自动控制、节约资源的目的。
参考文献
[1] 陈峻， 徐良杰， 朱顺应等. 交通管理与控制[M]. 北京： 人民交通出版社， 2012.
[2] 李杰， 王富， 何雅琴. 交通工程学[M]. 北京： 北京大学出版社， 2010.
[3] Bing Liu，Tao Wu. Design and Application of Single Chip Microcomputer in SCR Light Regulation Circuit[J]. Applied Mechanics and Materials， 2013， 2754（431）.
[4] Min Ji，Jing Feng He. The Design of Ward Calling System Based on SCM[J]. Applied Mechanics and Materials， 2014， 2948（496）.
[5] 谢宜仁. 矩阵式键盘接口技术. 北京： 机械工业出版社， 2011.