摘要：依据区域和谐型智能交通体系的要求，规划了依据单片机操控的交通灯操控终端。交通灯操控终端与智能和谐中枢操控体系进行通讯，反应车流量信息，并依照中枢体系的要求来操控红绿灯的作业。本终端选用双单片机信号校验的方法，合作看门狗的运用，纠正终端运转过程中可能产生的过错，并参加警报和自投入备用模块，在运转犯错状况下宣布警报，在设备毛病状况下自投入备用操控器，确保路口交通安全安稳。
关键词：信号校验;单片机;看门狗;备用模块
智能交通体系一向是交通体系研究的一个重要方向，智能交通体系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刻来操控车辆通行，到达智能交通所需求的意图。
现阶段的交通灯操控终端一般选用PLC作为操控器，PLC安稳性好，编程和操作简略，在信号灯亮灯时长不变的交通灯操控中得到广泛应用。可是PLC通讯杂乱，参数更改不便利，灵活性差，并不能很好的满意智能交通体系关于交通灯操控终端的要求。
依据智能交通体系关于交通灯操控终端的特殊要求，提出了以单片机为操控中心的交通灯操控终端。单片机可编程性强，灵活性好，并且价格便宜，可以随时与智能和谐中枢操控体系进行通讯，并能在极短的时刻内呼应智能和谐中枢操控体系的操控要求，完成交通灯操控时长的改动。
1 体系整体概略
智能交通体系的结构如图1所示，智能和谐中枢操控体系(以下简称“智能操控体系”)与交通灯操控终端进行实时通讯，交流红绿灯时长和车流量信息等数据，交通灯操控终端依据智能操控体系的要求来操控红绿灯作业。
本文规划的以单片机为操控中心的交通灯操控终端可以实时呼应智能操控体系宣布的信号，随时调整红绿灯时刻，并能将车流量计算信息实时反应给智能操控体系。智能操控体系发送给单片机的时刻信号以及单片机输出的交通灯显现信号都会经过合理性校验，确保信息的合理性，确保交通路口通行安全。如操控单片机呈现运转过错，体系可自复位并宣布警报;如体系产生永久性毛病，体系可主动切换备用操控器。
1.1 运转要求
十字路口交通灯体系中，每个路口有4个信号灯，别离为红、黄、直行、左行。十字路口的交通放行方法会随路口要求不同而不同，一般状况下，对侧路口红绿灯信号相同，整个路口红绿灯依照既定的作业次序周期循环作业。
本体系选用最为典型的作业方法，其它状况只需求改动对应操控的灯即可。
1)每个方向的交通灯按智能操控体系设定的方法周期循环作业。
2)东西(南北)信号灯为黄灯或绿灯时，南北(东西)方向有必要是红灯。
3)黄灯固定的作业时长为3 s;绿灯的作业时长由智能操控体系操控，单片机依据智能操控体系发送的绿灯时长来实时更改绿灯时长，在两组信号发送的距离时刻内依照上一组时刻信号作业;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
考虑到交通体系中，安全安稳是第一位，所以关于交通灯操控体系需满意安全要求;
1)假如智能操控体系遭到侵略或许瘫痪，交通灯操控体系有必要确保交通灯能正常作业，不呈现过错。
2)信号灯显现有必要确保不会呈现过错，如两个方向一起绿灯的状况。
3)假如单片机呈现毛病，有必要确保交通灯信号不呈现紊乱，并在短时刻内投入备用操控终端，一起宣布警报告诉相关值班人员。
2 规划方案
尽管现在技能老练，单片机抗干扰才能较强，可是单片机在实践作业中仍是有必定几率犯错，如程序跑飞，还有从前遇到过的I/O口输出紊乱等问题。为了体系的安全安稳性，调用看门狗寄存器来纠正程序跑飞，一起参加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。故本体系选用两片AT89C51单片机作为中心器材，其间一片担任操控交通灯信号显现，另一片担任对显现信号进行校验。
操控单片机(U1)担任接纳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别，进行车流量脉冲计数，输出操控信号灯的电平，并在收到智能操控体系恳求车流量数据的信号后，将车流量数据反应给智能操控体系。信号校验单片机(U2)担任对操控信号灯的显现信号进行合理性校验，包含校验两个路口的红绿灯是否对立以及绿灯时长是否合理，校验无误后答应信号灯接纳电平信号做出改动;假如校验不经过，则坚持之前信号灯信号不变，复位操控单片机，一起宣布警报，如屡次校验不经过，则断开当时整个体系(包含操控和校验)，投入备用信号灯操控器。
3 硬件规划
整个操控终端要和智能操控体系进行有线或无线通讯，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别是否让信号灯改动，警报体系需求在收到警报信号后宣布警报并继续一段时刻，并且在重复收到警报信号后要发动备用操控器。
3.1 中心模块
中心模块包含两片单片机，其间单片机U1为主操控单片机，单片机U2为信号校验单片机，主操控单片机担任通讯、显现等功用，信号校验单片机担任校验主操控单片机的信号是否合理(详见本文5软件规划一节)。U1的信号灯显现信号经过P2口输出，输出的信号一起接入锁存器74HC573的输入端和U2的P2口中，U2的P2口作为输进口，读取U1输出的交通灯显现信号，对其进行合理性校验。锁存器74HC573的锁存操控端LE接U2的P1.0口，假如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刻以翻开74HC5 73锁存端，让显现信号输入锁存器。一起，U2的P1.1口经非门接U1的复位引脚，如信号校验不经过，则在P1.1口输出低电平复位U1，如U2复位则不会形成U1误复位。锁存器的输出端接信号灯，这儿用16个发光二极管模仿信号灯，对侧信号灯分为一组，两组信号灯八个引脚别离接入锁存器的八个输出端。锁存器的输出端一起又接U1的P0口，假如U1由于运转的问题复位后，在程序初始化后经过读取P0口状况获取当时信号灯显现的状况，然后从当时状况开端循环运转，不至于形成信号灯显现紊乱。U1的串口通讯引脚P3.0和P3.1可依据实践运用接外部通讯模块，包含串口通讯模块或蓝牙通讯模块，完成通讯功用。中心模块电路图如图2所示。
3.2 警报模块
为确保体系的安稳性，警报模块运用最简略的RC延时电路，以完成在收到继续时刻很短的单片机警报信号后，可以坚持宣布警报。模块规划延时为5 s，此处用LED替代警报灯及时刻继电器等警报器材。若警报模块收到警报信号，则会继续报警5 s;如单片机呈现毛病继续输出警报信号，两次信号的时刻距离小于5 s，则模块继续报警，报警继续设定时刻后时刻继电器动作，跳开当时体系，切换备用交通灯操控器。警报模块电路图如图3所示。
4 软件规划
依据方案规划要求和硬件电路，单片机1中为操控程序，单片机2为信号校验程序，选用C言语为单片机编写程序。
4.1 操控程序
为了避免程序跑飞，启用单片机的看门狗寄存器，单片机在初始化或复位后，会向智能操控体系发送信号来获取当时的绿灯时长信号。单片机经过读取P0口的状况，确认当时信号灯运转的状况系数a，然后跳转到相应状况开端循环运转，假如信号灯处于初始状况时，则次序运转，这样可确保单片机复位后马上回来当时状况继续循环运转。流程图如图4。
在一个周期内交通灯信号改动6次，每种状况依据相应时长用嵌套延时句子进行延时，一起，在每秒的嵌套句子开端都对看门狗计时器清0(喂狗)。
单片机和智能操控体系的通讯包含发送车流量信息和接纳绿灯时长。单片机在收到智能操控体系的恳求数据信号0xff后，会将T0计数器记载的车流量数据发送给智能操控体系。假如单片机收到的数据不是0xff，则辨认此数据为绿灯时长数据。每次智能操控体系会发送4个绿灯的时长数据，单片机接到悉数4个数据后对其合理性进行校验。假如4个数据都在预设的范围内，则为合法数据，单片机将其装入显现时刻数组中;假如存在不合法数据，则将4个数据悉数放弃。这样规划是为了避免智能操控体系紊乱或许被侵略而形成交通瘫痪等严重后果。如单片机一向不收到数据恳求信号或时长数据，则交通灯操控终端会一向依照现有的时长数据正常循环运转。
4.2 信号校验程序
信号校验单片机是为了避免主单片机的I/O口输出紊乱形成交通灯信号过错而设置的，主要是对操控单片机输出信号进行有效性校验，校验无误后再显现。一起为了避免信号校验单片机犯错，发动看门狗寄存器，并且在单片机初始化时会置P1.2高电平延时0.5 s来发动警报电路，这样假如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。
信号校验单片机只要在检测到显现信号产生改动后才会去判别信号是否正常，由于两次信号改动的时刻距离很长，这样可以确保信号改动时单片机U2正处于判别信号相同循环中，74HC573处于不行写入状况，避免未经校验的信号写入锁存器。
当单片机校验到显现信号不正常时，会输出低电平复位操控单片机，并发动警报电路。假如显现信号一向不正常，则警报电路会继续收到警报信号报警，继续一段时刻后时刻继电器动作切换备用操控器。假如操控单片机由于看门狗复位，则信号校验单片机同样会检测到然后发动警报电路。
5 体系调试
按规划把硬件环境建立出来后，经过在正确程序中参加while(1)句子模仿单片机跑飞，单片机I/O口飞线凹凸电平来强制拉高或拉低单片机I/O电平模仿单片机I/O口输出紊乱，进行什物硬件调试。
经屡次修正调试，体系在长时刻运转中可以坚持安稳;在模仿毛病环节中，复位功用及警报功用均正常动作，体系功用到达预订要求。
6 结束语
本文选用单片机作为交通灯操控终端的操控中心，选用信号校验的方法，弥补了PLC操控器运用于智能交通体系中的缺乏，一起确保体系运转的安稳性，更便利的满意智能交通体系关于通讯和操控的要求。在本体系的基础上，亦可经过替换不同品种和功用的单片机，满意更多不同的交通操控要求。
