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1、基于单片片机交通通灯智能能控制系系统研究究温欣玲11，张玉玉叶21、郑州州航空工工业管理理学院 机电工工程系，河河南 郑郑州 445000152、咸阳阳师范学学院 物物理系 应用电电子技术术教研室室，陕西西 咸阳阳 71120000摘要：介介绍了一一种基于于单片机机借助CCAN总总线技术术设计的的分布式式区域交交通信号号灯智能能控制系系统。系系统采用用AT899C511作为核核心控制制器，红外接接收器接接收来自自发射器器的红外外信号，经经解调后后输入单单片机进进行处理理，单片片机与CCAN总总线控制制器构成成CANN总线通通信系统统进行数数据传输输，实现现了根据据车流信息息、遥控控、PCC机控
2、制制的系统统设计。文章详细介绍了系统总体方案及部分硬件设计方案。关键词：交通信信号；AAT899C511；CAAN总线线；智能能控制中图分类类号：TTP2112 文献献识别码码：A 文章章编号：Reseearcch oof TTraffficc Siignaal LLighht IInteelliigennt CConttroll Syysteem BBaseed OOn MMicrrocoontrrolllerWEN Xinn-liing11，ZHHANGG Yuu-yee21、 Depaartmmentt off Maachiinerry aand Eleectrriciity Enggi
3、neeeriing, ZhhenggzhoouAeeronnautticssInddusttriaalMaanaggemeentCColllegee, Zhhenggzhoou 44500005,Chiina;2、 Depaartmmentt off Phhysiics,apppliccatiion eleectrroniics tecchniiquee brrancch,XXiannyanngTeeachhercolllegge, Xiaanyaang 71220000,Chhinaa.Absttracct: A ddeveeloppmennt oof ddisttribbuteed aar
4、eaa trrafffic siggnall liightts cconttroll baasedd onn siinglle-chiip mmicrrocoontrrolller thrrouggh CCAN BUSS iss deescrribeed. Witth tthe corre oof AAT899C511, iinfrrareed rreceeiveer rreceeivees tthe inffrarred siggnall coominng ffromm laaunccherr.Thedeemoddulaatioon ssignnal is treeateed bby ssi
5、nggle-chiip mmicrrocoontrrolller. Thhe ssinggle-chiip mmicrrocoontrrolller conntrools thee CAAN BBUS conntroolleer tto sstruuctuure CANN BUUS ccommmuniicattionn syysteem tto ttrannsmiit tthe datta. Thee deesiggnattor ofddisttribbuteed ttraffficc siignaal llighhts inttellligeent conntrool ssysttem wa
6、ss caarriied outt byy thhreee coontrrol styyless off Veehiccle fluux, remmotee annd PPC.TThepaaperr inntrooducces tottal schhemee annd hharddwarre ddesiign of thee syysteem iin ddetaail.Key worrds: Trrafffic siggnall；ATT89CC51；CANN BUUS；IInteelliigenntconttroll1 引言言2随着经济济发展，汽汽车数量量急剧增增加，城城市道路路日渐拥拥挤，交
7、交通拥塞塞已成为为一个国国际性的的问题。因因此，设设计可靠靠、安全全、便捷捷的多功功能交通通灯控制制系统有有极大的的现实必必要性。通通常情况况下，交交通信号号灯控制制主要有有两个缺缺陷：11、车道道放行车车辆时，时时间设定定相同且且固定，十十字路口口经常出出现主车车道车辆辆多，放放行时间间短，车车流无法法在规定定时间内内通过，而而副车道道车辆少少，放行行时间明明显过长长；2、未未考虑急急车强通通（譬如如，消防防车执行行紧急任任务时，两两车道都都应等待待消防车车通过）。由由于交通通信号灯灯控制系系统缺乏乏有效的的应急措措施，导导致十字字路口交交通受阻阻，造成成不必要要的经济济损失。本系统利利用单
8、片片机ATT89CC51，借借助CAAN总线线作为现现场通信信总线实实现智能能交通信信号灯控控制系统统设计，实实现了根根据区域域车流、红红外遥控控以及PPC机进进行十字字路口交交通信号号灯智能能控制，并并在软、硬硬件方面面采取一一些改进进措施，实现了根据十字路口车流、红外遥控进行交通信号灯智能控制，使交通信号灯现场控制灵活、有效。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。2 设计计方案与与系统结结构本智能交交通信号号灯控制制系统硬硬件主要要由车流流信息检检测电路路、键盘盘时间设设置
9、电路路、红外外遥控发发射/接接收电路路、单片片机控制制器、CCAN总总线控制制器、CCAN总总线收发发器、光光电隔离离芯片、单单片机并并行接口口、看门门狗电路路等电路路组成。本本系统设设置与上上位PCC机相连连的上位位节点为为主节点点，各路路口信号号灯控制制装置为为底层节节点，共共同构成成区域交交通信号号灯控制制系统。系系统原理理框图如如图1所所示。键盘时间设置红外遥控编码锁存器单片机控制器扩展CPU并行接口看门狗时间显示信号灯控制车流信息CAN总线控制器CAN总线接收器CAN BUS光电隔离PC通讯串口图1 系统原理框图系统利用用红外遥遥控装置置实现各各十字路路口现场场信号灯灯控制，红红外发
10、射射器发射射出的编编码信号号经接收收器接收收后送入入单片机机控制器器，控制制信号灯灯红绿变变换、等等待时间间、急车车强通。另另外，车车流检测测装置安安放在各各十字路路口东西西、南北北道路方方向实时时检测车车道车流流信息。并并将检测测到的信信息输至至单片机机进行处处理，通通过单片片机编程程技术实实现信号号灯绿、红红切换及及等待时时间设定定。此外外，PCC机通过过通讯串串口与节节点上的的单片机机控制器器进行通通信，实实现数据据信息在在CANN总线上上的发送送与接收收。PCC机负责责网络上上所有信信号灯控控制装置置的集中中管理功功能；同同时向各各信号灯灯控制器器下传工工作模式式控制信信息。3 系统统
11、设计3.1 红外遥遥控发射射电路由于系统统需实现现十字路路口不同同方向信信号灯变变化。假假设两方方向为东东西、南南北方向向。则需需实现东东西、南南北两个个方向信信号灯的的选定、时时间增减减、急车车强通等等功能。红红外遥控控发射电电路原理理框图如如图2所所示。电源驱动红外遥控发射装置东西控制南北控制电源控制载频发生信号放大时间控制信号发射图2 红外遥控发射原理框图红外遥控控发射器器与外接接陶瓷谐谐振器、电电容器组组成振荡荡电路，分分频产生生一定脉脉冲宽度度的载频频信号。输输出编码码信号，经经达林顿顿管放大大后，驱驱动红外外线发射射二极管管向外发发射。3.2 红外遥遥控接收收电路红外接收收、解调调
12、模块接收来来自发射射器的红红外信号号，经内内部集成成电路放放大、解解调后，由由输出端端输出编编码脉冲冲信号，经经三极管管反相放放大后，送送至接收收器，由由接收器器解调模模块进行行译码。当当发射器器相应键键按下时时，接收收器输出出高电平平信号，通通过或非非门接入入单片机机控制器器的外中中断，申申请中断断，由中中断服务务程序检检测键按按下状态态，从而而完成相相应的中中断服务务。红外外接收器器与单片片机控制制器接口口电路如如图3所所示。红外接收装置单片机控制电源驱动信号接收信号解调信号放大图3 红外接收原理框图3.3 CANN总线节节点接口口电路各路口交交通信号号灯控制制器与上上位机的的通讯都都通过
13、各各自的CCAN总总线接口口模块完完成。总总线系统统节点硬硬件电路路原理框框图如图图4所示示。单片机控制CAN总线控制光耦CAN总线收发CAN BUS图4 CAN总线节点接口原理框图单片机控控制器负负责CAAN总线线控制器器初始化化，控制制实现数数据的接接收和发发送等通通信任务务。CANN总线收收发器与与CANN总线接接口部分分采用了了一定的的安全和和抗干扰扰措施。为为增强CCAN总总线节点点的抗干干扰能力力，CAAN控制制器不直直接与CCAN收收发器相相连，而而是通过过加接高速速光电隔隔离器芯芯片，实实现总线线上各节节点间的的电气隔隔离。但但是，光光耦电路路所采用用的VCCC和VVDD电电源
14、必须须完全隔隔离，否否则采用用光耦电电路就失失去了意意义，可可采用小小功率电电源隔离离模块或或不大于于5V隔隔离输出出开关电电源模块块实现。3.4 看门狗狗电路由于单片片机控制制器自身身抗干扰扰能力较较差，尤尤其在一一些条件件比较恶恶劣、噪噪声大的的场合，常常会出现现单片机机因受外外界干扰扰轻者导导致系统统内部数数据出错错，重者者将严重重影响程程序的运运行而死死机，造造成系统统不能正正常工作作。设置置看门狗狗是为了了防止单单片机死死机、提提高单片片机系统统抗干扰扰性的一一种重要要途径。考考虑系统统可靠性性设计，满满足苛刻刻环境下下的正常常运行，本本设计中中采用硬硬件看门门狗电路路。电路路原理框
15、框图如图图5所示示。电源驱动监控电路手动复位单片机控制图5 看门狗原理框图通过硬件件看门狗狗电路设设计，可可有效防防止运行行程序进进入“死循环环”。保证证系统不不受恶劣劣天气及及环境条条件造成成的干扰扰。3.5 分布式式检测控控制系统统由于CAAN总线线具有较较强的抗抗干扰能能力，通通讯中没没有地址址的概念念及节点点数不受受限制等等优点，已已经被广广泛应用用于汽车车、数控控机床、仪仪器仪表表、现场场总线控控制等领领域1。本设设计将若若干智能能交通信信号灯控控制器、上上位节点点接口和和PC机机组成CCAN总总线通信信系统方方便实现现智能分分布式区区域信号号灯实时时监控、高高速数据据采集等等。单片
16、片机控制制器与PPC机实实现串行行通信，设设置CAAN总线线控制器器工作在在Inttel模模式，由由PC机机发送数数据写入入单片机机控制器器，再通通过控制制信号由由单片机机将数据据写入CCAN总总线控制制器并通通过CAAN总线线收发器器发送。接接收数据据通过中中断进行行，CAAN BBUS数数据经CCAN总总线收发发器接收收并写入入CANN总线控控制器。然然后通过过中断提提请单片片机读取取数据上上传PCC机。4 实验验分析本系统单单片机控控制器选选用MSSC-551系列列InttelAAT899C511芯片，红外遥控发射/接收器使用BA5104/BA5302设计。利用MAX692设计看门狗监控
17、电路。总线通信接口中选取PHILIPS公司的SJA1000 CAN总线控制器及82C250总线收发器2 3。光耦合器采用6N137芯片。系统硬件电路利用Protel DXP设计并制板。通过实验验测试，按按下红外外遥控发发射器按按键K11-K66有效地地控制了了东西、南南北方向向时间设设定、急急车强通通，时间间增、减减。持续续使WDDI低电电平时间间1.6s后后，看门门狗REESETT端产生生2000ms负负溢出脉脉冲信号号使ATT89CC51复复位，均均有效地地达到了了系统设设计要求求。为了提高高系统通通讯抗干干扰性及及可靠性性，在总总线收发发器822C2550的CCANHH和CAANL引引脚
18、通过过5电阻与与CANN总线相相连，保保护其免免受过流流冲击的的影响；82CC2500的CAANH和和CANNL与地地之间分分别并联联30ppF电容容，滤除除总线高高频干扰扰并起到到防电磁磁辐射的的作用；总线两两端接入入1200终端电阻阻4，匹配总总线阻抗抗。此外外，在CCAN总总线输入入端与地地之间接接防雷击击管，当当两输入入端与地地之间出出现瞬变变干扰时时，通过过防雷击击管放电电起到保保护总线线的作用用，避免免了雷电电天气对对系统通通讯的影影响。这这些部分分虽然增增加了节节点的复复杂度，但但却有效效保证了了数据通通信的稳稳定性和和安全性性。5 结语语交通信号号灯智能能控制系系统为改改善城市
19、市交通拥拥堵，提提高道路路的交通通运输能能力发挥挥了积极极作用。本本系统设设计实现现了十字字路口信信号灯自自动化、智智能化、人人性化实实时控制制。通过过系统功功能扩展展，系统统亦可应应用于其其他控制制领域，应应用前景景广阔。参考文献献：1胡胡光永.总线节节点电路路的设计计与实现现.微计计算机信信息JJ.220066 年第第22 卷第1-2期,11-2.2 SJAA10000 CCAN Conntroolleer.PProdductt sppeciificcatiion. PhhiliipsSSemiiconnducctorrs，20000.3 PCAA82CC2500 CAAN CConttr
20、olllerr Innterrfacce.PProdductt Speecifficaatioon. Phiilipps SSemiiconnducctorrs，20000.4饶饶运涛,邹继军军,郑勇勇芸著.现场总总线CAAN原理理与应用用技术M.北京:北京航航空航天天大学出出版社.20003.66,1554-1155.本文创新新点：1、 本系统基基于CAAN总线线设计，各各现场检检测装置置共同构构成总线线通信系系统，方方便实现现多区域域实时在在线检测测控制。同同时，大大大降低低了系统统材料、安安装、维维护等费费用，减减小布线线复杂度度；2、 系统硬件件看门狗狗电路有有效防止止程序运运行死机机
21、，系统统可靠性性大大提提高；另另外，对对CANN总线通通讯系统统进行抗抗干扰设设计，满满足恶劣劣天气、环环境（频频闪、雷雷电）等等对系统统的影响响；3、系统统基于单单片机技技术，程程序扩展展能力强强；另外外，通过过PC机机方便实实现控制制方案上上传下载载。项目经济济效益:根据装装置成本本及市场场价格定定位，每每套系统统净利润润 110万元元。作者简介介：温欣玲(19779)，女（汉汉族），吉吉林通化化人，郑郑州航院院机电工工程系讲讲师，硕硕士，主主要从事事电子通通讯与自自动控制制技术教教学与科科研工作作。WEN XINN-Liing(19779), FFemaale, Heenann, ZZh
22、enngzhhou, Leectuurerr off deeparrtmeent of Macchinneryy annd EElecctriicitty EEngiineeerinng, Zheengzzhouu Innstiitutte oof AAeroonauuticcs IInduustrriall Maanaggemeent,Massterr, Maainlly eengaagedd inn teeachhingg annd rreseearcchinng oon tthe eleectrroniics commmunnicaatioon aand auttomaaticc coontrrol tecchniiquee.基金项目目：河南南省自然然科学基基金项目目 项项目编号号：2000755102219