基于SPCE061板的交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

呂云峰，楊文爽

(長春師范學(xué)院，吉林 長春 130032)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注，如何協(xié)調(diào)人、車、路三者之間的關(guān)系成為政府職能部門工作中亟待重點(diǎn)解決的問題之一.交通控制系統(tǒng)主要用于完成交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分.

道路交通控制的目的在于在確定的行政規(guī)定約束下，采用合適的營運(yùn)方法來確保公共和私人運(yùn)輸方式具有最佳的交通運(yùn)行狀態(tài).依此研制的道路交通控制系統(tǒng)，把受控對象看成一個整體，采用對交通流科學(xué)地時間分割的方法，最大限度地保證交通流運(yùn)動的連續(xù)性，使受控區(qū)域的交通流減少沖突，同時平穩(wěn)地、有規(guī)則地運(yùn)動.做到改善交通秩序，增加交通安全；減少交通延誤，提高經(jīng)濟(jì)效益；降低污染程度，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；節(jié)省能源和土地消耗.

文中利用SPCE061A為主控制器，配合交通燈模組V3.0設(shè)計(jì)了交通信號燈控制系統(tǒng).

1 路口交通圖

圖1 路口交通示意圖

圖1中，R表示車輛右拐，L表示車輛左拐，S表示車輛直行，P表示人行，相同顏色表示可以同時通行，數(shù)字1，2，3，4表示路口1，2，3，4，常規(guī)交通燈的綠燈亮狀態(tài)(通行)順序?yàn)椋?/p>

圖2 通行示意圖

其中，“1—2”表示1P和2P可以通過路口2通行；“2—3”表示2P和3P可以通過路口3通行；“3—4”表示3P和4P可以通過路口4通行；“4—1”表示4P和1P可以通過路口1通行.

2 芯片簡介

2.1 SPCE061A

SPCE061A是一款十六位單片機(jī)，它的語音系統(tǒng)控制簡便，功能實(shí)現(xiàn)容易.該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動增益電路.兩路10精度的DAC，只需要外接功放(SPY0030A)即可完成語音的播放.在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語言，可以實(shí)現(xiàn)C語言與匯編語言的互相調(diào)用，并且，提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件[1].

SPCE061A在片內(nèi)集成了一個在線仿真電路ICE接口，該接口不占用芯片上的任何硬件資源，而集成此接口的目的在于方便對芯片進(jìn)行控制，便于完成系統(tǒng)仿真.另外，也需要通過該接口進(jìn)行程序的下載(燒寫).

2.2 交通燈模組V3.0

交通燈模組V3.0包括一塊驅(qū)動電路板(交通燈模組V3.0_驅(qū)動板)和四塊LED板(交通燈模組V3.0_LED板).

LED板按照通行習(xí)慣分別設(shè)置了左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)、行人通行四組交通燈，三種燈的顏色依據(jù)交通習(xí)慣使用選擇，用于實(shí)現(xiàn)通行的方向控制；LED板中每個方向提供兩個數(shù)碼管，可以實(shí)現(xiàn)100以內(nèi)的倒計(jì)時.交通燈模組使用時，直接用10pin排線連接驅(qū)動板的單片機(jī)接口和61板的I/O口即可使用.

3 總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由一套61板和一套交通燈模組構(gòu)成，如圖3所示.SPCE061A利用I/O接口控制交通燈模組中各LED板的數(shù)碼管和發(fā)光二極管的顯示[2]；61板上的KEY1、KEY2、KEY3三個按鍵用于設(shè)置各LED板指示的路口通行倒計(jì)時時間.

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

4 硬件設(shè)計(jì)

4.1 模塊原理圖

控制模塊和交通燈指示模塊是本系統(tǒng)硬件中的兩個主要部分.

控制模塊主要是61板，61板上的KEY1、KEY2、KEY3三個按鍵用于控制交通燈控制系統(tǒng)的全面運(yùn)行，在61板電路中，已經(jīng)和相應(yīng)的輸入/輸出口相連.

另外，SPCE061A通過I/O口控制交通燈模組的數(shù)碼管的顯示和紅、黃、綠LED燈的亮/滅.使用時，可以直接用10pin的排線和交通燈模組驅(qū)動板的單片機(jī)接口連接[2].

圖4 交通燈模組驅(qū)動板電路圖

本硬件系統(tǒng)中的交通燈模組V3.0，包括驅(qū)動板和LED板，驅(qū)動板電路如圖4所示，其中，J1～J4為LED板的接口，使用時，可以直接把LED板插接在這四個接口上；J5～J7為單片機(jī)接口，使用時，可以使用10pin排線直接和61板連接[3].

4.2 硬件模塊說明

4.2.1 硬件框圖

本系統(tǒng)包含一塊驅(qū)動板和四塊LED板，驅(qū)動板框圖如圖5：其中J1、J2、J3、J4為LED板的插接口，使用時可以直接把四塊LED板插接在驅(qū)動板上；J5、J6、J7是單片機(jī)的接口，使用時可以直接用3根10pin排線與單片機(jī)連接；驅(qū)動電路模塊用來驅(qū)動LED燈和數(shù)碼管.

圖5 交通燈模組V3.0_驅(qū)動板結(jié)構(gòu)框圖

圖6 交通燈模組V3.0_LED板結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)中含4塊相同的LED板，一塊LED燈指示來自一個方向的車輛或者行人的通行.LED板的結(jié)構(gòu)框圖如圖6.LED板含兩位7段共陰極數(shù)碼管、四組共12個LED燈和一個接口J1.數(shù)碼管用來倒計(jì)時；四組LED燈分別控制左拐、直行、右拐和人行道的通行；J1接口是一個插針口，可以直接和驅(qū)動板插接.

4.2.2 硬件功能模塊

(1)LED板.LED板包含兩位數(shù)碼管U1、12個LED燈D1～D12和一個2×6的接口J1.其中，12個LED燈構(gòu)成2×6的連接方式，D1～D6的陰極連接到一個公共段G3上，D7～D12的陰極連接到一個公共段G4上.當(dāng)G3為低電平、a為高電平的時候就可以點(diǎn)亮D1；同樣，如果要點(diǎn)亮D10，只要使G4為低電平、d為高電平即可.使用時可以直接通過J1口與驅(qū)動板連接.

(2)驅(qū)動板.驅(qū)動板包含電源指示燈電路、LED驅(qū)動電路、LED板接口電路和單片機(jī)接口電路.

①電源指示燈電路，電路正常工作時，只要驅(qū)動板電源接通，D1燈就會點(diǎn)亮.

②LED驅(qū)動電路，ULN2803是常見的驅(qū)動芯片，一片可提供8路的驅(qū)動信號，兩片ULN2803共16路，用來驅(qū)動8位數(shù)碼管及8組1×6LED燈(每個LED板上有兩組，4個LED板共8組)的陰極，其中U1為數(shù)碼管的驅(qū)動芯片，U2為LED燈的陰極驅(qū)動芯片；8個三極管Q1～Q8組成的共集電極電路用來驅(qū)動8位數(shù)碼管的段及LED燈的陽極.

③LED板接口電路，LED板的接口電路中，J1、J2、J3、J4為四個12pin的雙排接口，每一個都包含aa～gg8個段選信號和4個位選信號，其中G1～G8為數(shù)碼管的位選信號，G9～G16為LED燈的位選信號.這些接口可以直接和LED板連接.

④單片機(jī)接口電路，單片機(jī)接口電路中，J5為數(shù)碼管段和LED燈陽極的控制口，J6、J7分別為數(shù)碼管和LED燈的位選信號控制口，它們可以直接用10pin的排線與61板連接.

5 結(jié)論

本方案利用SPCE061A強(qiáng)大的處理能力、豐富的中斷源實(shí)現(xiàn)可設(shè)置交通燈的指示系統(tǒng).本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了設(shè)置狀態(tài)和顯示狀態(tài)；LED板各組的紅綠燈交通指示；如果一個LED板上有三個綠燈亮，這時候數(shù)碼管顯示的是通行時間，否則，數(shù)碼管顯示的是等待時間，等等的功能.另外，本系統(tǒng)稍加擴(kuò)展，就能實(shí)現(xiàn)更人性化或者完整的交通燈控制系統(tǒng)；比如SPCE061A本身具有語音功能，添加語音可以使得交通燈更人性化.

參考文獻(xiàn)：

[1]羅亞非.凌陽16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：12-58.

[2]薛鈞義，張彥斌，虞鶴松，樊波.凌陽十六位單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天出版社，2003：1-42.

[3]交通燈模組使用說明書[S].凌陽大學(xué)計(jì)劃資料：1-33.