单片机：实现十字路口交通灯（附带源码）

单片机实现十字路口交通灯控制

交通灯控制系统是交通管理中的重要组成部分。在十字路口，交通灯需要根据不同方向的交通流量进行合理的控制，确保交通安全与畅通。这个项目将使用8051单片机来实现十字路口的交通灯控制系统。通过控制红绿灯的亮灭，实现不同方向的交通流控制。

一、项目需求

1. 交通灯显示：使用LED或数码管模拟交通灯，分别显示红灯、绿灯和黄灯。
2. 控制方式：通过8051单片机控制交通灯的切换，模拟交通信号的周期性切换。
3. 定时控制：使用定时器和延时函数控制交通灯的变化。
4. 多路口控制：考虑到是十字路口，我们需要控制至少四个方向的交通信号。

二、硬件设计

1. 单片机：使用8051单片机（如AT89C51）。
2. LED灯：4个LED灯，分别表示红灯、绿灯和黄灯，控制每个方向的交通灯（例如东、西、南、北）。
3. 按键：用于手动控制信号灯（可选）。
4. 继电器或三极管：用于控制LED的开关，防止直接驱动较大功率的LED。
5. 电源：为单片机、LED灯提供电源。

三、交通灯控制原理

交通灯控制系统的基本功能是：根据固定的时间周期，循环切换四个方向的交通信号灯。每个方向的信号周期包括绿灯、黄灯、红灯，按顺序切换。为了保证安全，每个方向的红绿灯切换需要一定的延时。

四、程序设计

4.1 定时器配置

使用8051单片机的定时器来实现定时功能，控制各个交通灯的切换。定时器可以通过定时中断来进行控制，定时器的配置根据系统需求进行设置。

4.2 代码实现

以下是一个简单的交通灯控制系统实现代码，其中每个方向的灯通过4个LED分别控制，绿灯持续时间为10秒，黄灯为2秒，红灯为10秒。

#include <reg51.h>  // 包含8051单片机的寄存器定义

// 定义交通灯控制端口
#define EAST_RED    P1_0  // 东方向红灯
#define EAST_YELLOW P1_1  // 东方向黄灯
#define EAST_GREEN  P1_2  // 东方向绿灯

#define WEST_RED    P1_3  // 西方向红灯
#define WEST_YELLOW P1_4  // 西方向黄灯
#define WEST_GREEN  P1_5  // 西方向绿灯

#define NORTH_RED   P1_6  // 南方向红灯
#define NORTH_YELLOW P1_7 // 南方向黄灯
#define NORTH_GREEN P2_0  // 南方向绿灯

#define SOUTH_RED   P2_1  // 北方向红灯
#define SOUTH_YELLOW P2_2 // 北方向黄灯
#define SOUTH_GREEN P2_3  // 北方向绿灯

// 延时函数（用于控制灯的时间）
void delay_ms(unsigned int ms) {
    unsigned int i, j;
    for (i = 0; i < ms; i++) {
        for (j = 0; j < 120; j++) {
            // 空循环，产生延时
        }
    }
}

// 交通灯控制函数
void control_traffic_lights() {
    // 东西方向红灯，南北方向绿灯
    EAST_RED = 1; EAST_YELLOW = 0; EAST_GREEN = 0;
    WEST_RED = 1; WEST_YELLOW = 0; WEST_GREEN = 0;
    NORTH_RED = 0; NORTH_YELLOW = 0; NORTH_GREEN = 1;
    SOUTH_RED = 0; SOUTH_YELLOW = 0; SOUTH_GREEN = 1;
    delay_ms(10000);  // 绿灯持续时间10秒

    // 东西方向黄灯，南北方向绿灯
    EAST_RED = 0; EAST_YELLOW = 1; EAST_GREEN = 0;
    WEST_RED = 0; WEST_YELLOW = 1; WEST_GREEN = 0;
    NORTH_RED = 0; NORTH_YELLOW = 0; NORTH_GREEN = 1;
    SOUTH_RED = 0; SOUTH_YELLOW = 0; SOUTH_GREEN = 1;
    delay_ms(2000);   // 黄灯持续时间2秒

    // 东西方向红灯，南北方向红灯
    EAST_RED = 1; EAST_YELLOW = 0; EAST_GREEN = 0;
    WEST_RED = 1; WEST_YELLOW = 0; WEST_GREEN = 0;
    NORTH_RED = 1; NORTH_YELLOW = 0; NORTH_GREEN = 0;
    SOUTH_RED = 1; SOUTH_YELLOW = 0; SOUTH_GREEN = 0;
    delay_ms(10000);  // 红灯持续时间10秒

    // 交换东西和南北方向
    EAST_RED = 0; EAST_YELLOW = 0; EAST_GREEN = 1;
    WEST_RED = 0; WEST_YELLOW = 0; WEST_GREEN = 1;
    NORTH_RED = 1; NORTH_YELLOW = 0; NORTH_GREEN = 0;
    SOUTH_RED = 1; SOUTH_YELLOW = 0; SOUTH_GREEN = 0;
    delay_ms(10000);  // 绿灯持续时间10秒

    // 东西方向黄灯，南北方向红灯
    EAST_RED = 0; EAST_YELLOW = 1; EAST_GREEN = 0;
    WEST_RED = 0; WEST_YELLOW = 1; WEST_GREEN = 0;
    NORTH_RED = 1; NORTH_YELLOW = 0; NORTH_GREEN = 0;
    SOUTH_RED = 1; SOUTH_YELLOW = 0; SOUTH_GREEN = 0;
    delay_ms(2000);   // 黄灯持续时间2秒

    // 东西方向红灯，南北方向红灯
    EAST_RED = 1; EAST_YELLOW = 0; EAST_GREEN = 0;
    WEST_RED = 1; WEST_YELLOW = 0; WEST_GREEN = 0;
    NORTH_RED = 1; NORTH_YELLOW = 0; NORTH_GREEN = 0;
    SOUTH_RED = 1; SOUTH_YELLOW = 0; SOUTH_GREEN = 0;
    delay_ms(10000);  // 红灯持续时间10秒
}

// 主程序
void main() {
    while (1) {
        control_traffic_lights();  // 循环控制交通灯
    }
}

五、程序说明

1. 硬件连接：

2. EAST_RED, EAST_YELLOW, EAST_GREEN 等端口用于控制东、西、南、北四个方向的红、黄、绿灯，每个方向一个红灯、一个黄灯和一个绿灯。
3. 使用 P1 和 P2 端口来分别控制各个方向的交通灯。

4. 延时函数 delay_ms()：

5. 该函数通过空循环产生一个延时，用于控制各个灯的持续时间。根据需要调整延时时间来改变灯的时间长度。

6. 交通灯控制函数 control_traffic_lights()：

7. 该函数包含了交通灯的切换逻辑。首先是东西方向的绿灯，南北方向的红灯，然后切换到黄灯，最后变成红灯，并切换南北方向的绿灯。每个灯的持续时间通过 delay_ms() 来控制。

8. 主程序：

9. 主程序通过一个 while(1) 循环不断调用 control_traffic_lights() 函数，循环切换交通灯。

六、总结

通过8051单片机的控制，我们实现了一个简单的十字路口交通灯控制系统。该系统能够按照预设的时间控制各个方向的交通灯切换。通过定时器和延时函数，我们实现了交通灯的周期性变化，保证了交通信号的合理切换。

七、扩展

1. 增加行人信号灯：可以在系统中增加行人信号灯，通过按钮控制行人的绿灯。
2. 自适应交通信号：根据交通流量实时调整信号灯的切换时间。例如，利用交通流量传感器检测交通密度，动态调整绿灯的时长。
3. 交通灯故障监测：系统可以设计成具备故障检测功能，如果某个灯故障，可以发出警告或自动切换到备用方案。

作者：Katie。