十四、城市交通路口管理的红、绿灯

在城市大街的十字交通路口，都安置了各种由红、绿色高亮度LED组成的指示图案，用于管理机动车辆、非机动车辆和行人，使之能够安全、顺利地通过各自的路口道。这些红绿灯图案，多种多样。笔者以其中一种十字路口的红绿灯图案的控制为例，来说明PIC单片机C语言在城市交通灯管理中的应用。

图55a是一种由红色高亮LED组成的掌形指示图案，路口显示该图案。表示此时该方向禁止行人通过。图55b、图55c分别是用绿色高亮LED组成的仿人形和仿自行车形的指示图案，在路口显示该图案，表示此时允许人们通行。图56是由红、绿色两种颜色的高亮LED组成的圆形指示图案（红、绿色分时显示）， 以提示是否允许机动车辆通行。上述指示图案均设在交通路13，以分时方式交替显示，各指示图案显示时间的长短，是根据不同路13的车流和人流的实际情况来设定的，一般在80秒～1 40秒之间（特殊路口可长达180秒，甚至更久）。

图55

图56

利用PIC16F877或PIC16F876单片机的端121位，加上相应的驱动电路，去分别驱动组成图55、图56所示指示图案的各个高亮红、绿色LED，使之按所需时序进行显示，便可实现上述功能。把它们用箱体装好，安装在交通路口的指定地点，就能够进行路口的交通管理了。

1. 硬件电路和功能

（1）硬件电路

按照上述交通路口红绿灯指示图案显示的要求。用PIC16F877设计的硬件电路如图57所示。

图57

从图57可知，PIC16F877有40个引脚，其I／O口比PIC16F84A多，完全可以满足分时显示上述交通指示图案的要求。

需要说明的是，我们在前面的连载文章中介绍C语言程序时，都是以1 8脚的PlC16F84A单片机为例的，通过本实例大家会看到。只要熟悉了PlC16F84A。会很容易掌握其他多引脚PIC单片机的使用方法的。

由于PIC单片机I／O端1：3每一位的输出电流有限， 即≤ 20mA， 且PORTA、PORTB和PORTE口输出电流的总和不得大于200mA，PORTC和PORTD 口输出电流的总和亦不得大于200mA，而从图57可以看出，PIC16F877单片机的PORTB的PB0～PB7口和PC0、PC1口外接的高亮度LED从十余只到数十只不等，所以对于所有外接有高亮度LED的I／O 口，我们都增加了功率管输出驱动接1：3电路，且外接高亮度LED数量不同（即电流大小的不同），驱动电路亦有所不同。

（2）PIC16F877端口功能位分配

① 管理手掌形红色高亮LED指示灯的端口位。

利用PIC16F877的RB0位。外接单向可控硅SCR1（2A）和多个红色高亮LED （通过布线使多个LED组成图55a所示的手掌图形），采用静止显示方式。通常，组成交通灯的手掌图形大约需要·60只～7O只LED，在我们的设计中，RB0口外接的SCR1回路可接多达100只高亮LED。足以满足设计要求。而RB1位则外接一只PNP型功率三极管V1（2A）和限流电阻R0、偏置电阻R1，组成+24V开关电路，由C程序控制RB0口和RB1 1：3同步定时工作，通过V1的导通或截止来控制是否为SCR1提供+24V工作电压，从而达到令SCR1回路中的红色高亮LED定时点亮或关闭的目的。

② 管理仿人形绿色高亮LED指示灯的端13位。

利用PIC16F877的RB2位，外接单向可控硅SCR2（2A）和多个红色高亮LED（通过布线使多个LED组成图55b所示的仿人形图形），采用静止显示方式。组成该图形大约需要70只LED。而RB3位则外接一只PNP型功率三极管V2（2A）和电阻R2、R3，组成+24V开关电路。

该电路的工作模式与前面介绍的手掌形指示灯完全相似，此处不再赘述。

③ 管理仿自行车形绿色高亮LED指示灯的端口位。

利用RC0、RC1～RC7位， 外接NPN型功率三极管V5～V1 2和若干绿色高亮LED（通过布线使之组成图55c所示的可控制自行车动态显示的图形。该电路工作时，通过控制排列在自行车车轮上的LED分时亮灭，来使人看到好象自行车在转动似的图像， 以提示人或非机动车可以通行。

④ 管理圆形绿色高亮LED的端口位。

利用RB4和RB5外接的单向可控硅SCR3及V3等相关电路，控制如图56所示的绿色高亮LED圆形指示灯，以提示运行机动车通行。

⑤ 管理圆形红色高亮LED的端口位。

利用RB6和RB7外接的单向可控硅SCR4及V4等相关电路，控制如图56所示的红色高亮LED圆形指示灯，以提示禁止机动车通行。

需要说明的是， 图56中的圆形图案是红、绿灯共用的。布线时，应将红、绿色高亮LED相间排列，利用C语言程序，控制红、绿灯LED分时显示即可。

上述各I／O 口的工作，全部受软件（C语言程序）控制。由程序按照各交通路口的规范，控制各高亮LED指示灯图案分时工作，使交通路口的行人、车辆安全有序地通行。

2.C语言程序流程图和C程序

按照图57所示电路，我们可以绘制出城市交通路口直行方向的红、绿灯显示C语言程序流程如图58所示。横行方向的红、绿灯显示C语言程序流程与之相同。此流程图可为大家编辑C语言程序提供思路。

图58

根据图58所示流程编辑的交通路口红绿灯管理C程序清单如下（程序名pic08.C）：

说明：上述交通路1：3红、绿灯C程序，是笔者观察到交通路口的红绿灯图案，编辑该程序的目的，是帮助大家学习C语言程序。对于程序中的延时函数值，读者可以根据需要进行调整，以将其用于其他C程序中，作为可任意改变时间的延时函数值。

需要说明的是，实际的交通路口红、绿灯管理系统，是一种基于多路口的红、绿、黄灯工程管理体系，考虑的问题比本文中的程序更多、更复杂。