基于STM32單片機的智能紅綠燈設備

顧成才 王大雷

宿州學院

目前，大部分城市交通信號燈的控制方法是：事先經過車流量的調查，利用統計得來的時間，控制信號燈的時長。然而，不同的路口，不同的時間等，都會影響車流量。本文設計的智能紅綠燈控制系統解決了控制系統存在的問題[1]，具有安全、易擴展和成本低等特點，整個控制系統采用了模塊化設計思想[2]，降低了系統的設計難度。

一、系統總體設計

根據本控制系統功能需求進行分析并結合現有的技術手段，將系統主要分為以下幾個模塊：信號采集輸入模塊、控制中心模塊、執行機構模塊和輸出模塊[3-4]。

本系統的主要架構是通過傳感器模塊采集信號，運用I/O把采集的信號送入單片機控制中心進行處理，處理后的結果反饋給執行機構作進一步處理，再通過通信協議把結果顯示到輸出模塊[5]。

系統正常運行時南北或者東西紅綠燈交替運行，若南北或者東西車輛較多，則綠燈時間相應延長，LCD1602液晶顯示屏實時顯示系統運行信息。

（一）硬件系統設計。本文的控制系統是以器件集成化方法進行研究的設計，主要是將集成化的器件分成塊狀的控制部分。研究的數據處理分支和數據傳輸分支，分別滿足各部分所需要的功能，所有的分支完成后組合在一起，設計出完整的控制系統，最后進行綜合測試。本控制系統選擇以ARM Cortex-M3內核的STM32系列MCU為信號處理中心[6]，紅外避障電路作為信號輸入端，LED燈和LCD1602液晶顯示屏作為信號輸出端。首先由總電源轉換電路為STM32系列MCU提供電源，使電路正常工作；其次紅外避障傳感器進行工作，將檢測到的車輛或行人信息輸入到MCU中；經過MCU處理將最終的結果用LED燈和LCD1602液晶顯示屏進行展示。

（二）軟件系統設計。本系統設計主要采用Keil uVision5軟件編寫與調試程序，程序語言采取易讀性和移植性更高的C語言編寫。當系統上電后，首先進行模塊初始化，若有模塊器件損壞，則不能正常運行；其次系統開始采集數據和處理數據，若處理的數據正確，則開始接受數據并傳輸到輸出端作進一步處理。控制器與各個電路模塊間數據通信主要有一個主流程和四個子流程，主流程是系統軟件不斷訪問各個子模塊以及子模塊把數據反饋到控制中心，子流程是請求處理數據信號與相應功能子函數之間的通信。

二、系統信號采集與處理

（一）紅外傳感器程序設計。紅外傳感器系統程序，采用信號查詢方式進行。系統上電后，首先進行模塊初始化，然后傳感器發送紅外信號，當有信號反射回來時，系統自動計算高電平持續時間，利用這個時間就能計算傳感器到遮擋物之間的距離是否在檢測范圍內。

（二）LCD1602顯示屏程序設計。系統上電后，LCD1602顯示屏首先進行模塊初始化，然后顯示固定不變的字符；若液晶空閑，則控制中心給液晶發送顯示的字符，若顯示的字符有效，則LCD1602顯示屏輸出顯示。

三、系統實驗結果

1.道路為東西南北走向的十字路口，每條馬路各有2套紅綠燈，即紅、黃、綠。系統正常模式下，均為紅燈亮10秒，然后黃燈亮3秒，然后綠燈亮10秒，并依次循環。（同一時刻，每套紅綠燈系統只有1個燈亮）

2.在南北方向的馬路增加1路紅外避障檢測，如果南北綠燈情況下，檢測到車輛過多以5個位例，5個及以上，綠燈延時10s，對應東西紅燈相應延時10s。保證南北綠燈時間延長，通車多，防止堵車；在東西方向的馬路增加1路紅外避障檢測，如果東西綠燈情況下，檢測到車輛過多以5個位例，5個及以上，綠燈延時10s，對應南北紅燈相應延時10s。保證東西綠燈時間延長，通車多，防止堵車。

3.每次綠燈，人數過多只能延時一次，否則影響另一方向車道行駛。LCD1602顯示屏顯示東西南北燈的參數，以及車流量參數。

結束語：本文參考和研究分析了目前所擁有的智能紅綠燈系統，利用STM32 F103單片機為控制芯片，利用各個組合模塊電路，主要以硬件設備小型化、程序設計模塊化的方向，設計了這款數字智能控制系統方案。簡要說明了這種研究方法中所包含的關鍵技術和應用平臺，包括各種硬件模塊電路的設計等。使交通得以有效管制，疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故。保障道路高效運行，保障行人全部安全通過紅綠燈，盡量避免行人需要連奔帶跑過馬路的問題。