基于STM32單片機(jī)的智能紅綠燈設(shè)備

顧成才 王大雷

宿州學(xué)院

目前，大部分城市交通信號燈的控制方法是：事先經(jīng)過車流量的調(diào)查，利用統(tǒng)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(shè)計的智能紅綠燈控制系統(tǒng)解決了控制系統(tǒng)存在的問題[1]，具有安全、易擴(kuò)展和成本低等特點(diǎn)，整個控制系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計思想[2]，降低了系統(tǒng)的設(shè)計難度。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)本控制系統(tǒng)功能需求進(jìn)行分析并結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)手段，將系統(tǒng)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(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊和輸出模塊[3-4]。

本系統(tǒng)的主要架構(gòu)是通過傳感器模塊采集信號，運(yùn)用I/O把采集的信號送入單片機(jī)控制中心進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果反饋給執(zhí)行機(jī)構(gòu)作進(jìn)一步處理，再通過通信協(xié)議把結(jié)果顯示到輸出模塊[5]。

系統(tǒng)正常運(yùn)行時南北或者東西紅綠燈交替運(yùn)行，若南北或者東西車輛較多，則綠燈時間相應(yīng)延長，LCD1602液晶顯示屏實(shí)時顯示系統(tǒng)運(yùn)行信息。

（一）硬件系統(tǒng)設(shè)計。本文的控制系統(tǒng)是以器件集成化方法進(jìn)行研究的設(shè)計，主要是將集成化的器件分成塊狀的控制部分。研究的數(shù)據(jù)處理分支和數(shù)據(jù)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(shè)計出完整的控制系統(tǒng)，最后進(jìn)行綜合測試。本控制系統(tǒng)選擇以ARM Cortex-M3內(nèi)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(zhuǎn)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(jìn)行工作，將檢測到的車輛或行人信息輸入到MCU中；經(jīng)過MCU處理將最終的結(jié)果用LED燈和LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行展示。

（二）軟件系統(tǒng)設(shè)計。本系統(tǒng)設(shè)計主要采用Keil uVision5軟件編寫與調(diào)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(dāng)系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行模塊初始化，若有模塊器件損壞，則不能正常運(yùn)行；其次系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，若處理的數(shù)據(jù)正確，則開始接受數(shù)據(jù)并傳輸?shù)捷敵龆俗鬟M(jìn)一步處理?？刂破髋c各個電路模塊間數(shù)據(jù)通信主要有一個主流程和四個子流程，主流程是系統(tǒng)軟件不斷訪問各個子模塊以及子模塊把數(shù)據(jù)反饋到控制中心，子流程是請求處理數(shù)據(jù)信號與相應(yīng)功能子函數(shù)之間的通信。

二、系統(tǒng)信號采集與處理

（一）紅外傳感器程序設(shè)計。紅外傳感器系統(tǒng)程序，采用信號查詢方式進(jìn)行。系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行模塊初始化，然后傳感器發(fā)送紅外信號，當(dāng)有信號反射回來時，系統(tǒng)自動計算高電平持續(xù)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(nèi)。

（二）LCD1602顯示屏程序設(shè)計。系統(tǒng)上電后，LCD1602顯示屏首先進(jìn)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(fā)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(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(tǒng)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(huán)。（同一時刻，每套紅綠燈系統(tǒng)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(yīng)東西紅燈相應(yīng)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(yīng)南北紅燈相應(yīng)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(shù)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(shù)，以及車流量參數(shù)。

結(jié)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(tǒng)，利用STM32 F103單片機(jī)為控制芯片，利用各個組合模塊電路，主要以硬件設(shè)備小型化、程序設(shè)計模塊化的方向，設(shè)計了這款數(shù)字智能控制系統(tǒng)方案。簡要說明了這種研究方法中所包含的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用平臺，包括各種硬件模塊電路的設(shè)計等。使交通得以有效管制，疏導(dǎo)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(yùn)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。