基于單片機的智能交通控制系統設計

滕岳，李德月，劉洋，張晨旭，時雅濱

（滄州交通學院電子與電氣工程學院，河北滄州 061199）

有限的經濟和自然資源的制約條件使得不能通過簡單的不斷擴建交通設施的方法，來滿足現代社會對交通和車輛日益增長的需求，智能交通控制系統是解決上述問題的好方法[1-2]。通過應用智能交通控制系統，交通基礎設施會得到充分利用，交通安全水平會得到大幅提高。另外，在道路上，由于車流量比較大，交通堵塞時，還需要交警來指揮交通，不僅工作量大，而且工作效率還低，甚至有著安全隱患[3-5]。因此如果能有一種智能識別交通檢測的裝置被應用到城市道路上，迅速監控車流量的狀態以及檢測行人闖紅燈行為，就可能使人們擺脫交通堵塞的煩惱[6-8]。

該系統完成了四路交通燈設計、車流量檢測與紅綠燈時間調整，行人闖紅燈警示與拍照。將智能交通控制系統應用到城市道路上，將會有一定的市場發展潛力。

1 系統整體設計

該設計為智能交通控制系統設計，分為交通燈設計、行人闖紅燈拍照警示設計和車流量檢測設計三部分，交通燈系統采用STC89C52 單片機為核心處理器[9-10]，點陣顯示紅綠黃燈，數碼管顯示倒計時；行人闖紅燈拍照警示系統以STM32 為核心處理器，紅外光電開關檢測是否有行人闖紅燈行為，攝像頭拍攝行人照片，蜂鳴器發出警報，LCD 顯示屏可直接顯示行人圖像與圖像回看等；車流量檢測利用紅外傳感器進行識別感應，當車流量較大時，控制延長綠燈時間，縮短紅燈時間，系統整體框圖如圖1 所示。

圖1 系統整體框圖

2 系統硬件設計

2.1 交通燈電路設計

交通燈作為該系統的一部分，主要包括紅黃綠燈的設計、倒計時顯示設計、STC89C52 控制模塊設計[11-13]。控制模塊比較常見，在此不再詳述，紅黃綠燈采用點陣制作完成，其具有顯示清楚、目標大、形象等特點，文中共完成了東西南北4 路點陣式紅綠燈設計，紅綠黃燈顯示接口電路如圖2 所示；倒計時顯示采用雙共陰極數碼管完成設計，數碼管顯示接口電路如圖3 所示，為了提高I/O 口驅動能力，I/O 口與點陣、數碼管之間通過74HC595 緩沖器連接。

圖2 紅綠黃燈顯示接口電路

圖3 數碼管顯示接口電路

2.2 行人闖紅燈警示電路設計

1）報警電路設計

報警電路用于提示行人，當紅外探頭檢測到有人通過時，由單片機檢測此時是紅燈還是綠燈，如果檢測為紅燈就會觸發蜂鳴器報警，其驅動電路如圖4所示。

圖4 報警電路設計

2）攝像頭電路設計

行人闖紅燈檢測警示裝置的核心功能在于能夠拍攝闖紅燈的照片并進行儲存，所以攝像頭模塊是該設備的核心模塊，攝像頭選擇了支持200 萬像素的OV2640，該攝像頭供電電壓低，適合于STM32 的開發應用；靈敏度高適合低光照環境，拍出的照片清晰，能夠作為行人闖紅燈的證據；攝像頭接口采用8位數據模式，可以輸出為壓縮格式的照片，從而可以存儲更多的照片。攝像頭接口電路如圖5 所示。

圖5 攝像頭接口電路

3）顯示與存儲電路設計

該設計顯示模塊采用3.5 英寸的電容液晶屏，該液晶屏內含有ILI90452LCD 控制芯片，操作簡單，通過對內部寄存器的讀寫，既可以顯示靜態圖片又可以顯示視頻圖像及動態圖形。

為了提高系統的存儲能力，設計了存儲卡電路，其有兩種操作模式，分別為SPI 總線模式和SD 總線模式，考慮到在實際設計中引腳數量有限，采用SPI模式與STM32 通信，剛好可以讓STM32 利用SPI 接口來和存儲卡進行數據通信，即數據的存儲和讀取等操作，其接口電路如圖6 所示，該電路中用到了SDIO_SCK、SDIO_CMD、SDIO_D0、SDIO_D3 4 個引腳[14-16]。

圖6 存儲卡接口電路

2.3 車流量檢測電路設計

采用收發一體的紅外探頭進行車流量的模擬檢測，該探頭響應速度可達到0.1 ms，每分鐘可進行30萬次檢測操作，能檢出高速移動的微小物體，具有可靠性高、體積小、重量輕、安裝調試簡單等特點[7]，具體電路比較簡單，主要是一個電壓比較電路，當檢測到車輛時，電壓高于設定的閾值電壓時，電路輸出高電平，當未檢測到車輛時，電路輸出低電平，這樣就通過檢測電路輸出的高低電平來確定有車無車。

3 系統軟件設計

3.1 交通燈控制程序

交通燈控制包含4 種工作狀態，如表1 所示，初始狀態為東西紅燈，倒計時時間為30 s，南北綠燈倒計時時間為27 s（黃燈時間為3 s）；交通燈倒計時時間可以根據車流量的大小來進行調整，當某一路3個探頭在紅燈時同時被遮擋表示車流量較大，需要減少紅燈倒計時時間，增加綠燈倒計時時間，車流量變小時恢復原來狀態。

表1 交通燈控制狀態表

3.2 行人闖紅燈警示系統控制流程

行人闖紅燈警示系統在此支路為紅燈時起作用，當紅燈亮起后，紅外探測裝置探測是否有行人闖紅燈過馬路，當檢測到有行人通過時，蜂鳴器發出警示報警，同時攝像頭對行人進行拍照并存儲，記錄行人闖紅燈行為，作為后續交通管理的判罰依據，另外該系統支持照片回看功能；其中行人闖紅燈檢測流程如圖7 所示，觸摸屏顯示模塊操作流程如圖8 所示。

圖7 行人闖紅燈檢測流程圖

圖8 觸摸屏顯示模塊流程圖

4 智能交通控制系統調試

現場搭建了智能交通控制系統，該系統能夠實現交通燈協調控制、車流量檢測與控制、行人闖紅燈拍照警示。

4.1 交通燈及車流量檢測調試

車流量監測系統通過3 個紅外探測器進行檢測。該主路為紅燈時，當3 個紅外探測器均檢測到車輛時表示車流量大，當兩個紅外傳感器被遮擋時表示車流量適中，一個或零個被遮擋時表示車流量較小，系統根據雙向車流量的大小來調整紅燈和綠燈亮的時間，從而實現交通的暢通，經測試，交通燈能夠根據車流量情況及時改變通行時間。

4.2 行人闖紅燈拍照系統調試

該文搭建了行人闖紅燈拍照系統，模擬了行人斑馬線，采用紅外探測器檢測是否有行人經過。當交通燈為紅燈時，有行人走向斑馬線，紅外探測器會被遮擋，此時攝像頭開始拍照，并且發出警報來警示行人禁止闖紅燈；綠燈時該系統不起作用，經測試該系統能夠與交通燈協調工作，對闖紅燈行為具有一定的警示作用。

5 結束語

該文利用STC89C52 與STM32 單片機完成了智能交通控制系統實物設計，能夠實現交通燈控制、車流量檢測、行人闖紅燈拍照警示。紅綠黃燈采用點陣設計，STC89C52 單片機外設驅動采用74HC595 緩沖器，闖紅燈拍照警示系統采用STM32 作為核心處理器，檢測裝置采用收發一體的紅外探測器，在紅燈時分別進行車流量檢測與行人闖紅燈檢測。經測試，該系統能夠正常運轉，對于疏解交通、提醒違反交通規則的行人具有一定的意義。