基于單片機(jī)的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

滕岳，李德月，劉洋，張晨旭，時(shí)雅濱

（滄州交通學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，河北滄州 061199）

有限的經(jīng)濟(jì)和自然資源的制約條件使得不能通過簡單的不斷擴(kuò)建交通設(shè)施的方法，來滿足現(xiàn)代社會(huì)對交通和車輛日益增長的需求，智能交通控制系統(tǒng)是解決上述問題的好方法[1-2]。通過應(yīng)用智能交通控制系統(tǒng)，交通基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)得到充分利用，交通安全水平會(huì)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(shí)，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(shí)別交通檢測的裝置被應(yīng)用到城市道路上，迅速監(jiān)控車流量的狀態(tài)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(tǒng)完成了四路交通燈設(shè)計(jì)、車流量檢測與紅綠燈時(shí)間調(diào)整，行人闖紅燈警示與拍照。將智能交通控制系統(tǒng)應(yīng)用到城市道路上，將會(huì)有一定的市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)為智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分為交通燈設(shè)計(jì)、行人闖紅燈拍照警示設(shè)計(jì)和車流量檢測設(shè)計(jì)三部分，交通燈系統(tǒng)采用STC89C52 單片機(jī)為核心處理器[9-10]，點(diǎn)陣顯示紅綠黃燈，數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)；行人闖紅燈拍照警示系統(tǒng)以STM32 為核心處理器，紅外光電開關(guān)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(fā)出警報(bào)，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(jìn)行識(shí)別感應(yīng)，當(dāng)車流量較大時(shí)，控制延長綠燈時(shí)間，縮短紅燈時(shí)間，系統(tǒng)整體框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 交通燈電路設(shè)計(jì)

交通燈作為該系統(tǒng)的一部分，主要包括紅黃綠燈的設(shè)計(jì)、倒計(jì)時(shí)顯示設(shè)計(jì)、STC89C52 控制模塊設(shè)計(jì)[11-13]?？刂颇K比較常見，在此不再詳述，紅黃綠燈采用點(diǎn)陣制作完成，其具有顯示清楚、目標(biāo)大、形象等特點(diǎn)，文中共完成了東西南北4 路點(diǎn)陣式紅綠燈設(shè)計(jì)，紅綠黃燈顯示接口電路如圖2 所示；倒計(jì)時(shí)顯示采用雙共陰極數(shù)碼管完成設(shè)計(jì)，數(shù)碼管顯示接口電路如圖3 所示，為了提高I/O 口驅(qū)動(dòng)能力，I/O 口與點(diǎn)陣、數(shù)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(shù)碼管顯示接口電路

2.2 行人闖紅燈警示電路設(shè)計(jì)

1）報(bào)警電路設(shè)計(jì)

報(bào)警電路用于提示行人，當(dāng)紅外探頭檢測到有人通過時(shí)，由單片機(jī)檢測此時(shí)是紅燈還是綠燈，如果檢測為紅燈就會(huì)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，其驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

圖4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

2）攝像頭電路設(shè)計(jì)

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(jìn)行儲(chǔ)存，所以攝像頭模塊是該設(shè)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(fā)應(yīng)用；靈敏度高適合低光照環(huán)境，拍出的照片清晰，能夠作為行人闖紅燈的證據(jù)；攝像頭接口采用8位數(shù)據(jù)模式，可以輸出為壓縮格式的照片，從而可以存儲(chǔ)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(chǔ)電路設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)顯示模塊采用3.5 英寸的電容液晶屏，該液晶屏內(nèi)含有ILI90452LCD 控制芯片，操作簡單，通過對內(nèi)部寄存器的讀寫，既可以顯示靜態(tài)圖片又可以顯示視頻圖像及動(dòng)態(tài)圖形。

為了提高系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力，設(shè)計(jì)了存儲(chǔ)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(shí)際設(shè)計(jì)中引腳數(shù)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(chǔ)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)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(gè)引腳[14-16]。

圖6 存儲(chǔ)卡接口電路

2.3 車流量檢測電路設(shè)計(jì)

采用收發(fā)一體的紅外探頭進(jìn)行車流量的模擬檢測，該探頭響應(yīng)速度可達(dá)到0.1 ms，每分鐘可進(jìn)行30萬次檢測操作，能檢出高速移動(dòng)的微小物體，具有可靠性高、體積小、重量輕、安裝調(diào)試簡單等特點(diǎn)[7]，具體電路比較簡單，主要是一個(gè)電壓比較電路，當(dāng)檢測到車輛時(shí)，電壓高于設(shè)定的閾值電壓時(shí)，電路輸出高電平，當(dāng)未檢測到車輛時(shí)，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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 交通燈控制程序

交通燈控制包含4 種工作狀態(tài)，如表1 所示，初始狀態(tài)為東西紅燈，倒計(jì)時(shí)時(shí)間為30 s，南北綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間為27 s（黃燈時(shí)間為3 s）；交通燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間可以根據(jù)車流量的大小來進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)某一路3個(gè)探頭在紅燈時(shí)同時(shí)被遮擋表示車流量較大，需要減少紅燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間，增加綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間，車流量變小時(shí)恢復(fù)原來狀態(tài)。

表1 交通燈控制狀態(tài)表

3.2 行人闖紅燈警示系統(tǒng)控制流程

行人闖紅燈警示系統(tǒng)在此支路為紅燈時(shí)起作用，當(dāng)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(dāng)檢測到有行人通過時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警示報(bào)警，同時(shí)攝像頭對行人進(jìn)行拍照并存儲(chǔ)，記錄行人闖紅燈行為，作為后續(xù)交通管理的判罰依據(jù)，另外該系統(tǒng)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(tǒng)調(diào)試

現(xiàn)場搭建了智能交通控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)交通燈協(xié)調(diào)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(diào)試

車流量監(jiān)測系統(tǒng)通過3 個(gè)紅外探測器進(jìn)行檢測。該主路為紅燈時(shí)，當(dāng)3 個(gè)紅外探測器均檢測到車輛時(shí)表示車流量大，當(dāng)兩個(gè)紅外傳感器被遮擋時(shí)表示車流量適中，一個(gè)或零個(gè)被遮擋時(shí)表示車流量較小，系統(tǒng)根據(jù)雙向車流量的大小來調(diào)整紅燈和綠燈亮的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)交通的暢通，經(jīng)測試，交通燈能夠根據(jù)車流量情況及時(shí)改變通行時(shí)間。

4.2 行人闖紅燈拍照系統(tǒng)調(diào)試

該文搭建了行人闖紅燈拍照系統(tǒng)，模擬了行人斑馬線，采用紅外探測器檢測是否有行人經(jīng)過。當(dāng)交通燈為紅燈時(shí)，有行人走向斑馬線，紅外探測器會(huì)被遮擋，此時(shí)攝像頭開始拍照，并且發(fā)出警報(bào)來警示行人禁止闖紅燈；綠燈時(shí)該系統(tǒng)不起作用，經(jīng)測試該系統(tǒng)能夠與交通燈協(xié)調(diào)工作，對闖紅燈行為具有一定的警示作用。

5 結(jié)束語

該文利用STC89C52 與STM32 單片機(jī)完成了智能交通控制系統(tǒng)實(shí)物設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)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(diǎn)陣設(shè)計(jì)，STC89C52 單片機(jī)外設(shè)驅(qū)動(dòng)采用74HC595 緩沖器，闖紅燈拍照警示系統(tǒng)采用STM32 作為核心處理器，檢測裝置采用收發(fā)一體的紅外探測器，在紅燈時(shí)分別進(jìn)行車流量檢測與行人闖紅燈檢測。經(jīng)測試，該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對于疏解交通、提醒違反交通規(guī)則的行人具有一定的意義。