基于STM32的智能交通燈系統

湖北民族學院　聶云浩　邱　達　游　超　王　飛　李景花

基于STM32的智能交通燈系統

湖北民族學院聶云浩邱達游超王飛李景花

為了解決城市交通擁擠問題，本文進行了基于STM32微控制器與光電傳感單元的控制智能交通燈系統的設計，其設計在于：包括STM32微控制器、光電傳感單元、交通燈模擬單元、供電單元和信號采集單元；光電傳感單元與微控制器相連，用于檢測道路的車流量；信號采集單元與微控制器相連，用于收集道路車流量信息；交通燈模擬單元與微控制器相連，用于顯示紅綠燈的計時和微控制器的程序設定；供電單元，用于給微控制器、光電傳感單元、交通燈模擬單元、信號采集單元等供電，當道路車輛增多，路況擁擠時，通過基于STM32的外部中斷、內部中斷算法對紅綠燈可進行實時的動態改變，實行智能控制。

STM32微控制器；光電傳感單元；智能交通燈系統

0　引言

交通燈控制系統是現代城市交通控制和疏導的主要手段，但目前絕大多數交通燈其時間都是設定好的，無論是車流高峰還是低谷，紅綠燈的時間都固定不變。還有一些交通燈能根據簡單劃分的時間段來調整時間，但控制起來都不是很靈活，這使得城市車流的調節不能達到最優，隨著交通需求越來越旺盛，而我國城市中小交通管理和交通安全的現代化設施卻做得不足。智能交通系統主要是為解決人類交通因車輛的增多而日益擁堵帶來的問題本章闡述智能交通系統（ITS）領域，特別涉及一種基于STM32單片機的信息采集與智能控制系統，通過對道路車流量信息的實時采集，在不同的車流量路況下，實現交通系統的紅綠燈時間智能調節。

1　系統總體架構

本設計是一種基于STM32智能交通燈系統，其設計在于：包括STM32微控制器、光電傳感單元、交通燈模擬單元、供電單元和信號采集單元。在十字路口相應的位置安裝上紅外傳感器，以進行對車流量的統計，通過車流量檢測的智能交通控制系統，是對十字路口紅綠燈進行實時控制，減少十字路口車輛的滯留，提高道路的通率，緩解交通的擁擠。

系統的整體框圖如圖1所示：

圖1　系統整體框圖

整個系統的工作原理是：通過算法實現智能交通信號燈的智能控制系統。智能交通燈控制系統通常要實現自動控制和緊急情況。通過采用基于單片機的交通燈控制系統的設計，實現以下功能：

（1）自動控制十字路口四組紅、綠交通燈的狀態轉換，實現十字路口交通管理的自動化。

（2）根據車流量的實際情況， 固定信號周期自動調節紅綠燈配時比例， 以盡量減少道路交通路口的車輛滯留， 實現交通燈的智能化控制。

2　系統硬件電路設計

硬件電路為整個系統搭建了平臺，是整個系統實現的基礎。該系統采用Stm32單片機為主控芯片，通過外部中斷采集光電傳感器的車流量計數，根據橫向與縱向道路的車流量差別，內部中斷實現紅綠燈運行模式的切換，減少道路交通路口的車輛滯留， 實現交通燈的智能化控制。

2.1光電傳感器檢測電路

光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號，在本系統實現中，當道路上有車輛經過時，光電傳感器產生信號并傳送給單片機進行車流量統計。

如圖2所示為光電傳感器檢測電路。

圖2　光電傳感器檢測電路

2.2微處理器STM32F103介紹

STM32F103處理器具有ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。能進行單周期乘法和硬件除法，在片上集成32-512KB的Flash存儲器，6-64KB的SRAM存儲器，3個12位的us級的A/D轉換器（16通道），2通道12位D/A轉換器，最多多達11個定時器，最多多達13個通信接口，帶有低功耗的特性，性價比較高，在本設計中優先選擇。

3　智能交通燈系統的實現及軟件設計

通過上述硬件系統的實現，構建模擬的交通系統模型如圖3所示。

圖3　智能交通系統模型圖

為實現交通系統的智能調節設計如圖4所示為智能交通系統的程序流圖。

智能交通燈統程序設計流程圖如圖4所示，其主要包括：（1）紅外檢測：通過光電傳感器檢測道路的車流量。（2）外部中斷：采集光電傳感器的檢測計數，通過對橫向與縱向車流量的差異判斷是否改變運行模式。（3）內部中斷智能調節：單片機根據已采集的道路上的車流量改變運行模式，增加擁擠道路的通行時間以減少道路交通路口的車輛滯留， 實現交通燈的智能化控制。

圖4　智能交通系統程序框圖

圖5　模式橫向車道左轉

圖6　擁擠模式橫向車道左轉

如圖4所示的程序流程圖，當橫向車道數量超過縱向車道數量達到一個門檻值時（門檻值為50），且處于下一個紅綠燈周期時，交通系統改變為擁擠模式，t1和t2對應橫向車道左轉時間和直行時間增加；next==1表征著下個紅綠燈周期；相反的next==0表示本紅綠燈周期。這是為了防止在紅綠燈運行的本周期內，車流量超過門檻值時，引起紅綠燈計時時間的跳變，同理縱向車道如此設計。如圖5所示為交通系統在正常模式下的橫向車道運行情況。

當橫向車道數量超過縱向車道數量達到一個門檻值時，且處于下一個紅綠燈周期時，交通系統改變為擁擠模式，t1和t2對應橫向車道左轉時間和直行時間增加，如圖6所示。

4　結語

本系統基于STM32的智能交通燈系統，其特征是：在紅綠燈運行時，當有車輛通過，信號采集單元輸出一個幅值為3V左右的高電平，微控制器接收此信號并計數，十字路口處各進車車道都設有相隔間距為100米的信號采集模塊，車道滯留車輛為前后兩個模塊計數值之差，當各車道滯留車輛未超過擁堵設置量時，十字路口處紅綠燈以固定模式控制各路口車輛通行，當出現任一車道滯留車輛超過預設值，微控制器增加該車道通行時間；需要注意的是該系統是以固定模式運行，微控制器調節是在此模式上增加相應擁堵車道通行時間。在實踐調節中，車流量的計數識別上仍然存在計數不全面的問題，所以該系統還需要更加精準的車輛識別技術，在后續的過程中將進行射頻識別加入到系統中已實現更加精確的車量計數。

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湖北省大學生創新創業訓練項目（201510517017）。

邱達。