過街人行橫道信號燈智能化設計＊

周玉宏

過街人行橫道信號燈智能化設計＊

周玉宏

（武警海警學院，浙江 寧波 315801）

隨著車流量和人流量的增加，交通狀況更加復雜。為了確保行人在人行橫道線上的交通安全，提高道路通行的效率和安全性，改變交通擁堵的現象，縮短車輛延誤時長，在分析人行橫道路口實際車流情況和實際交通控制系統的硬件基礎上，通過使用EDA技術設計實現人行橫道路口信號燈智能控制，并利用紅外探測、語音提示等技術使其能被方便使用。

交通信號燈；人行橫道；單片機；STC89C52

行人在人行橫道線上被機動車撞擊致傷致死的交通事故時有發生。為確保行人在人行橫道線上的交通安全，國內多地公安交通管理部門依據《中華人民共和國道路交通安全法》等相關法律法規和公安行業標準GA/T1244—2015《人行橫道道路交通安全違法行為監測記錄系統通用技術條件》的要求，在人行橫道線位置前（后）設置“機動車不禮讓行人違法行為抓拍電子設備”，對在人行橫道線上不禮讓行人的機動車進行自動抓拍，并對機動車駕駛人進行罰款和記分的處罰[1]。從目前國內路段設置人行橫道線的情況看，多數未設置行人信號燈和機動車信號燈，或設置的信號燈功能過于簡單。在人行橫道的通行過程中易出現以下問題：①高峰期行人過馬路零散不斷，導致車輛堵塞；②駕駛員和行人對對方下一步行為存在疑惑，容易形成誤判，導致交通事故發生；③夜晚或學生集中地極易發生交通事故；④傳統的信號燈在無行人時也會有紅燈等待時間，降低了通行效率。

隨著車流量和人流量的增加，道路的通行安全和通行效率顯得尤為重要，本文通過設計一種智能信號燈解決了上述問題。

1 信號燈工作時序設計

信號燈時序如圖1所示。

圖1 信號燈時序圖

在道路兩側行人等候區紅綠燈立柱上各設置2個按鈕，兩測按鈕為邏輯“或”關系。按鈕按有效時段和無效時段觸發不同效果，當車行道綠燈時間超過40 s（設定值）時按鈕有效，否則無效。按鈕在有效時段被按下才有效，否則提示語音：“請稍等”。此設置主要是防止人流零散不斷，導致車輛無法通過。當按鈕在有效時段被按下后，人行道和車行道信號燈按圖1所示運行。從按鈕按下到人車都通行結束為一個運轉周期，在運轉周期內，按鈕為無效時段。在無效時段按鈕被按下后，當一個運轉周期結束，系統自動進入下一個周期。如果按鈕不再被按下，一個周期結束后，人行指示燈保持紅燈，車型指示燈保持綠燈。

2 系統硬件設計

2.1 主控芯片

單片機采用STC89C52，STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器[2]，可直接使用串口下載，使用維護方便。STC89C52具有以下標準功能：8k字節Flash，512字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內置4 KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷。內置EEPROM用來存儲設置的紅路燈數據，從而無需外加存儲數據芯片。

2.2 顯示和指示硬件

4對2位的共陽極數碼管顯示讀秒，車行道一對，人行道一對。1組對稱的紅綠燈用來指示車行道，人行道由一對人行動態紅綠燈控制。1塊LCD1602液晶用來顯示和設置紅綠燈時長數據，配套4個按鍵，分別為設置、減小、增加和確定，用來設置兩側紅綠燈的讀秒時間。

2.3 語音播放

語音播放模塊采用JR6001模塊，可將多段語音存儲于芯片內，32 M內存，單片機串口控制播放，芯片自帶功放，可直接驅動小功率喇叭。JR6001語音模塊連接如圖2所示。

圖2 JR6001語音模塊連接圖

2.4 紅外探測電路

該電路用來探測人行通道附近是否有行人，如果有，則提示“過馬路，請按按鈕，等綠燈時再通行”。人體探測模塊采用人體紅外感應模塊HC-SR501，HC-SR501是一款基于熱釋電效應的人體熱釋運動傳感器，能檢測到人體或者動物上發出的紅外線[3]。這個傳感器模塊可以通過2個旋鈕調節檢測3～7 m的范圍，人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平，人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平，直接進行5 V供電，將輸出與單片機P1.6連接。

2.5 系統供電硬件設計

系統采用5 V直流穩壓電源供電。STC89C52供電電壓5 V，HC-SR501工作電壓范圍寬，默認工作電壓DC4.5 V～DC20 V；JR6001供電電壓3.6～5.2 V，可直接用5 V供電，但JR6001的串口為3.3 V的TTL電平，接線時需要串：接1 kΩ的電阻。

2.6 STC89C52芯片I/O引腳分配

STC89C52單片機引腳分配如表1所示。

表1 單片機I/O口分配

I/O分配 P0.0～P0.7數碼管輸入、LED輸入 P1.0、P1.1數碼管片選 P1.2～P1.4信號燈按鈕 P1.5人行道按鈕 P1.6HC-SR501輸出 P1.7JR6001忙狀態監測 P2.0～P2.4LCD1602設置按鍵 P2.5、P2.6、P2.7RS、RW 、EN（LED） P3.1、P3.2JR6001串口通信

3 系統軟件設計

軟件流程如圖3所示。系統啟動時自動從內置EEPROM中讀取設置[3]的時間，并顯示在1602液晶顯示屏上，然后系統自動進入車行道綠燈模式，這時如果人行按鈕有人按下，則車行道紅燈進入10 s倒計時，到最后3 s紅燈變黃燈閃爍，倒計時完畢，車行道變紅燈，人行道燈變綠燈，并語音提示：“行人請通行”，然后人行燈20 s倒計時，倒計時到10 s，人行燈綠燈閃爍，倒計時歸零后人行燈變紅燈，車行道變綠燈。車行道綠燈期間，如果沒有人行按鈕按下，則一直保持綠燈。人行燈一旦被按下，一直到車行道保持綠燈40 s，這段時間為一個周期，在此周期內，人行按鈕多次被按下只會發出語音提示“請稍等”，其他無效。車行道延時可以充分保證行車道車輛也能流暢通過。

圖3 軟件流程圖

行人側每個側面對稱地設置2個按鈕，2個按鈕一上一下，一個為普通人提供服務，另一個為一個行動不便者提供服務，2個按鈕為“或”的關系，效果相同。

4 電路仿真

電路用Proteus軟件進行仿真。Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅可以進行電路仿真，還可以進行單片機仿真[5]。因為軟件內暫時無人行指示燈，所以由普通紅綠燈代替。軟件內暫無STC89C52，因STC89C52為和AT89C52的引腳完全兼容，硬件連接基本一樣，程序完全通用，所以單片機由AT89C52替代。因指示電路完全對稱，所以仿真電路只畫出了一半。經仿真，系統運行正常，仿真截圖如圖4所示。

圖4 Proteus模擬仿真運行圖

5 結語

基于51單片機設計的智能紅綠燈系統，通過按鍵操作，加入語音提醒，可以有效減少事故的發生，改善道路通行狀況，提高道路的通行能力。51單片機易于開發，非常容易實現和外部設備的通行和控制，大大提高了系統的靈活性和實用性。

［1］王建強，祖永昶，王波.人行橫道線上行人和機動車通行路權分析［J］.中國人民公安大學學報（自然科學版），2018，24（2）：92-94.

［2］張興輝，陳守滿.基于STC89C52RC單片機的無線呼叫系統設計［J］.現代電子技術，2011，34（13）：186-188.

［3］謝永超，章若冰，嚴俊.基于HC-SR501和DS18B20的人體感應溫控直流電機控制器的設計［J］.電子設計工程，2020，28（3）：60-64.

［4］劉凱凱，孫緒保，高飛，等.基于內部EEPROM的自動電子定時開關的設計［J］.微型機與應用，2011，30（7）：114-115，118.

［5］陳立奇.基于單片機的嵌入式多電機智能控制系統設計［J］.計算機測量與控制，2020，28（5）：117-122.

TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.054

2095－6835（2020）18－0134－02

武警海警學院項目（編號：YB201906）

周玉宏（1978—），男，武警海警學院基礎部，碩士研究生，副教授，主要研究方向為單片機、電子技術。

〔編輯：張思楠〕