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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)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(cè)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(cè)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(cè)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]。控制模塊比較常見，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(cè)到有人通過時(shí)，由單片機(jī)檢測(cè)此時(shí)是紅燈還是綠燈，如果檢測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)，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(cè)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(cè)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(cè)到車輛時(shí)，電路輸出低電平，這樣就通過檢測(cè)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(cè)裝置探測(cè)是否有行人闖紅燈過馬路，當(dāng)檢測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(chǎng)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(cè)與控制、行人闖紅燈拍照警示。

4.1 交通燈及車流量檢測(cè)調(diào)試

車流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過3 個(gè)紅外探測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。該主路為紅燈時(shí)，當(dāng)3 個(gè)紅外探測(cè)器均檢測(cè)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(cè)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(cè)器檢測(cè)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(cè)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(cè)試該系統(tǒng)能夠與交通燈協(xié)調(diào)工作，對(duì)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(cè)、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(cè)裝置采用收發(fā)一體的紅外探測(cè)器，在紅燈時(shí)分別進(jìn)行車流量檢測(cè)與行人闖紅燈檢測(cè)。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于疏解交通、提醒違反交通規(guī)則的行人具有一定的意義。