基于单片机的智能交通控制系统设计

滕岳，李德月，刘洋，张晨旭，时雅滨

（沧州交通学院电子与电气工程学院，河北沧州 061199）

有限的经济和自然资源的制约条件使得不能通过简单的不断扩建交通设施的方法，来满足现代社会对交通和车辆日益增长的需求，智能交通控制系统是解决上述问题的好方法[1-2]。通过应用智能交通控制系统，交通基础设施会得到充分利用，交通安全水平会得到大幅提高。另外，在道路上，由于车流量比较大，交通堵塞时，还需要交警来指挥交通，不仅工作量大，而且工作效率还低，甚至有着安全隐患[3-5]。因此如果能有一种智能识别交通检测的装置被应用到城市道路上，迅速监控车流量的状态以及检测行人闯红灯行为，就可能使人们摆脱交通堵塞的烦恼[6-8]。

该系统完成了四路交通灯设计、车流量检测与红绿灯时间调整，行人闯红灯警示与拍照。将智能交通控制系统应用到城市道路上，将会有一定的市场发展潜力。

1 系统整体设计

该设计为智能交通控制系统设计，分为交通灯设计、行人闯红灯拍照警示设计和车流量检测设计三部分，交通灯系统采用STC89C52 单片机为核心处理器[9-10]，点阵显示红绿黄灯，数码管显示倒计时；行人闯红灯拍照警示系统以STM32 为核心处理器，红外光电开关检测是否有行人闯红灯行为，摄像头拍摄行人照片，蜂鸣器发出警报，LCD 显示屏可直接显示行人图像与图像回看等；车流量检测利用红外传感器进行识别感应，当车流量较大时，控制延长绿灯时间，缩短红灯时间，系统整体框图如图1 所示。

图1 系统整体框图

2 系统硬件设计

2.1 交通灯电路设计

交通灯作为该系统的一部分，主要包括红黄绿灯的设计、倒计时显示设计、STC89C52 控制模块设计[11-13]。控制模块比较常见，在此不再详述，红黄绿灯采用点阵制作完成，其具有显示清楚、目标大、形象等特点，文中共完成了东西南北4 路点阵式红绿灯设计，红绿黄灯显示接口电路如图2 所示；倒计时显示采用双共阴极数码管完成设计，数码管显示接口电路如图3 所示，为了提高I/O 口驱动能力，I/O 口与点阵、数码管之间通过74HC595 缓冲器连接。

图2 红绿黄灯显示接口电路

图3 数码管显示接口电路

2.2 行人闯红灯警示电路设计

1）报警电路设计

报警电路用于提示行人，当红外探头检测到有人通过时，由单片机检测此时是红灯还是绿灯，如果检测为红灯就会触发蜂鸣器报警，其驱动电路如图4所示。

图4 报警电路设计

2）摄像头电路设计

行人闯红灯检测警示装置的核心功能在于能够拍摄闯红灯的照片并进行储存，所以摄像头模块是该设备的核心模块，摄像头选择了支持200 万像素的OV2640，该摄像头供电电压低，适合于STM32 的开发应用；灵敏度高适合低光照环境，拍出的照片清晰，能够作为行人闯红灯的证据；摄像头接口采用8位数据模式，可以输出为压缩格式的照片，从而可以存储更多的照片。摄像头接口电路如图5 所示。

图5 摄像头接口电路

3）显示与存储电路设计

该设计显示模块采用3.5 英寸的电容液晶屏，该液晶屏内含有ILI90452LCD 控制芯片，操作简单，通过对内部寄存器的读写，既可以显示静态图片又可以显示视频图像及动态图形。

为了提高系统的存储能力，设计了存储卡电路，其有两种操作模式，分别为SPI 总线模式和SD 总线模式，考虑到在实际设计中引脚数量有限，采用SPI模式与STM32 通信，刚好可以让STM32 利用SPI 接口来和存储卡进行数据通信，即数据的存储和读取等操作，其接口电路如图6 所示，该电路中用到了SDIO_SCK、SDIO_CMD、SDIO_D0、SDIO_D3 4 个引脚[14-16]。

图6 存储卡接口电路

2.3 车流量检测电路设计

采用收发一体的红外探头进行车流量的模拟检测，该探头响应速度可达到0.1 ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体，具有可靠性高、体积小、重量轻、安装调试简单等特点[7]，具体电路比较简单，主要是一个电压比较电路，当检测到车辆时，电压高于设定的阈值电压时，电路输出高电平，当未检测到车辆时，电路输出低电平，这样就通过检测电路输出的高低电平来确定有车无车。

3 系统软件设计

3.1 交通灯控制程序

交通灯控制包含4 种工作状态，如表1 所示，初始状态为东西红灯，倒计时时间为30 s，南北绿灯倒计时时间为27 s（黄灯时间为3 s）；交通灯倒计时时间可以根据车流量的大小来进行调整，当某一路3个探头在红灯时同时被遮挡表示车流量较大，需要减少红灯倒计时时间，增加绿灯倒计时时间，车流量变小时恢复原来状态。

表1 交通灯控制状态表

3.2 行人闯红灯警示系统控制流程

行人闯红灯警示系统在此支路为红灯时起作用，当红灯亮起后，红外探测装置探测是否有行人闯红灯过马路，当检测到有行人通过时，蜂鸣器发出警示报警，同时摄像头对行人进行拍照并存储，记录行人闯红灯行为，作为后续交通管理的判罚依据，另外该系统支持照片回看功能；其中行人闯红灯检测流程如图7 所示，触摸屏显示模块操作流程如图8 所示。

图7 行人闯红灯检测流程图

图8 触摸屏显示模块流程图

4 智能交通控制系统调试

现场搭建了智能交通控制系统，该系统能够实现交通灯协调控制、车流量检测与控制、行人闯红灯拍照警示。

4.1 交通灯及车流量检测调试

车流量监测系统通过3 个红外探测器进行检测。该主路为红灯时，当3 个红外探测器均检测到车辆时表示车流量大，当两个红外传感器被遮挡时表示车流量适中，一个或零个被遮挡时表示车流量较小，系统根据双向车流量的大小来调整红灯和绿灯亮的时间，从而实现交通的畅通，经测试，交通灯能够根据车流量情况及时改变通行时间。

4.2 行人闯红灯拍照系统调试

该文搭建了行人闯红灯拍照系统，模拟了行人斑马线，采用红外探测器检测是否有行人经过。当交通灯为红灯时，有行人走向斑马线，红外探测器会被遮挡，此时摄像头开始拍照，并且发出警报来警示行人禁止闯红灯；绿灯时该系统不起作用，经测试该系统能够与交通灯协调工作，对闯红灯行为具有一定的警示作用。

5 结束语

该文利用STC89C52 与STM32 单片机完成了智能交通控制系统实物设计，能够实现交通灯控制、车流量检测、行人闯红灯拍照警示。红绿黄灯采用点阵设计，STC89C52 单片机外设驱动采用74HC595 缓冲器，闯红灯拍照警示系统采用STM32 作为核心处理器，检测装置采用收发一体的红外探测器，在红灯时分别进行车流量检测与行人闯红灯检测。经测试，该系统能够正常运转，对于疏解交通、提醒违反交通规则的行人具有一定的意义。