基于STM32单片机的智能红绿灯设备

顾成才 王大雷

宿州学院

目前，大部分城市交通信号灯的控制方法是：事先经过车流量的调查，利用统计得来的时间，控制信号灯的时长。然而，不同的路口，不同的时间等，都会影响车流量。本文设计的智能红绿灯控制系统解决了控制系统存在的问题[1]，具有安全、易扩展和成本低等特点，整个控制系统采用了模块化设计思想[2]，降低了系统的设计难度。

一、系统总体设计

根据本控制系统功能需求进行分析并结合现有的技术手段，将系统主要分为以下几个模块：信号采集输入模块、控制中心模块、执行机构模块和输出模块[3-4]。

本系统的主要架构是通过传感器模块采集信号，运用I/O把采集的信号送入单片机控制中心进行处理，处理后的结果反馈给执行机构作进一步处理，再通过通信协议把结果显示到输出模块[5]。

系统正常运行时南北或者东西红绿灯交替运行，若南北或者东西车辆较多，则绿灯时间相应延长，LCD1602液晶显示屏实时显示系统运行信息。

（一）硬件系统设计。本文的控制系统是以器件集成化方法进行研究的设计，主要是将集成化的器件分成块状的控制部分。研究的数据处理分支和数据传输分支，分别满足各部分所需要的功能，所有的分支完成后组合在一起，设计出完整的控制系统，最后进行综合测试。本控制系统选择以ARM Cortex-M3内核的STM32系列MCU为信号处理中心[6]，红外避障电路作为信号输入端，LED灯和LCD1602液晶显示屏作为信号输出端。首先由总电源转换电路为STM32系列MCU提供电源，使电路正常工作；其次红外避障传感器进行工作，将检测到的车辆或行人信息输入到MCU中；经过MCU处理将最终的结果用LED灯和LCD1602液晶显示屏进行展示。

（二）软件系统设计。本系统设计主要采用Keil uVision5软件编写与调试程序，程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。当系统上电后，首先进行模块初始化，若有模块器件损坏，则不能正常运行；其次系统开始采集数据和处理数据，若处理的数据正确，则开始接受数据并传输到输出端作进一步处理。控制器与各个电路模块间数据通信主要有一个主流程和四个子流程，主流程是系统软件不断访问各个子模块以及子模块把数据反馈到控制中心，子流程是请求处理数据信号与相应功能子函数之间的通信。

二、系统信号采集与处理

（一）红外传感器程序设计。红外传感器系统程序，采用信号查询方式进行。系统上电后，首先进行模块初始化，然后传感器发送红外信号，当有信号反射回来时，系统自动计算高电平持续时间，利用这个时间就能计算传感器到遮挡物之间的距离是否在检测范围内。

（二）LCD1602显示屏程序设计。系统上电后，LCD1602显示屏首先进行模块初始化，然后显示固定不变的字符；若液晶空闲，则控制中心给液晶发送显示的字符，若显示的字符有效，则LCD1602显示屏输出显示。

三、系统实验结果

1.道路为东西南北走向的十字路口，每条马路各有2套红绿灯，即红、黄、绿。系统正常模式下，均为红灯亮10秒，然后黄灯亮3秒，然后绿灯亮10秒，并依次循环。（同一时刻，每套红绿灯系统只有1个灯亮）

2.在南北方向的马路增加1路红外避障检测，如果南北绿灯情况下，检测到车辆过多以5个位例，5个及以上，绿灯延时10s，对应东西红灯相应延时10s。保证南北绿灯时间延长，通车多，防止堵车；在东西方向的马路增加1路红外避障检测，如果东西绿灯情况下，检测到车辆过多以5个位例，5个及以上，绿灯延时10s，对应南北红灯相应延时10s。保证东西绿灯时间延长，通车多，防止堵车。

3.每次绿灯，人数过多只能延时一次，否则影响另一方向车道行驶。LCD1602显示屏显示东西南北灯的参数，以及车流量参数。

结束语：本文参考和研究分析了目前所拥有的智能红绿灯系统，利用STM32 F103单片机为控制芯片，利用各个组合模块电路，主要以硬件设备小型化、程序设计模块化的方向，设计了这款数字智能控制系统方案。简要说明了这种研究方法中所包含的关键技术和应用平台，包括各种硬件模块电路的设计等。使交通得以有效管制，疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故。保障道路高效运行，保障行人全部安全通过红绿灯，尽量避免行人需要连奔带跑过马路的问题。