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(xiàn)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(tǒng)的硬件基礎上，通過使用EDA技術設計實現(xiàn)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(fā)生。為確保行人在人行橫道線上的交通安全，國內(nèi)多地公安交通管理部門依據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法》等相關法律法規(guī)和公安行業(yè)標準GA/T1244—2015《人行橫道道路交通安全違法行為監(jiān)測記錄系統(tǒng)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(nèi)路段設置人行橫道線的情況看，多數(shù)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(xiàn)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(fā)生；③夜晚或學生集中地極易發(fā)生交通事故；④傳統(tǒng)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(qū)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(fā)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(nèi)，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(tǒng)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(tǒng)硬件設計

2.1 主控芯片

單片機采用STC89C52，STC89C52是STC公司生產(chǎn)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(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4 KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷。內(nèi)置EEPROM用來存儲設置的紅路燈數(shù)據(jù)，從而無需外加存儲數(shù)據(jù)芯片。

2.2 顯示和指示硬件

4對2位的共陽極數(shù)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(tài)紅綠燈控制。1塊LCD1602液晶用來顯示和設置紅綠燈時長數(shù)據(jù)，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(nèi)，32 M內(nèi)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(fā)出的紅外線[3]。這個傳感器模塊可以通過2個旋鈕調(diào)節(jié)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(tǒng)供電硬件設計

系統(tǒng)采用5 V直流穩(wěn)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(shù)碼管輸入、LED輸入 P1.0、P1.1數(shù)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(tài)監(jiān)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(tǒng)軟件設計

軟件流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動時自動從內(nèi)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(tǒng)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(nèi)，人行按鈕多次被按下只會發(fā)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(nèi)暫時無人行指示燈，所以由普通紅綠燈代替。軟件內(nèi)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(jīng)仿真，系統(tǒng)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(tǒng)，通過按鍵操作，加入語音提醒，可以有效減少事故的發(fā)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(fā)，非常容易實現(xiàn)和外部設備的通行和控制，大大提高了系統(tǒng)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(tǒng)設計［J］.現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)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〕