过街人行横道信号灯智能化设计＊

周玉宏

过街人行横道信号灯智能化设计＊

周玉宏

（武警海警学院，浙江 宁波 315801）

随着车流量和人流量的增加，交通状况更加复杂。为了确保行人在人行横道线上的交通安全，提高道路通行的效率和安全性，改变交通拥堵的现象，缩短车辆延误时长，在分析人行横道路口实际车流情况和实际交通控制系统的硬件基础上，通过使用EDA技术设计实现人行横道路口信号灯智能控制，并利用红外探测、语音提示等技术使其能被方便使用。

交通信号灯；人行横道；单片机；STC89C52

行人在人行横道线上被机动车撞击致伤致死的交通事故时有发生。为确保行人在人行横道线上的交通安全，国内多地公安交通管理部门依据《中华人民共和国道路交通安全法》等相关法律法规和公安行业标准GA/T1244—2015《人行横道道路交通安全违法行为监测记录系统通用技术条件》的要求，在人行横道线位置前（后）设置“机动车不礼让行人违法行为抓拍电子设备”，对在人行横道线上不礼让行人的机动车进行自动抓拍，并对机动车驾驶人进行罚款和记分的处罚[1]。从目前国内路段设置人行横道线的情况看，多数未设置行人信号灯和机动车信号灯，或设置的信号灯功能过于简单。在人行横道的通行过程中易出现以下问题：①高峰期行人过马路零散不断，导致车辆堵塞；②驾驶员和行人对对方下一步行为存在疑惑，容易形成误判，导致交通事故发生；③夜晚或学生集中地极易发生交通事故；④传统的信号灯在无行人时也会有红灯等待时间，降低了通行效率。

随着车流量和人流量的增加，道路的通行安全和通行效率显得尤为重要，本文通过设计一种智能信号灯解决了上述问题。

1 信号灯工作时序设计

信号灯时序如图1所示。

图1 信号灯时序图

在道路两侧行人等候区红绿灯立柱上各设置2个按钮，两测按钮为逻辑“或”关系。按钮按有效时段和无效时段触发不同效果，当车行道绿灯时间超过40 s（设定值）时按钮有效，否则无效。按钮在有效时段被按下才有效，否则提示语音：“请稍等”。此设置主要是防止人流零散不断，导致车辆无法通过。当按钮在有效时段被按下后，人行道和车行道信号灯按图1所示运行。从按钮按下到人车都通行结束为一个运转周期，在运转周期内，按钮为无效时段。在无效时段按钮被按下后，当一个运转周期结束，系统自动进入下一个周期。如果按钮不再被按下，一个周期结束后，人行指示灯保持红灯，车型指示灯保持绿灯。

2 系统硬件设计

2.1 主控芯片

单片机采用STC89C52，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器[2]，可直接使用串口下载，使用维护方便。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4 KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断。内置EEPROM用来存储设置的红路灯数据，从而无需外加存储数据芯片。

2.2 显示和指示硬件

4对2位的共阳极数码管显示读秒，车行道一对，人行道一对。1组对称的红绿灯用来指示车行道，人行道由一对人行动态红绿灯控制。1块LCD1602液晶用来显示和设置红绿灯时长数据，配套4个按键，分别为设置、减小、增加和确定，用来设置两侧红绿灯的读秒时间。

2.3 语音播放

语音播放模块采用JR6001模块，可将多段语音存储于芯片内，32 M内存，单片机串口控制播放，芯片自带功放，可直接驱动小功率喇叭。JR6001语音模块连接如图2所示。

图2 JR6001语音模块连接图

2.4 红外探测电路

该电路用来探测人行通道附近是否有行人，如果有，则提示“过马路，请按按钮，等绿灯时再通行”。人体探测模块采用人体红外感应模块HC-SR501，HC-SR501是一款基于热释电效应的人体热释运动传感器，能检测到人体或者动物上发出的红外线[3]。这个传感器模块可以通过2个旋钮调节检测3～7 m的范围，人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平，人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平，直接进行5 V供电，将输出与单片机P1.6连接。

2.5 系统供电硬件设计

系统采用5 V直流稳压电源供电。STC89C52供电电压5 V，HC-SR501工作电压范围宽，默认工作电压DC4.5 V～DC20 V；JR6001供电电压3.6～5.2 V，可直接用5 V供电，但JR6001的串口为3.3 V的TTL电平，接线时需要串：接1 kΩ的电阻。

2.6 STC89C52芯片I/O引脚分配

STC89C52单片机引脚分配如表1所示。

表1 单片机I/O口分配

I/O分配 P0.0～P0.7数码管输入、LED输入 P1.0、P1.1数码管片选 P1.2～P1.4信号灯按钮 P1.5人行道按钮 P1.6HC-SR501输出 P1.7JR6001忙状态监测 P2.0～P2.4LCD1602设置按键 P2.5、P2.6、P2.7RS、RW 、EN（LED） P3.1、P3.2JR6001串口通信

3 系统软件设计

软件流程如图3所示。系统启动时自动从内置EEPROM中读取设置[3]的时间，并显示在1602液晶显示屏上，然后系统自动进入车行道绿灯模式，这时如果人行按钮有人按下，则车行道红灯进入10 s倒计时，到最后3 s红灯变黄灯闪烁，倒计时完毕，车行道变红灯，人行道灯变绿灯，并语音提示：“行人请通行”，然后人行灯20 s倒计时，倒计时到10 s，人行灯绿灯闪烁，倒计时归零后人行灯变红灯，车行道变绿灯。车行道绿灯期间，如果没有人行按钮按下，则一直保持绿灯。人行灯一旦被按下，一直到车行道保持绿灯40 s，这段时间为一个周期，在此周期内，人行按钮多次被按下只会发出语音提示“请稍等”，其他无效。车行道延时可以充分保证行车道车辆也能流畅通过。

图3 软件流程图

行人侧每个侧面对称地设置2个按钮，2个按钮一上一下，一个为普通人提供服务，另一个为一个行动不便者提供服务，2个按钮为“或”的关系，效果相同。

4 电路仿真

电路用Proteus软件进行仿真。Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅可以进行电路仿真，还可以进行单片机仿真[5]。因为软件内暂时无人行指示灯，所以由普通红绿灯代替。软件内暂无STC89C52，因STC89C52为和AT89C52的引脚完全兼容，硬件连接基本一样，程序完全通用，所以单片机由AT89C52替代。因指示电路完全对称，所以仿真电路只画出了一半。经仿真，系统运行正常，仿真截图如图4所示。

图4 Proteus模拟仿真运行图

5 结语

基于51单片机设计的智能红绿灯系统，通过按键操作，加入语音提醒，可以有效减少事故的发生，改善道路通行状况，提高道路的通行能力。51单片机易于开发，非常容易实现和外部设备的通行和控制，大大提高了系统的灵活性和实用性。

［1］王建强，祖永昶，王波.人行横道线上行人和机动车通行路权分析［J］.中国人民公安大学学报（自然科学版），2018，24（2）：92-94.

［2］张兴辉，陈守满.基于STC89C52RC单片机的无线呼叫系统设计［J］.现代电子技术，2011，34（13）：186-188.

［3］谢永超，章若冰，严俊.基于HC-SR501和DS18B20的人体感应温控直流电机控制器的设计［J］.电子设计工程，2020，28（3）：60-64.

［4］刘凯凯，孙绪保，高飞，等.基于内部EEPROM的自动电子定时开关的设计［J］.微型机与应用，2011，30（7）：114-115，118.

［5］陈立奇.基于单片机的嵌入式多电机智能控制系统设计［J］.计算机测量与控制，2020，28（5）：117-122.

TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.054

2095－6835（2020）18－0134－02

武警海警学院项目（编号：YB201906）

周玉宏（1978—），男，武警海警学院基础部，硕士研究生，副教授，主要研究方向为单片机、电子技术。

〔编辑：张思楠〕