CN107393313A - 一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，涉及一种智能交通技术领域。包括交通灯模块、人流量和机动车检测模块、人流量计数显示模块、报警模块和延时模块，此系统以红外传感器为核心，以STC89C52单片机为系统的基础控制器件，通过人行横道两侧设置的红外传感器监控到的人流量数据来自动控制交通灯以合适显示时长变化，在左转车道设置红外传感器通过检测是否有机动车辆报警以提醒行人注意安全。本发明公开的一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，有效地解决交通人群拥堵尤其是交叉口堵塞、行人和机动车碰撞的交通问题，具有良好的应用前景和意义。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，更具体地说，涉及一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统。
背景技术
智能交通灯控制系统将交通技术与物联网结合起来，是一种基于实时交通信息的动态交通控制系统，通过智能设备使系统更合理地分配交通灯点亮时间，而区别于传统的交通灯采用固定的周期序列操纵持续时间。智能交通灯控制具有的自动控制的优势，能更有效地缓解交通人群拥堵尤其是交叉口堵塞等各种交通问题。
城市道路十字路口行人拥堵及安全保障问题愈发严峻，随着交通人流量的增加，等候在交叉口的人群数量急剧上升。目前主要采用固定循环交通信号灯来引导交叉口人群，无法有效根据实际的交通人流量实时调整绿灯周期序列持续时长；目前的十字路口对当前人行横道显示绿灯时，左转车道的机动车也显示绿灯通过，这就会造成行人与左转机动车发生碰撞的问题，导致人行横道事故的频繁发生。
目前使用的人流量检测模块采用的监控摄像头将获得的视频发送至数字图像处理器，经过图像处理显示人流量，系统结构复杂、成本高，不能有效发挥基于人流量检测的智能交通灯的优势。
因此，针对现有技术的不足，本发明以实现交叉口交通的智能化为目标，提出了一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统。
发明内容
本发明提出了一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，以红外传感器为核心，以STC89C52单片机为系统的基础控制器件，通过人行横道两侧设置的红外传感器监控到的人流量数据来自动控制交通灯以合适显示时长变化，在左转车道设置红外传感器通过检测是否有机动车辆报警以提醒行人注意安全。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，包括交通灯模块、人流量和机动车检测模块、人流量计数显示模块、报警模块和延时模块；所述红绿灯信号电路模块包括STC89C52单片机控制模块和红绿黄3个led灯，所述人流量和机动车检测模块包括对射型红外光电开关模块和STC89C52单片机处理模块，所述人流量计数显示模块包括四位串行595数码管和STC89C52单片机模块，所述报警电路模块包括红外光电开关、有源蜂鸣器模块以及STC89C52单片机芯片，所述延时模块的延时程序使用的是软件延时，延时时长通过微控制器的指令周期来确定；交通灯和数码管显示模块设立在人行道一侧，与红外光电开关相对，机动车检测模块的红外光电开关设置在与人行道相邻的左转车道，人流量检测模块设置在人行道出发点的两侧，报警模块与左转车道机动车检测模块相连。
所述的交通灯模块和人流量检测模块，绿灯显示时长能够自动调整，通过在人行横道路口设置红外光电开关检测行人，根据行人数目的多少智能变化，当人群负载增多时，绿灯序列持续时长适当增加，提高交叉口行人调度能力。
所述机动车检测模块和报警模块，通过在左转车道两侧安装红外光电开关检测是否有机动车，当有障碍物时系统给予警示，以提醒行人注意躲让，防止交通碰撞事件的发生，确保了行人的生命财产不受损失。
所述人流量计数显示模块，为一些需要统计人流量的相关部门提供便利，同时也可以知道当前道路通过行人的大致范围，为其他的研究提供帮助。
所述的红外光电开关采用对射型，对射型的接收装置和发射装置位于一体，判断有无被测物体通过检测被测接收装置和发射装置之间的重合光轴有没有被遮断来完成的。对射型光电开关传感器的灵敏度高，它的检测距离相对较远。
所述的检测人流量的红外光电开关采用直流三线PNP常开型，检测机动车的是直流三线NPN常开型。
所述的一个系统的交通灯模块类似于一个微型的计算机系统，智能交通灯控制系统由交通灯模块、单片机模块、人流量检测模块、数码管显示人流量单元、报警模块和延时模块构成，每一部分都由一个独立的子程序控制。
所述的人流量和机动车检测模块的嵌入式程序采用中断技术，使计算机接收中断请求后暂时停止执行原来的程序，跳到中断源程序的初始位置响应中断程序。
所述的延时程序使用的是软件延时，延时时长通过微控制器的指令周期来确定。指令周期表示中央处理器实现一个完整独立的执行过程必须用到的全部时长。一个机器周期的时间通过微控制器STC89C52单片机的工作频率11.0592Hz来计算得到，微控制器工作频率为机器周期的1/12，即12×（1/11.0592Hz）≈1.085us。
所述程序运用C语言并利用Keil软件来进行嵌入式程序设计，烧录工具采用STC-ISP，STC-ISP是一种专为STC系列单片机研发创造的程序下载软件，通过STC将嵌入式程序下载到单片机上。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：（1）基于人流量检测的智能交通灯控制系统，采用红外传感器检测人流量与机动车和采用视频传输系统检测相比，具有系统结构简单，成本低的优势。
（2）基于人流量检测的智能交通灯控制系统，可以根据实际的交通人流量实时调整绿灯周期序列持续时长，有效地缓解交通人群拥堵尤其是交叉口堵塞的交通问题。
（3）基于人流量检测的智能交通灯控制系统，在左转车道设置红外传感器通过检测是否有机动车辆报警，以提醒行人注意躲让，防止交通碰撞事件的发生。
（4）基于人流量检测的智能交通灯控制系统，具有人流量计数显示模块，为一些需要统计人流量的相关部门提供便利，同时也可以知道当前道路通过行人的大致范围，为其他的研究提供帮助。
附图说明
图1系统的总体框图。
图2系统总体电路图。
图3交通信号程序设计流程图。
图4中断程序1设计流程图。
图5中断程序2设计流程图。
图6延时子程序设计流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，包括交通灯模块、人流量和机动车检测模块、人流量计数显示模块、报警模块和延时模块；所述红绿灯信号电路模块包括STC89C52单片机控制模块和红绿黄3个led灯，所述人流量和机动车检测模块包括对射型红外光电开关模块和STC89C52单片机处理模块，所述人流量计数显示模块包括四位串行595数码管和STC89C52单片机模块，所述报警电路模块包括红外光电开关、有源蜂鸣器模块以及STC89C52单片机芯片，所述延时模块的延时程序使用的是软件延时，延时时长通过微控制器的指令周期来确定；交通灯和数码管显示模块设立在人行道一侧，与红外光电开关相对，机动车检测模块的红外光电开关设置在与人行道相邻的左转车道，人流量检测模块设置在人行道出发点的两侧，报警模块与左转车道机动车检测模块相连。
本交通灯系统以红外传感器技术进行外部检测，STC89C52单片机为内部控制基础，由交通信号电路，人流量检测电路，机动车检测电路，人流量计数显示模块和报警电路构成。系统的总体框图如图1所示。
（1）单片机相当于一个媒介，完成检测电路和功能电路之间的通信，人流量检测电路和机动车检测电路通过红外开关检测障碍物信息，并将障碍物信息转换成电平信号通过单片机输入/输出端口发出中断申请。
（2）单片机接收到申请信号时通过内部算法控制交通灯变化，实现数码管人流量计数及报警功能。
（3）交通灯要以人流量信息为基础适当调整周期序列时长，并符合交通灯周期变化标准。
（4）数码管选取动态驱动，由每一数码管的公共端的分时驱动令各个数码管依次进行显示。在依次显现的驱动中因为led单元的余辉现象和人体视力形象暂时停留效应，每个数码管没有同步亮灯，因为扫描的速率足够迅速所以在人眼看过去是显示的是一组静态的结果，直流驱动显示效果相比，动态驱动的结果相同也不会出现闪光现象并且它只需要用到少量的输入/输出端口，能够有效减少损耗。
（5）报警模块应既能反映机动车检测结果又能实现警示功能，检测到无障碍物时绝对安静，一旦检测到有遮蔽物时立即报警。
本发明为实现交通信号灯系统性能，根据总体方案进行硬件电路的设计，系统总体电路图如图2所示，由交通信号电路1，人流量计数显示模块2，人流量检测电路3，机动车检测电路4和报警电路5构成。
所述的交通信号电路，使用红绿黄3个led灯，其中P0^0为路口的红灯通行指示灯，P0^1为路口的黄灯通行指示灯，P0^2为路口的绿灯通行指示灯。一般来说，led灯需要5mA—10mA的工作电流并相连一个电阻后再连接到单片机的输入/输出端口，目的是通过限制led灯的工作电流进而限制最大端口电流并降低功耗。三个led灯采用共阴极接法，即每一个灯的正极通过一个1k左右的电阻接单片机的P0口，而三个灯的负极连到一起后再接地，只要在程序中控制相应的端口输出高电平就会点亮灯光。
所述的人流量检测电路传感器模块是通过设置在在人行横道两侧的对射型红外光电开关组成的，其中，红外光电开光采用直流三线PNP常开型，根据开光的接线要求将发射端的棕线接VCC，蓝线接地；接收端棕色引线与电源端VCC相连，蓝色引线与单片机的GND相连，黄色引接线为信号输出线，信号输出为正极，黄色信号输出线与单片机的P3^2端口相连，另一端先接通一个1K的电阻后接地。平时状态（即无人通过时）指示灯为熄灭状态，障碍物通过红外光电开关时指示灯点亮。
当红外光电开关检测到有障碍物穿越时，信号线就通过单片机的P3^2口传送一个低电平，然后单片机通过外部中断程序处理这个信号使人数自加1。人流量检测电路可以通过检测人流量的多少进一步控制红绿灯的变化。并且人流量检测电路可以检测出人数，给有关部门提供一个人流量的大致范围，在一些大型会所，景区，商场前的人行横道安装此电路能够有效统计人数，为他们的工作做出有力的帮助。
所述的人流量计数显示电路由四位串行595数码管和单片机组成，选用共阴极数码管，数码管的DIO引脚接单片机的P1^0，RCK引脚接P1^1，SCK引脚接P1^2。通过对单片机这三个I/O口的编程就可以控制数码管显示出由红外光电开关检测出的人流量。
所述的报警电路由安装在左转车道的红外光电开关、有源蜂鸣器模块以及单片机芯片组成。其中，有源蜂鸣器模块直接与单片机的P0^3口相连，由单片机发出相关指令指示它的鸣响；红外光电传感器开关采用直流三线NPN常开型，发射端红色引线接VCC，黑色引线接地；它的接收端红色引接线与VCC相连，黑色引接线与地相接，黄色引接线为信号输出线，信号输出为负极，黄色信号引接线与微控制器的P3^3端口相通，另一端先连一个1K的电阻后与电源正极相连。有遮挡物时灯灭，无遮挡物时则灯亮。当左转车道的红外光电开关检测到有机动车通过时，通过信号线向微控制器的P3^3口传送一个低电平，单片机通过中断程序控制有源蜂鸣器模块使其发出声音报警，进而提示当前穿越马路的行人有机动车通过，注意避让。
所述的交通灯程序设计，每个交通灯，把它的阴极接地，阳极通过串联一个小阻值的电阻与单片机的控制端口相连，然后在单片机中控制相应的输入/输出口为一个高电平时发光二极管工作，输入/输出为低电平时，led灯停止工作状态。它的工作方式为：最初给红黄绿led灯赋初值，使绿灯点亮，在此期间，同时通过人流量检测装置检测通过人行横道的行人数量，当人数大于5时，另绿灯点亮时间增加。随后黄灯闪烁，其次是红灯显示5s的灯光，当红灯倒计时结束后，显示人数值复位变为0。自此，整个交通灯循环结束，进入下一个红绿灯循环。交通信号程序设计流程图如图3所示。
所述的中断程序的设计，采用两个外部中断，中断1通过红外光电开关检测人流量，红外光电开关的接收信号线与单片机的P3^2口相连，接收到一个低电平时申请中断1，中断2通过红外光电开光检测左转车道是否有车，红外光电开关的接收信号线接单片机的P3^3口，黄色信号线给出一个低电平信号时中断2被触发。程序流程图如图4、5所示。
所述的延时子程序设计，为了达到延时的目的就要通过消耗中央处理器的时间来实现，它的具体操作步骤是首先设置两个for循环的嵌套，中央处理器通过调用子函数后执行for循环，在每个for循环当中只判断循环体而不执行别的函数语句。这样就通过设置两个循环的嵌套来完成软件延时。延时子程序设计流程图如图6所示。
所述的系统实现的软件环境采用Keil软件编程，使用Keil编程的具体过程如下：（1）根据需要保存工程的文件夹并为要创造的项目赋名，本设计取名为hpng，结束之后点击保存。
（2）点击保存之后需要选择微控制器的型号AT89C52.此时工程已经建立成功。
（3）写程序：选中“File New…”在编译管理器右边选择新的项目创建菜单，在此输入项目窗口进行源程序的编写。
（4）程序写完之后，点击“File Save”，为创建的文件赋予一个文件名并储存下来，创建时需要添加项目的扩展名称后缀，通常C程序语言的后缀名为“.C”，在此将后缀名写为hpng.c，存储结束之后就能够将此项目关上了。
（5）将C语言文件添加到工程之后点击“+”号，打开源文件。
（6）目前为止，已经完成整个工程的建立，但是微控制器仅可辨别文件格式是HEX或者BIN格式，不能识别C程序，此时需要右击选中“create hex file”。再进行编译就能够在文件夹里生成“.HEX”文件了。
所述的烧录工具采用STC-ISP程序下载软件，它的操作具体步骤如下：（1）打开软件，在“单片机型号”这列中选择要烧录的微控制器类型，如本设计采用的STC89C52RC。
（2）根据您的9针数据线在“串口号”中点击要连接的相应端口，波特率选择的是115200。
（3）要确保单片机芯片和计算机准确相连，选择图中的“打开程序文件”，然后在文件夹里找到需要进行下载的HEX文件。
（4）选择“下载/编程”，用手按下电源开关复位就能够将可执行文件HEX写入到芯片中，等程序烧录完成后，再打开单片机电源开关就能够显示出程序运行结果。
待所有的硬件和软件设计完成，以STC89C52单片机为系统的基础控制器件，按照要求连接电路，在合适的位置放置各模块，交通灯和数码管显示模块设立在人行道一侧，与红外光电开关相对，机动车检测模块的红外光电开关设置在与人行道相邻的左转车道，人流量检测模块设置在人行道出发点的两侧，报警模块与左转车道机动车检测模块相连。
Claims (4)
1.一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，包括交通灯模块、人流量和机动车检测模块、人流量计数显示模块、报警模块和延时模块；所述红绿灯信号电路模块包括STC89C52单片机控制模块和红绿黄3个led灯，所述人流量和机动车检测模块包括对射型红外光电开关模块和STC89C52单片机处理模块，所述人流量计数显示模块包括四位串行595数码管和STC89C52单片机模块，所述报警电路模块包括红外光电开关、有源蜂鸣器模块以及STC89C52单片机芯片，所述延时模块的延时程序使用的是软件延时，延时时长通过微控制器的指令周期来确定；以红外传感器为核心，以STC89C52单片机为系统的基础控制器件，通过人行横道两侧设置的红外传感器监控到的人流量数据来自动控制交通灯以合适显示时长变化，在左转车道设置红外传感器通过检测是否有机动车辆报警以提醒行人注意安全。
2.根据权利要求1所述的一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，其特征在于：所述的人流量计数显示模块由对射型红外光电开关模块、四位串行595数码管和STC89C52单片机模块组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，其特征在于：所述的智能交通灯控制系统有与左转车道机动车检测模块相连的报警模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于人流量检测的智能交通灯控制系统，其特征在于：所述的智能交通灯控制系统有绿灯延时模块。
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