打开文本图片集

摘要：本文设计了一种交通信号灯监测装置，结构是由显示模块、控制模块、存储模块、GSM/GPRS模块、2.4G无线模块、语音模块、喇叭、备用电源、按键模块、超声波模块1、超声波模块2、红灯光照传感器模块、绿灯光照传感器模块、黄灯光照传感器模块、超声波模块2探头、超声波模块1探头构成。本装置的控制模块通过导线分别与显示模块、存储模块、GSM/GPRS模块、2.4G无线模块、语音模块、备用电源、按键模块、超声波模块1、超声波模块2、红灯光照传感器模块、绿灯光照传感器模块、黄灯光照传感器模块相连。本装置能够实现交通灯故障或停电时的远程报警功能和行人闯红灯时语音提示功能，具有较大的实用价值。

关键词：单片机;交通灯;监测

为保证城市交通安全及道路的高效畅通，在交叉口的每个入口处需要设置红、绿、黄三色信号灯[1]。交通信号灯故障检测技术是道路交通信号控制的关键技术之一[2]，交通信号灯控制系统数量的增大，管理难度加大，特别是针对信号灯故障的处理，常因延误了抢修时间而造成塞车[3]，提高交叉路口的通行效率就显得尤为重要[4]。因此，交通信号灯的作用越发重要，充分发挥交通信号灯的指挥功能，就需要交通信号灯能更多的提供信息提示功能。本设计提供了一种高效可行的交通灯故障监测方案，充分发挥交通信号灯的指挥功能。

一、总体设计

本设计包括显示模块、控制模块、存储模块、GSM/GPRS模块、2.4G无线模块、语音模块、喇叭、备用电源、按键模块、超声波模块1、超声波模块2、红灯光照传感器模块、绿灯光照传感器模块、黄灯光照传感器模块、超声波模块2探头、超声波模块1探头构成。本设计能够实现交通灯故障或停电时的远程报警功能和行人闯红灯时的语音提示功能。

二、硬件设计及功能

（1）控制模块：采用了STM32F407ZGT6作为主控芯片，该芯片拥有的资源包括：集成FPU和DSP指令，并具有192KB SRAM、1024KB FLASH、12个16位定时器、2个32位定时器、2个DMA控制器（共16个通道）、3个SPI、2个全双工I2S、3个IIC、6个串口、2个USB（支持HOST /SLAVE）、2个CAN、3个12位ADC、2个12位DAC、1个RTC（带日历功能）、1个SDIO接口、1个FSMC接口、1个10/100M以太网MAC控制器、1个摄像头接口、1个硬件随机数生成器、以及112个通用IO口等。显示控制功能，数据保存功能，远程报警功能是该装置的核心部分。

（2）超声波模块：超声波模块包含四路超声波探头和探头驱动电路。该探头为防水探头，防水雨水进入损坏探头，主要实现测距功能，由控制模块控制发送超声波，采集反射回来的超声波，通过计算获得探头到障碍物的距离，与设定好的超声波数值进行比较进一步计算获得是否有人通过，以毫米为单位，精度1毫米。

（3）语音模块：语音模块为语音芯片 ISD1820，芯片设置有14个引脚，双列直插封装结构，实现录入8-20秒的声音内容;语音模块实现录入三段内容实现交通指挥功能和闯红灯提示功能，分别为：东西方向可以通行，南北方向禁止通行;南北方向可以通行，东西方向禁止通行;为了你的安全请不要闯红灯。

（4）存储模块：所存储模块采用标准的SD卡接口，使用控制模块自带的SDIO接口驱动，4位模式，最高通信速度可达48Mhz（分频器旁路时），最高每秒可传输数据24M字节，可以满足日常需求。设置后自动保存到该模块，防止该装置重启后设置数据的丢失。开机以后控制装置读取存储模块数据并把数据写入设置参数，避免该装置重启后重新设置参数。

（5）显示模块：该模块利用LCD12864液晶实现显示功能，其带中文字库图形点阵式液晶显示，可配合单片机完成中文汉字、英文字符和图形显示。

三、工作原理

本设计有包含两种模式分别为：设置模式和工作模式。

本装置在正常十字路口需要安装四路，其中一路为主机，其他三路分别为从机1，从机2，从机3。主机与从机的构造基本相同，主机包含GSM/GPRS模块（4）从机没有该模块。为了便于表达，图4采用东西南北十字路口作为超声波模块探头安装示意图，主机监测东方红绿灯状态，从机1监测北方红绿灯状态，从机2监测西方红绿灯状态，从机3监测南方红绿灯状态。图4中A1为主机超声波1探头安装位置，箭头A1-1为主机超声波1探头监测方向; A2为主机超声波2探头安装位置，箭头A2-1为主机超声波2探头监测方向;B1为从机1超声波1探头安装位置，箭头B1-1为从机1超声波1探头监测方向; B2为从机1机超声波2探头安装位置，箭头B2-1为从机1超声波2探头监测方向;C1为从机2超声波1探头安装位置，箭头C1-1为从机2超声波1探头监测方向;C2为从机2机超声波2探头安装位置，箭头C2-1为从机2超声波2探头监测方向;D1为从机3超声波1探头安装位置，箭头D1-1为从机3超声波1探头监测方向;D2为从机3机超声波2探头安装位置，箭头D2-1为从机3超声波2探头监测方向。由图4可以看出超声波探头安装于斑马线一侧，本装置超声波模块只监测行人闯红灯，不监测机动车闯红灯。本装置受超声波探头参数限制，当前只可监测斑马线宽度在8米一下交通路口。图5为本装置光照传感器模块安装位置示意图，R1为红灯光照传感器模块（12）安装位置，Y1为绿灯光照传感器模块（13）安装位置，G1为绿灯光照传感器模块（12）安装位置。本装置安装在交通灯附近，正常运行时，和交通灯统一供电，当电路出现故障时，由备用电源供电，所以本装置可以监测交通灯断电后的状态，并将状态信息发送给录入的手机号。工作人员安装完本装置以后，需要测量每个路口的斑马线宽度，作为超声波设置距离，例如主机超声波1探头前的斑马线宽度为A11，A11即为主机超声波1模块的超声波设置距离，同理A21为为主机超声波2模块的超声波设置距离;B11即为从机1超声波1模块的超声波设置距离，同理B21为从机1超声波2模块的超声波设置距离;C11即为从机2超声波1模块的超声波设置距离，同理C21为从机2超声波2模块的超声波设置距离;D11即为从机3超声波1模块的超声波设置距离，同理D21为从机3超声波2模块的超声波设置距离。为了便于描述，以下叙述仅对主机具体操作进行详细说明，从机操作和主机基本相同。对于主机安装人员需在电脑上编辑成文件1（TXT格式）和文件2（TXT格式），文件1名字为1c，文件2名字为2j，其中文件1为交通信号灯安装地点和故障内容信息，文件2为两路超声波设置距离A11、A21，报警手机号和三路光照传感器光照设置强度（光照设置强度也可填0）。然后将文件1和文件2拷贝到SD存储卡上，将SD存储卡插入到本装置的存储模块（3）上。开机后本装置自动进入设置界模式，控制模块（4）读取存储模块（3）内SD卡上的内容并将该内容在显示模块（1）显示，

设置模式第一行为本交通信号灯安装地点信息，第二行为远程报警手机号，第三行为超声波1设置距离A11，第四行为超声波2设置距离A21，第五行为红灯光照传感器模块红灯光照设置强度，第六行为黄灯光照传感器模块黄灯光照设置强度，第七行为绿灯光照传感器模块绿灯光照设置强度。该模式下安装人员可以通过按键模块（3）和显示模块（1）配合对报警手机号、超声波1设置距离A11、超声波2设置距离A21、红灯光照设置强度、黄灯光照设置强度、绿灯光照设置强度进行设置，具体操作如下：按键三（93）实现切换需要被修改数据的位置（在显示器中的位置），按键四（94）实现具体修改的数，每按动一次按键四（94），数值就加1，数据从0到9循环，修改后的数据会被保存到文件2中。为了方便精准获得安装现场红黄绿灯的光照强度情况，工作人员可以在安装完本装置后通过工作模式对红黄绿三个灯光强度进行观察，如果光照设置强度不合适可回到设置模式重新修改。在设置界面下按动按键二（92）进入工作模式。

工作模式下第一行为本交通信号灯安装地点信息，第二行为红灯光照传感器模块监测到的当前红灯光照强度，该数据随红灯的状态变化，第三行为黄灯光照传感器模块监测到的当前黄灯光照强度，该数据随黄灯的状态变化，第四行为绿灯光照传感器模块监测到的当前绿灯光照强度，该数据随绿灯的状态变化。以上光照强度单位为勒克斯一般可以采用工作模式下观察获得的最大光照强度减50勒克斯作为三个灯的光照设置强度。本装置第一次开机后进入工作模式下具体工作过程如下：主机红灯光照传感器模块（12）时刻监测当前交通灯状态，当红灯光照传感器模块（12）监测到光照强度达到红灯光照设置强度时，控制模块（2）利用定时器开始计时，当红灯光照传感器模块（12）监测到光照强度小于红灯光照设置强度时，计数器停止并记录此时红灯工作时间即为T1，红灯熄灭后，绿灯亮起绿灯光照传感器模块（13）监测到光照强度达到绿灯光照设置强度时，控制模块（2）利用定时器开始计时，当绿灯光照传感器模块（14）监测到光照强度小于绿灯光照设置强度时，计数器停止并记录此时红灯工作时间即为T2，同理黄灯光照传感器模块（14）监测黄灯闪烁时间为T3，根据红绿灯工作原理可知T1=T2+T3，如果监测结果满足T1=T2+T3，则红绿灯周期T=T1+T2+T3，控制模块（2）获得工作周期T。

四、结束语

随着社会的快速发展，技术革新得到广泛应用，本文为交通信号灯故障监测提供了一种节约有效的方法，在为提升交通通行能力方面有一定的参考价值，本设计合理简介可以有效提供居民交通通行的效率。

参考文献：

[1]申佳，彭涛.城市交通信号灯故障报警设计[J].信息化建设，2015，（10）： 155-156.

[2]邹细勇，鲍军民，胡琪，孙帅，倪志祥，卢伟康.交通信号灯系统中的一种故障监控设计[J].计算机测量与控制， 2012，20（08）： 2024-2027.

[3]徐世文.交通信号灯故障自动检测系统软件构思[J].广东科技2011，20（10）： 68-69

[4]冯晓东，韩增辉，边朝伟.物联网在智能交通中的应用研究[J].网络安全技术与应用，2019，19（2）：96.

作者简介：张燕，1987.02，女，山东滨州，硕士研究生，讲师，研究方向：飞机机电设备维修，控制工程。