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基于STM32的智能交通信号控制系统

news 来源：原创 2025/5/6 15:48:04

1. 引言

城市交通拥堵问题日益严重，传统定时控制信号灯难以适应动态交通流量。本文设计了一款基于STM32的智能交通信号控制系统，通过实时车流检测、自适应配时与区域协调控制，实现交通信号智能化管理，提升道路通行效率。

2. 系统设计

2.1 硬件设计

主控芯片：STM32F767ZI，双核架构支持复杂算法
感知模块：
- 地磁传感器（HMC5883L）：检测车辆存在
- 微波雷达（RCWL-0516）：测量车流速度
- 高清摄像头（OV5640）：车牌识别与车型分类
执行机构：
- LED信号灯（红/黄/绿）
- 倒计时显示屏（7段数码管）
- 行人过街按钮
通信模块：
- ZigBee模块（CC2530）：路口组网通信
- 4G模块（EC20）：连接交通指挥中心
供电系统：
- 市电+UPS不间断电源
- 太阳能备用电源（100W）

2.2 软件架构

车流检测算法：多传感器数据融合
自适应配时引擎：基于Webster算法的信号周期优化
区域协调控制：绿波带协同调度
应急优先系统：特种车辆优先通行

3. 功能模块

3.1 智能信号控制

基础配时：最小绿灯时间10秒
动态调整：根据车流密度实时优化
夜间模式：黄灯闪烁提示

3.2 交通流量统计

车流量：辆/小时
平均车速：km/h
排队长度：米

3.3 特殊车辆优先

识别救护车、消防车等特种车辆
自动延长绿灯时间
支持公交优先信号

3.4 远程管理平台

实时监控路口状态
远程调整信号配时
生成交通流量报告

4. 核心算法

4.1 信号配时优化

#define MIN_GREEN 10  // 最小绿灯时间(s)
float webster_optimize(float flow_rate) {
    float cycle = 1.5 * MIN_GREEN + 5 / (1 - flow_rate);
    return cycle > 120 ? 120 : cycle;  // 最大周期120秒
}

4.2 绿波带协调

void green_wave(int distance, float speed) {
    float offset = distance / speed;  // 计算相位差
    set_phase_offset(offset);  // 设置相邻路口相位差
}

4.3 应急优先控制

void emergency_priority() {
    if (detect_ambulance()) {
        extend_green_time(20);  // 延长绿灯20秒
        set_flashing_arrow();   // 设置方向箭头
    }
}

5. 关键代码实现

5.1 多传感器数据融合

void traffic_detection() {
    int vehicle_count = HMC5883L_Count();
    float speed = RCWL0516_Measure();
    int queue_length = estimate_queue(vehicle_count, speed);
    update_display(queue_length);
}

5.2 信号灯状态机

void traffic_light_fsm() {
    static int state = RED;
    switch (state) {
        case RED:
            if (timer_expired()) state = GREEN;
            break;
        case GREEN:
            if (timer_expired()) state = YELLOW;
            break;
        case YELLOW:
            if (timer_expired()) state = RED;
            break;
    }
    set_light_state(state);
}