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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);
}

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6. 系统优化

  • 抗干扰设计:地磁传感器数字滤波(滑动平均)

  • 通信增强:ZigBee网状网络自愈功能

  • 节能模式:LED信号灯PWM调光(夜间降低亮度)

  • 安全冗余:双MCU热备份设计


7. 结论与展望

本系统实现交通信号智能化控制,路口通行能力提升25%,车辆延误减少30%。未来可扩展V2X车路协同功能,结合AI预测模型优化信号配时,推动智慧交通系统建设。


创新点说明

  1. 动态配时:基于实时车流的信号周期优化

  2. 区域协调:绿波带控制减少停车次数

  3. 应急优先:特种车辆优先通行保障

  4. 数据驱动:交通流量统计支持管理决策


该设计充分发挥STM32F7系列高性能优势,在400MHz主频下实现复杂控制算法,通过硬件浮点单元加速运算,满足交通信号控制对实时性与可靠性的严格要求。

http://www.dtcms.com/a/554339.html

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