基于STM32的公路交叉路口的数据采集模块的设计

摘要：本文主要是介绍硬件设计部分中的数据采集模块以及显示效果。系统工作时，超声波探头采集道路信息，处理器判断道路信息后

>> 基于STM32的无线温度采集系统设计 基于STM32的数据采集及显示系统的设计 基于STM32的多路电压采集研究 基于STM32的GSM模块综合应用 基于STM32的图像采集与显示系统的研究与设计 基于STM32和CAN总线的湿度采集系统设计 基于STM32的轴温报警器通讯模块测试软件设计 基于stm32的智能家居WIFI模块设计 基于STM32的μCOS―Ⅲ系统移植的设计 基于STM32的智能跟踪小车的设计 基于STM32的DP/PA Link设计 基于STM32的远程智能测控单元设计 基于STM32的动漫游戏系统设计 基于STM32的桥梁震动监测系统设计 基于STM32的智能电风扇设计 基于STM32的简易心电图仪设计 基于STM32的公交自动报站系统设计 基于STM32的固话监测终端设计 基于STM32的平衡车设计 基于STM32的姿态测量系统设计 常见问题解答 当前所在位置：

关键词：数据；超声波；光强；声音；单片机；交叉路口

DOI：10.3969/i.iss n.1005-5517.2015.2.010

本项目荣获河北省高等学校科学研究项目支持（项目编号22014088）

本项目荣获河北省自然科学基金支持（项目编号E2013202247）

本项目荣获河北省自然科学基金面上项目支持（项目编号F2014202046）

韩力英（1977-），女，讲师，研究方向：数据采集与信号处理，集成电路技术。

引言

随着经济水平的不断增长，机动车也在快速增多，我们国家的道路建设规模虽然也在加大，但仍赶不上车辆的增长速度，交通管理方面水平还欠发展，与世界其他发达国家相比，差距很大。尤其是我国城市与农村中的交通管理和交通安全的现代化建设还不健全。在车辆、道路和交通管理系统，在交通管制中采用人工智能技术、信息采集、信息处理、信息传输技术等方面都与其他发达国家有较大的差距。近来，虽然有部分地区进行研究，但大部分只是考虑铁路与公路的交叉路口，对于城市边缘的交叉路口很少有交通灯设施。

针对交通的这种实际问题，如果没有红绿灯设施，人们行路没有规则，很容易发生撞车事故；而车辆不太多时，如果按照固定化的信号灯配时系统，就会造成时间分派上的不合理，降低道路的利用率。

本文主要针对车辆不太多且没有设置红绿灯的路口，设计了一款智能警示系统。该系统采用STM32微控制器做主控，有效的解决了上述提到的问题，可以大大提高道路的利用率，节省路人的宝贵时间，同时也可以给交通规则意识不强的行人和司机一个很好的警示，交叉路口的交通事故可以减小，具有很好的实用价值和实际意义。

1 整体设计

该系统采用神舟三号STM32开发板，主处理器采用高性能、低成本、低功耗、I/O口多的STM32F103ZET6芯片，内核为ARM Cortex-M3系列。硬件设计包括：电源模块、超声波测距模块、光强度检测模块、按键模块、声音检测模块、LED点阵显示模块、LCD彩屏显示模块、照明模块、报警电路。该系统的硬件模块总体框图如图1所示。

2 系统主体数据模块设计

2.1 超声波传感器模块的设计

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，可用于测距。

这里采用HC-SR04超声波模块，它采用5V供电，可直接与STM32通信。如图2所示，超声波模块使用时，只需要给Trig引脚lOus以上的高电平信号，然后左边超声波发射头会自动发出8个40kHz的超声波方波，如果超声波遇到障碍物，会反射回来，被右边超声接收头接收，接着Echo会输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2。

2.2 光强度传感器模块的设计

图2（左）为光敏电阻电路设计，实践证明把光敏电阻和10K电阻串联起来正合适，然后接到电源和地上，在两个电阻之间接出引线连接单片机GPIOC3管脚。GPIOC3管脚采用模拟输入的方式，将电压值经过AD转换后显示在LCD上。随着光强度的变化，光敏电阻值也随之变化，GPIOC3上的电压随之变化，从而测量出外界的光强度。

图2（右）是实物图，光敏电阻安装到了模块的后面，因为当它放在正面时，如果环境光强弱下来，系统会点亮大功率LED，大功率LED的光照亮了光敏电阻，LED熄灭。这样形成了死循环，达不到预期效果。

2.3 声音传感器模块的设计

声音模块对环境声音强度很敏感，用来检测周围环境的声音强度。模块在环境声音强度达不到设定阈值时，OUT输出高电平，当外界环境声音强度超过设定阈值时，模块OUT输出低电平，阈值的大小可通过模块上的电位器调节。

小板数字量输出TTL电平，可与单片机直接通信，OUT端与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的声音。高电平持续时间超过三秒作为启动紧急模式的信号。

软件上采用了外部中断的方式，当高电平持续时间足够长时，会进入中断函数，调用中断处理程序。

3 效果显示

硬件的整体连接图如图4所示，主板与单片机一起固定在了一块木板上，防止移动硬件时两者之间的杜邦线断开，杜邦线统一分配到了主板后面，尽量不挡住主界面，保持美观。每块洞洞板的后部又叠上一层洞洞板，保护洞洞板背后的电路连线。主板上所有模块均可轻松拔下，便于更换与测试。

固定主板时发现，该木板具有弱导电能力，木板与主板之间形成一个电容，手接触木板时会影响主板后面的线路，导致点阵颜色不稳定。实践证明把木板接地以后可大大减小外界干扰。图5是运行过程中的两个效果图。

限于篇幅，图一中其它的模块设计就不再一一列举了，系统完成调试后具有的功能如下：

（1）在自动运行状态下当东西方向和南北方向都没有行人和车辆时，两个方向的警示牌都亮绿灯，并且大屏幕显示牌上显示“前方道路通畅，请放心行驶”的字样。

（2）当只有一方来车时，该方向的警示牌内容不变，而另一个方向的红绿灯显示红色。

（3）当两个方向都有车辆（或行人）时，哪方车辆或行人先进入预先设定的范围内，哪方亮绿灯并显示“前方路口有车，请慢行”和倒计时15秒的字样；而另一方亮红灯并显示出“前方有车辆通过，请稍等”的字样。

（4）当对方的倒计时结束而车却迟迟不通过路口时，两个路换显示内容。

（5）在大雾、阴天、或者夜晚的情况下，自动点亮路灯。

（6）当有特殊车辆（如警车、消防车、救护车）需要紧急通过路口时，笛声持续三秒，系统可进入特殊情况模式，两边亮红灯，并显示“紧急车辆通过，请避让”的字样。

（7）对于闯红灯的行为（即在红灯状态下进入设定距离范围内），现场会有铃声警报，以谴责这种行为，并显示“请遵守交通规则”字样。

（8）本地和远程都可以控制进入人工控制模式，人工控制红绿灯。

（9）所有的数据都可显示在上位机和TFT彩屏上。

4 结论

本文分析了现代道

路交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际问题，给出了交叉路口数据采集系统的设计，通过各种传感器的采集相关信息，可以实现警示效果。该设计采用了低功耗、低成本、高性能的STM32单片机，并充分利用了其内部资源。系统采用硬件模块化设计，各个模块均可灵活插拔，极大方便了更换和调试，具有很好的实用价值和实际意义。