基于STM32的智能交通信号控制系统

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。

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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

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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

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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

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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。

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创新点说明

动态配时：基于实时车流的信号周期优化

区域协调：绿波带控制减少停车次数

应急优先：特种车辆优先通行保障

数据驱动：交通流量统计支持管理决策

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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。