引言1.1研究意義智能交通控制系統(tǒng)作為一種現(xiàn)代化電子信息技術(shù)應(yīng)用，專注于改善交通運(yùn)輸和車輛管理的服務(wù)系統(tǒng)REF_Ref12850\r\h[1]。其顯著特征在于信息的全面收集、精準(zhǔn)處理、深度分析以及智能應(yīng)用，旨在為交通相關(guān)各方提供便捷服務(wù)，充分發(fā)揮科技優(yōu)勢，推動交通模式向智能、安全和節(jié)能的方向發(fā)展。通過智能交通控制系統(tǒng)，作為一種先進(jìn)的交通綜合管理手段，車輛能夠依托自身智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主行駛，而公路系統(tǒng)則利用自身智能來優(yōu)化交通流量，使之達(dá)到最佳狀態(tài)。管理人員通過該系統(tǒng)能夠全面了解道路和車輛的實(shí)時(shí)動態(tài)情況，從而更加有效地進(jìn)行管理和調(diào)控。智能交通控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢在于多方面，主要包括車輛控制、交通監(jiān)控以及運(yùn)營車輛管理等方面REF_Ref13235\r\h[2]。通過該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，管理人員能夠全方位地監(jiān)控和把控交通運(yùn)行狀況，從而為實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了有力支持REF_Ref13333\r\h[3]?？偠灾?，智能交通系統(tǒng)在校門口交通臨時(shí)管制系統(tǒng)方面具有如下研究意義：通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析校門口的交通流量進(jìn)行臨時(shí)的管制，以及智能控制交通信號燈和道路指示標(biāo)志，可以有效提升校園交通管理的效率，減少擁堵和交通事故的發(fā)生，提高校園內(nèi)車輛和行人的通行能力REF_Ref13523\r\h[4]。交通安全保障：配備語音報(bào)警模塊和人流量統(tǒng)計(jì)報(bào)警功能，能夠及時(shí)提醒行人和駕駛員注意交通安全，降低校園交通事故的發(fā)生率，保障校園內(nèi)交通參與者的安全REF_Ref13595\r\h[5]。智能化交通管控：基于校門口交通臨時(shí)管制系統(tǒng)的智能化特性，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動調(diào)整交通信號燈的控制策略，使校園內(nèi)交通流量得到更合理的分配，提高交通的流暢性和效率REF_Ref13653\r\h[6]。數(shù)據(jù)支持決策：通過系統(tǒng)積累的交通數(shù)據(jù)，學(xué)校管理部門可以更加科學(xué)地進(jìn)行校園交通管理決策，例如制定更合理有效的校園交通管理政策、優(yōu)化校園交通布局和規(guī)劃，為不同學(xué)校的交通管理提供技術(shù)支持和解決方案REF_Ref13693\r\h[7]REF_Ref13706\r\h[8]。1.2研究現(xiàn)狀目前，學(xué)校的交通安全是復(fù)雜的問題，所以利用智能交通臨時(shí)控制系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外交通管理領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，各國學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)在此領(lǐng)域展開了廣泛而深入的研究，取得了一系列重要成果。以下是國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的詳細(xì)闡述：國內(nèi)研究現(xiàn)狀：基于視頻監(jiān)控的智能交通管制系統(tǒng)：一些國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)通過視頻監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合圖像識別和數(shù)據(jù)分析算法，實(shí)現(xiàn)對校門口交通的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管制。這些系統(tǒng)能夠根據(jù)交通流量情況自動調(diào)整信號燈的時(shí)間，以優(yōu)化交通流暢度REF_Ref14937\r\h[9]REF_Ref14907\r\h[10]。還有些研究者探索利用無線通信技術(shù)，如車載通信設(shè)備和智能交通信號燈，實(shí)現(xiàn)對校門口交通的遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)控。這些系統(tǒng)能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能交通管制REF_Ref14999\r\h[11]REF_Ref15002\r\h[12]。國外研究現(xiàn)狀：在一些國外大學(xué)校園，研究者設(shè)計(jì)了專門的校園交通管理系統(tǒng)，包括校門口的交通管制。這些系統(tǒng)結(jié)合了智能交通信號燈、車輛識別技術(shù)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，以提高校園交通的效率和安全性REF_Ref15054\r\h[13]REF_Ref15061\r\h[14]。國外城市針對校門口的交通問題，建立了智能交通管理平臺，集成了實(shí)時(shí)交通監(jiān)控、智能信號燈控制、路況信息發(fā)布等功能，以優(yōu)化校門口交通流量管理REF_Ref15097\r\h[15]REF_Ref15100\r\h[16]。根據(jù)上述的研究現(xiàn)狀分析，本文對校門口的交通臨時(shí)管制的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)等待區(qū)統(tǒng)計(jì)人流量控制人行道時(shí)間、語音提醒的方式去改變校門口交通。1.3論文研究路線這篇論文主要圍繞校門口交通臨時(shí)管制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程展開，包括系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試與總結(jié)五個(gè)部分。第一部分是系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：介紹系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能，確定系統(tǒng)方案。包括流程圖和所選用的芯片模塊等內(nèi)容。第二部分是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：詳細(xì)解釋各個(gè)模塊之間的設(shè)計(jì)原理，并解釋它們在整個(gè)系統(tǒng)中所實(shí)現(xiàn)的功能。包括電路圖、連接方式等信息。第三部分是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：介紹主芯片及各個(gè)模塊工作時(shí)的軟件設(shè)計(jì)流程圖，并說明程序執(zhí)行過程，具體描述每一部分實(shí)現(xiàn)的功能。第四部分是系統(tǒng)調(diào)試：包括系統(tǒng)功能測試和測試結(jié)果兩個(gè)方面。通過實(shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的工作功能和可靠性，并提供相應(yīng)的圖片或?qū)嶒?yàn)結(jié)果。第五部分是總結(jié)：對整個(gè)所寫出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并看向未來今后社會發(fā)展可實(shí)現(xiàn)的發(fā)展目標(biāo)方向。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及功能需求2.1系統(tǒng)功能需求系統(tǒng)功能需求是校門口交通臨時(shí)管制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，以下是一些的系統(tǒng)功能需求：1.人流量統(tǒng)計(jì)模塊：設(shè)計(jì)一個(gè)等待區(qū)，在放學(xué)和上學(xué)時(shí)間段啟用用于監(jiān)測等待區(qū)內(nèi)行人的數(shù)量。2.語音播放模塊：用于播放紅燈停，綠燈通行提示信息和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入等待區(qū)的提醒。3.數(shù)碼管顯示模塊：實(shí)時(shí)顯示人行道和車行道的等待時(shí)間和通行時(shí)間。4.LED交通燈顯示模塊：分別顯示人行道和車行道的是否可以安全通過。5.按鍵模塊：用于設(shè)置緊急模式，以及紅綠燈定時(shí)時(shí)間設(shè)置，在上學(xué)和放學(xué)時(shí)間啟用等待區(qū)的人流量統(tǒng)計(jì)模塊和學(xué)校門口語音播報(bào)提醒學(xué)生進(jìn)入等待區(qū)的開關(guān)。2.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)STM32芯片是一種高性能、低功耗的芯片，具有高速的處理器、大容量的存儲器、多種輸入輸出接口和豐富的外設(shè)資源。數(shù)碼管顯示屏體積小、數(shù)字顯示直觀，占用硬件資源較少。JQ8900語音芯片具有功能強(qiáng)大、接線簡單、代碼工作量少等優(yōu)點(diǎn)。人流量統(tǒng)計(jì)模塊可以用于檢測檢測進(jìn)入等待區(qū)等待人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。按鍵模塊可以用于控制開關(guān)或選擇功能等。根據(jù)上面所描述的功能繪制出本次所要設(shè)計(jì)的總體電路框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)框架圖2.3系統(tǒng)方案選擇2.3.1主控芯片選擇單片機(jī)的選擇主要有以下的方案：方案一：STC89C52單片機(jī)STC89C52是一種基于51指令系統(tǒng)的單片機(jī)，具有高速的處理器、大容量的存儲器、多種輸入輸出接口和豐富的外設(shè)資源，適用于多種應(yīng)用場景。具有以下主要特點(diǎn)：高速處理器：芯片具有高性能的8位處理器。能夠存儲一定量的程序和數(shù)據(jù)。多種輸入輸出接口和豐富的外設(shè)資源，包括串口通信模塊，能夠方便地連接各種外設(shè)。采用編程接口，用戶可以方便地進(jìn)行程序編寫和調(diào)試，具有智能化編程的特點(diǎn)。這款單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是便宜，性價(jià)比高，但是資源相對較少。方案二：STM32F103C8T6單片機(jī)STM32F103C8T6是一種基于STM32芯片的單片機(jī)。STM32芯片是一種高性能、低功耗的芯片，具有高速的處理器、大容量的存儲器、多種輸入輸出接口和豐富的外設(shè)資源，適用于多種應(yīng)用場景。STM32F103C8T6單片機(jī)具主要特點(diǎn)：高速處理器：采用STM32芯片，芯片具有高性能的32位處理器。具有大容量的存儲器，能夠存儲大量的程序和數(shù)據(jù)和有多種輸入輸出接口，包括串口、SPI、I2C、UART等。還具有多種外設(shè)資源，包括串口通信模塊、SPI通信模塊、I2C通信模塊、UART通信模塊等，能夠方便地連接各種外設(shè)。這款單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是資源豐富，集成了多種模塊，處理速度也快。綜上所述，本文選擇方案二的單片機(jī)作為主控進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3.2人流量統(tǒng)計(jì)模塊選擇紅外傳感器的選擇主要有以下的方案：方案一：OV7670攝像頭模塊OV7670攝像頭模塊是OV公司所生產(chǎn)的一種利用CMOS圖像傳感器。這款攝像頭體積小、工作電壓低、功耗低、像素高清，具有攝像頭記錄和影像處理的功能。常用于監(jiān)控、照相機(jī)應(yīng)用中。OV7670攝像頭模塊的工作原理是收集識別到的景物的光線通過凸鏡頭的光線聚集在感光片上面，產(chǎn)生電荷，轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號，處理之后被CPU讀取顯示在設(shè)備之中。CMOS傳感器在成像過程中容易受到外界環(huán)境的光照的影響容易無法識別成像。方案二：E18-D80NK紅外光電傳感器模塊E18-D80NK是一種紅外光電傳感器模塊，通過檢測物體反射回來的紅外光判斷物體是否存在，并輸出相應(yīng)的電信號。通常被用于避障和物體檢測等應(yīng)用中。該模塊的主要特點(diǎn)包括：1.采用E18-D80NK紅外接收器，能夠檢測到3~77cm范圍內(nèi)的物體；2.內(nèi)置透鏡，能夠提高檢測精度和靈敏度；3.輸出高電平或低電平信號，可通過外部電路進(jìn)行進(jìn)一步處理；E18-D80NK紅外光電傳感器模塊可以通過串行通信接口與單片機(jī)或其他控制設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)對物體的檢測和跟蹤。在機(jī)器人、安防監(jiān)控等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。綜上所述，本文選擇方案二的E18-D80NK紅外傳感器作為檢測進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3.3語音播放模塊選擇語音播放傳感器的選擇主要有以下的方案：方案一：MP3語音模塊MP3語音播模塊是利用數(shù)字信號處理器DSP來完成的傳感器模塊，可用于各種需要音頻和音效語音的各種項(xiàng)目當(dāng)中，可以隨時(shí)隨地的更新模塊中的音效，使用PH2.0接口，接線簡單而且還支持WAV音頻格式，通常用在：智能家具、智能小汽車、MP3等方面去使用。該模塊通常由中央處理器、解碼器、存儲設(shè)備、主機(jī)通訊端口等組成，可以通過程序控制循環(huán)播放歌曲和語音的播放內(nèi)容。方案二：JQ8900語音播放傳感器模塊JQ8900是一款語音播放傳感器模塊，可以實(shí)現(xiàn)語音播放和環(huán)境感知功能。該模塊通常用于智能家居、智能辦公等場景中，用語音指令控制家居設(shè)備，如播放音樂、調(diào)節(jié)燈光等參數(shù)。JQ8900語音播放器模塊一般包括以下幾個(gè)部分：1.語音播放模塊：可以通過語音指令播放音樂、新聞、故事等內(nèi)容。2.環(huán)境感知模塊：可以通過傳感器檢測室內(nèi)溫度、濕度、空氣質(zhì)量等參數(shù)。3.控制模塊：可以通過APP等方式控制語音播放和環(huán)境感知功能。總之，JQ8900語音播放傳感器模塊是一種集成語音播放，為用戶帶來更加便捷、智能的生活體驗(yàn)。綜上所述，本文選擇方案二的JQ8900語音播放傳感器模塊作為語音播放進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3.4顯示模塊的選擇顯示器的選擇主要有以下的方案：方案一：LED點(diǎn)陣模塊LED點(diǎn)陣模塊是一種由許多小型LED燈組成的平面顯示屏，它們可以被用來顯示文字、圖像和視頻等內(nèi)容。這些LED燈通常被安裝在一個(gè)基板上，并通過導(dǎo)線連接到一個(gè)驅(qū)動電路上，驅(qū)動電路可以控制LED燈的亮度和顏色，從而實(shí)現(xiàn)所需的顯示效果。LED點(diǎn)陣模塊被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外廣告牌、舞臺背景、展覽展示、交通指示燈等領(lǐng)域。方案二：數(shù)碼管模塊數(shù)碼管模塊是一種電子顯示器件。顯示數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號等字符，通常用于計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘等場景中。數(shù)碼管模塊原理是利用數(shù)字信號控制每個(gè)數(shù)碼管的亮滅狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)字符的顯示。數(shù)碼管模塊的優(yōu)點(diǎn)是顯示清晰、亮度高、可靠性強(qiáng)，使用較低的電壓和電流，功耗較小。通過串行接口進(jìn)行控制，在數(shù)字系統(tǒng)中的應(yīng)用非常方便。綜上所述，本文選擇方案二的數(shù)碼管模塊作為顯示時(shí)間的顯示進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)STM32F103C8T6是STMicroelectronics公司生產(chǎn)的一款32位ARMCortex-M3內(nèi)核的微控制器，屬于STM32F1系列。它具有豐富的外設(shè)和功能，適用于各種應(yīng)用場景，包括工業(yè)控制、汽車電子、智能家居等領(lǐng)域。單片機(jī)最小系統(tǒng)是保證單片機(jī)能正常工作所必需的組成部分。對于STM32F103C8T6單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖3-1：圖3-1STM32F103C8T6最小系統(tǒng)1.單片機(jī)芯片：STM32F103C8T6，作為控制核心，具有72MHz主頻的ARMCortex-M3內(nèi)核，集成了豐富的外設(shè)，包括多個(gè)定時(shí)器、串口、ADC、DAC等，以滿足各種應(yīng)用需求。3.時(shí)鐘電路：STM32F103C8T6需要外部時(shí)鐘源來提供時(shí)鐘信號?？梢允褂镁w振蕩器或者外部時(shí)鐘源作為時(shí)鐘輸入，以確保單片機(jī)的時(shí)鐘精度和穩(wěn)定性。4.復(fù)位電路：復(fù)位電路用于在單片機(jī)上電或者外部復(fù)位時(shí)將其初始化到一個(gè)已知的狀態(tài)，確保單片機(jī)能夠正常啟動和工作。5.ST-Link下載電路：ST-Link是STMicroelectronics提供的一種用于與STM32微控制器通信的工具，可用于程序下載、調(diào)試和仿真。在設(shè)計(jì)中，ST-Link下載電路通常包括一個(gè)或多個(gè)連接器（如JTAG或SWD連接器）以及與STM32單片機(jī)通信所需的線路。這些線路可能包括連接到STM32單片機(jī)的SWD端口（SerialWireDebug）或者JTAG端口（JointTestActionGroup）的引腳，以及供電引腳和地引腳。6.USB-Micro電路：USB-Micro連接器通常用于提供USB連接功能，例如用于與計(jì)算機(jī)通信、固件升級或外部設(shè)備連接等。USB-Micro連接器的電路一般包括USB數(shù)據(jù)線路（D+和D-）、供電線路（VCC）、地線路（GND）以及可能的其他引腳（如ID），以實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的連接和通信。在設(shè)計(jì)中，需要確保USB-Micro連接器的線路與STM32單片機(jī)的USB引腳正確連接，并根據(jù)需要添加電壓穩(wěn)壓器、電流限制器等電路以滿足USB設(shè)備的要求。STM32F103C8T6單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、系統(tǒng)電源、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成，這些部分共同保證了單片機(jī)的正常工作。在具體設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的外部元器件，并合理設(shè)計(jì)電路連接和布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。3.2電源電路系統(tǒng)電源：單片機(jī)需要穩(wěn)定的輸出電源供應(yīng)才能正常工作?？梢允褂玫酵獠恐绷麟娫椿蛘唠姵毓╇?，確保單片機(jī)的在工作的同時(shí)由穩(wěn)定的工作電壓和穩(wěn)定的電流規(guī)格要求。電源模塊電路圖如圖3-3所示。圖3-2電源模塊電路圖3.3按鍵電路本設(shè)計(jì)通過6個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)校門口交通控制系統(tǒng)功能的切換，“設(shè)置”、“加”、“減”、“緊急”、“流量”和“學(xué)校”鍵分別與STM32F103C8T6的PB6、PB4、PB5、PB12、PB7和PB8引腳連接，電路原理圖如圖3-4所示。圖3-3按鍵模塊電路原理圖該模塊每個(gè)按鍵功能如下：“設(shè)置”鍵：工作狀態(tài)下按下此按鍵進(jìn)入紅燈時(shí)間設(shè)置模式，此時(shí)再按此按鍵可以進(jìn)入綠燈時(shí)間設(shè)置模式，繼續(xù)按下此按鍵進(jìn)入黃燈時(shí)間設(shè)置模式，再按一次方可退出時(shí)間設(shè)置模式，簡而言之此按鍵在設(shè)置車行道紅綠黃倒計(jì)時(shí)和工作模式之間切換。“加”鍵：在進(jìn)入紅綠黃燈時(shí)間設(shè)置模式后，按下此按鍵可以增加倒計(jì)時(shí)時(shí)間?！皽p”鍵：在進(jìn)入紅綠黃燈時(shí)間設(shè)置模式后，按下此按鍵可以減少倒計(jì)時(shí)時(shí)間?！熬o急”鍵：在工作模式下按下此按鍵可進(jìn)入緊急模式，此時(shí)人行道全部亮起紅燈，行人禁止通過，待車輛通過或者異常狀態(tài)解除后再按下此按鍵便可進(jìn)入正常的工作模式?！傲髁俊辨I：在上學(xué)和放學(xué)時(shí)間段的時(shí)候按下此按鍵開啟人流量統(tǒng)計(jì)模式，統(tǒng)計(jì)進(jìn)入等待區(qū)內(nèi)的人數(shù)，等到上學(xué)和放學(xué)時(shí)間結(jié)束之后，再按一下關(guān)閉此模式到工作模式。“學(xué)?！辨I：在上學(xué)和放學(xué)時(shí)間段的時(shí)候，校門口門口處學(xué)生進(jìn)入等待區(qū)的語音提醒，按下此按鍵后將會進(jìn)行語音播報(bào)提醒學(xué)生按順序排隊(duì)進(jìn)入等待區(qū)等待，等到上學(xué)和放學(xué)結(jié)束之后再次按下此按鍵將關(guān)閉此處語音播報(bào)。3.4數(shù)碼管顯示模塊本設(shè)計(jì)的路口倒計(jì)時(shí)通過2個(gè)兩位共陰極LED數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管1的A-G引腳分別連接到74HC595的Q0-Q6引腳。數(shù)碼管的公共陽極引腳連接到電源（+3V）。數(shù)碼管2的A-G引腳分別連接到74HC595的Q7-Q13引腳。數(shù)碼管的公共陽極引腳連接到電源（+3V）。將74HC595的引腳連接到單片機(jī)的引腳：DS（串行數(shù)據(jù)）連接PA8，SHCP（時(shí)鐘）連接PA9，STCP（存儲器時(shí)鐘）連接PA10，將74HC595的輸出使能引腳（OE）連接到地，使其輸出有效，連接74HC595的VCC引腳到電源（+5V），連接GND引腳到地，將兩個(gè)數(shù)碼管的公共陽極引腳連接到電源（+5V）。STM32與74HC595的連接圖如圖3-5所示。圖3-4數(shù)碼管模塊原理圖3.5LED交通燈顯示模塊本設(shè)計(jì)選用8個(gè)LED作為交通燈，其中人行道和車行道兩個(gè)相對側(cè)交通燈因?yàn)轱@示內(nèi)容相同，所以連接相同電路，車行道與人行道交通燈分別與單片機(jī)PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5連接，電路圖如圖3-6所示。圖3-5LED顯示模塊原理圖3.6人流量統(tǒng)計(jì)模塊（紅外傳感器模塊）E18-D80NK是一款廣泛應(yīng)用于自動化領(lǐng)域的調(diào)整式紅外傳感器，常用于距離檢測、障礙物識別等多種場景。它的工作原理是通過發(fā)射紅外光并接收反射回來的紅外光，從而判斷是否有物體在其檢測范圍內(nèi)。因?yàn)閭鞲衅骶哂锌煽啃愿叨梢杂迷趧澏ㄒ粋€(gè)固定的等待區(qū)域來統(tǒng)計(jì)進(jìn)入的人流量導(dǎo)入進(jìn)系統(tǒng)中。當(dāng)用于人流量統(tǒng)計(jì)時(shí)，安裝E18-D80NK傳感器在等待區(qū)入口處，通過檢測人員進(jìn)入等待入口來增加人數(shù)統(tǒng)計(jì)。將這兩個(gè)傳感器的信號線分別接到單片機(jī)STM32的PB13和PB14引腳上，可以實(shí)現(xiàn)對進(jìn)出人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。E18-D80NK紅外傳感器（入口傳感器）：VCC連接到單片機(jī)的5V或3.3V，GND連接到單片機(jī)的GND,OUT連接到單片機(jī)的PB13。E18-D80NK紅外傳感器2（入口傳感器）：VCC連接到單片機(jī)的5V或3.3V，GND連接到單片機(jī)的GND，OUT連接到單片機(jī)的PB14。原理圖如圖3-7所示。圖3-6人流量統(tǒng)計(jì)模塊3.7語音播報(bào)模塊JQ8900語音模塊是一種用于語音播報(bào)的音頻設(shè)備，常用于提醒、廣播、導(dǎo)航等場景。在學(xué)校中，可以利用JQ8900語音模塊來提醒學(xué)生有序排隊(duì)、保持秩序，確保校園生活和行人通行的順利進(jìn)行。為了更好的提醒行人，在車行道對象方向和學(xué)校門口設(shè)計(jì)語音播報(bào)，所以本設(shè)計(jì)中共使用三個(gè)JQ8900，因其中兩個(gè)是位于人行道對側(cè)所以播放內(nèi)容相同，可以連接相同電路。人行道兩側(cè)JQ8900語音模塊：TX連接到單片機(jī)的PB10，RX連接到單片機(jī)的PB11，VCC連接到單片機(jī)的5V或3.3V，GND連接到單片機(jī)的GND。學(xué)校門口JQ8900語音模塊：TX連接到單片機(jī)的PB1，RX連接到單片機(jī)的PB3，VCC連接到單片機(jī)的5V或3.3V，GND連接到單片機(jī)的GND.電路原理圖如圖3-8所示。圖3-7語音播報(bào)模塊原理4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)146364.1軟件開發(fā)環(huán)境該系統(tǒng)主要的程序由C語言編寫，C語言最大的優(yōu)點(diǎn)在于指針和結(jié)構(gòu)體，正是由于指針的存在，能夠快速且便捷的操作底層寄存器，這是所有其它語言無法比擬的。在程序編寫時(shí)我們把每一個(gè)子模塊的功能進(jìn)行函數(shù)封裝卸載頭文件里，在主函數(shù)里調(diào)用這些函數(shù)，既節(jié)省了代碼量又使得主函數(shù)里清晰明了，以便于后續(xù)的功能拓展和調(diào)試。對于STM32F103的控制設(shè)計(jì)，使用STM32cubemx來配置引腳初始化，該軟件可以自動生成配置好的引腳所用的初始化函數(shù)，給后面的編程帶來了極大的便捷。用Keil5編寫程序。STM32cubemx軟件界面如圖4-1所示，Keil5軟件界面如圖4-2所示。圖4-1Stm32cubemx軟件界面圖4-2Keil軟件界面圖16164.2主程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求如圖4-1所示，可以將本系統(tǒng)設(shè)置為三種模式，即設(shè)置模式、工作模式和緊急模式，在系統(tǒng)通電啟動后進(jìn)入到工作模式當(dāng)中，此時(shí)交通燈倒計(jì)時(shí)為“出廠設(shè)置數(shù)值”，LED、語音播報(bào)模塊、人流量統(tǒng)計(jì)模塊（紅外傳感器模塊）和數(shù)碼管顯示模塊均進(jìn)入正常工作狀態(tài)。與此同時(shí)單片機(jī)不斷的去掃描按鍵輸入，如果掃描到“設(shè)置”按鍵被按下則進(jìn)入設(shè)置模式，此時(shí)等待操作人員進(jìn)行設(shè)置，通過加減按鍵可以修改交通燈倒計(jì)時(shí)。待修改完成后再次按下“設(shè)置”按鍵退出到工作模式。如果在工作模式下按“緊急”按鍵，交通燈都變成為紅燈，數(shù)碼管不再顯示倒計(jì)時(shí)，此時(shí)需要再次按下“緊急”按鍵則會退出緊急模式回到工作模式下。在工作模式下按下“流量”按鍵，則會開啟等待區(qū)人流量統(tǒng)計(jì)功能。在學(xué)校上學(xué)和放學(xué)的實(shí)際狀況中，需要在人行道對側(cè)設(shè)置兩個(gè)等候區(qū)來控制學(xué)生，學(xué)生須在等候區(qū)內(nèi)等待綠燈通過，如果當(dāng)人行道為紅燈時(shí)，當(dāng)進(jìn)入等候區(qū)內(nèi)的人數(shù)大于20人，則車行道提前進(jìn)入黃燈閃爍五秒，變?yōu)榧t燈狀態(tài)，此時(shí)人行道提前變?yōu)榫G燈，以防學(xué)生擁堵堵住入口預(yù)防發(fā)生擁擠等意外事故。圖4-1主程序程序設(shè)計(jì)4.3按鍵程序設(shè)計(jì)按鍵設(shè)置程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖4-2。本文設(shè)計(jì)的按鍵采用多個(gè)按鍵組合而成，因此，在程序設(shè)計(jì)的過程中，需要對組合按鍵進(jìn)行掃描，以判斷具體的按鍵，并進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)志位觸發(fā)，執(zhí)行下一步的功能。具體的過程概括如下：首先，所有的按鍵引腳控制端口進(jìn)行初始化，進(jìn)行按鍵的判斷，是否有按鍵閉合，如果有按鍵則延時(shí)去除抖動，然后對鍵盤進(jìn)行掃描；其次，判斷是否找到閉合的按鍵，如果條件成立則計(jì)算鍵值，并且此時(shí)判斷一下閉合的按鍵是否釋放，如果條件成立則建立有效的標(biāo)志位，以進(jìn)行相關(guān)的功能操作，否則建立無效的標(biāo)志位，相關(guān)的功能不執(zhí)行。圖4-2按鍵設(shè)置程序設(shè)計(jì)4.4數(shù)碼管程序設(shè)計(jì)使用74HC595芯片來控制兩位共陰數(shù)碼管時(shí)，連接74HC595芯片的串行輸入（SER）、時(shí)鐘輸入（SRCLK）、存儲器輸入（RCLK）引腳到STM32微控制器的PA8、PA9、PA10引腳上。接著，通過STM32的GPIO輸出來控制74HC595芯片，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)碼管的控制。數(shù)碼管顯示器程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖4-3所示。數(shù)碼管的驅(qū)動和控制的過程主要包括以下的幾個(gè)步驟：首先，初始化數(shù)據(jù)顯示的參數(shù)值，然后顯示出數(shù)字，獲取到顯示數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)根據(jù)程序所寫設(shè)定的值，開始進(jìn)行下一步程序流程，倒計(jì)時(shí)開始，之后顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，輸出顯示數(shù)據(jù)，顯示出倒計(jì)時(shí)時(shí)間，并重復(fù)的往下執(zhí)行。圖4-3數(shù)碼管程序設(shè)計(jì)4.5人流量統(tǒng)計(jì)程序設(shè)計(jì)通過STM32的PB13和PB14引腳來讀取E18-D80NK模塊的輸出信號。當(dāng)檢測到有行人進(jìn)入等待區(qū)內(nèi)時(shí)，對人流量的計(jì)數(shù)進(jìn)行增加。紅外傳感器子程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖4-4所示。紅外執(zhí)行過程如下：首先，初始化控制紅外傳感器的引腳，然后根據(jù)按鍵開關(guān)是否開啟人數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)；如果判定是，紅外傳感器開始采集數(shù)據(jù)，采集通過的人數(shù)，進(jìn)行改變燈的狀態(tài)；如果判定否，紅外傳感器在則會在等待開啟倒計(jì)時(shí)。圖4-4人流量統(tǒng)計(jì)程序設(shè)計(jì)4.6語音播報(bào)程序設(shè)計(jì)語音播放的過設(shè)計(jì)過程實(shí)際上就是發(fā)送相關(guān)的控制執(zhí)行，然后讀取到語音播放的信號即可實(shí)現(xiàn)語音信號的調(diào)取，該過程主要采用的是串口通信的方式進(jìn)行，在進(jìn)行語音播放前，需要設(shè)置JQ8900的播放模式、音量、語音分組、語音編號等參數(shù)，然后采用SPI或其他串口協(xié)議傳輸命令給JQ8900，并等待JQ8900對指令進(jìn)行響應(yīng)。在接收到指令后，JQ8900會自動播放對應(yīng)語音文件。步驟如下：首先，進(jìn)行串口初始化初始化JQ8900，然后到達(dá)等待控制命令使用錄音設(shè)備進(jìn)行錄制，然后將錄制好的文件轉(zhuǎn)化為JQ8900格式，進(jìn)行存儲操作。之后播放指定地址的語音，播放完畢這一段語音之后系統(tǒng)，再次播放下一段語音。最后，判斷數(shù)據(jù)接受是否完成，如果條件成立則讀取轉(zhuǎn)換后的語音播放數(shù)據(jù)，并控制模塊進(jìn)行語音播放。語音播放程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖4-5所示。圖4-5語音播放程序設(shè)計(jì)5系統(tǒng)測試5.1人機(jī)交互測試人機(jī)交互測試結(jié)果如圖5-1所示。當(dāng)接上電源時(shí)，連接的LED燈和數(shù)碼管通電上之后燈都點(diǎn)亮起來。通過按下所選定的按鍵，可以觸發(fā)相應(yīng)的功能或命令，按鍵的主要功能為“加”鍵、“減”鍵、“緊急”鍵、“流量”鍵、“學(xué)?！辨I?！凹印辨I、“減”鍵按下按鍵修改紅燈綠燈黃燈時(shí)間的數(shù)值，“緊急”鍵按下按鍵所有燈都變成紅燈顯示車輛都無法通行，“流量”鍵開啟人流量統(tǒng)計(jì)的功能，“學(xué)?！辨I開啟了學(xué)校門口語音播報(bào)的功能：請學(xué)生按順序排隊(duì)進(jìn)入等待區(qū)，可以觀察到當(dāng)按下按鍵之后，所有的功能按鍵都能正常使用。測試硬件是否正常能記憶檢測當(dāng)對系統(tǒng)斷電后，下次重新上電數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)是否可以記錄到上次斷電前時(shí)間的記錄。測試結(jié)果正常，功能達(dá)到預(yù)期的要求。圖5-1人機(jī)交互測試5.2人流量統(tǒng)計(jì)(紅外傳感器模塊）檢測測試人流量統(tǒng)計(jì)(紅外傳感器）檢測測試，如圖5-2所示。檢測進(jìn)入等待區(qū)的行人數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，連接傳感器，將傳感器與硬件平臺一起連接起來。模擬人數(shù)進(jìn)入等待區(qū)是否能在人行道為紅燈的時(shí)候，到達(dá)設(shè)定的人數(shù)值，是否會提前變成綠燈，模擬當(dāng)通過的人數(shù)當(dāng)超過20人之后，人行道提前變成了綠燈，車行道的燈先倒計(jì)時(shí)變成黃燈時(shí)間，提醒駕駛?cè)思磳⒆兂杉t燈，禁止通行。最后，為了確保傳感器提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了多次測量，測試結(jié)果正常。圖5-2人流量統(tǒng)計(jì)(紅外傳感器）檢測測試測試結(jié)果如下表5-1，5-2所示：表5-1測試結(jié)果人流測試車行道是否提前亮黃燈到達(dá)設(shè)定值是否變燈計(jì)算人數(shù)通過時(shí)間1否否110S2否否215S5否否520S7否否725S10否否1040S15否否1545S20是是2060S表5-2測試結(jié)果當(dāng)通過人數(shù)頻率是否檢測到人數(shù)是否能到達(dá)設(shè)定值變燈31否41否51否71否201否根據(jù)以上的測試結(jié)果分析，在每個(gè)人按順序排隊(duì)通過時(shí)通過時(shí)間內(nèi)，通過人數(shù)到達(dá)20人時(shí)，提前變燈，人數(shù)統(tǒng)計(jì)的計(jì)數(shù)正常。若通過的人數(shù)頻率并排通過時(shí)，統(tǒng)計(jì)到的人數(shù)都為1，人數(shù)統(tǒng)計(jì)不正常。5.3語音播報(bào)測試語音播報(bào)測試如圖5-3，可以觀察到，當(dāng)人行道綠燈時(shí)語音播報(bào)：行人通行。當(dāng)人行道為紅燈時(shí)語音播報(bào)：行人通行，當(dāng)人行道為紅燈時(shí)語音播報(bào)：行人禁止通行。當(dāng)人行道為紅燈時(shí)，進(jìn)入等待區(qū)內(nèi)的人數(shù)到達(dá)20人之后，人行道提前變?yōu)榫G燈時(shí)，語音播報(bào)從原來的禁止通行，在變成綠燈時(shí)刻，語音播報(bào)是否從行人禁止通行，變成行人通行。進(jìn)行了測量，測試結(jié)果正常，達(dá)到預(yù)期效果。圖5-3語音播報(bào)測試測試結(jié)果如下表5-2所示：表5-2測試結(jié)果人行道燈狀態(tài)播報(bào)是否正確是否提前變燈播報(bào)是否正確紅燈正確是正確綠燈正確否正確6總結(jié)本設(shè)計(jì)開發(fā)針對校門交通臨時(shí)管制的智能化系統(tǒng)，以提高校門口交通管理的效率和安全性。采用了基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案，主控制器選用STM32，并集成了語音報(bào)警模塊、數(shù)碼管顯示模塊以及人流量檢測模塊(紅外傳感器模塊)等功能。首先，通過人流量檢測模塊(紅外傳感器模塊)實(shí)時(shí)監(jiān)測校門口人行道等待區(qū)內(nèi)人流量的統(tǒng)計(jì)，借助STM32單片機(jī)進(jìn)行流量分析，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整交通信號燈狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)交通流量的合理分配和管制。這一種設(shè)計(jì)方案能夠讓校門口的交通得到改善，提高了學(xué)校門口的交通安全性。其中，在設(shè)計(jì)中還添加了語音報(bào)警模塊，可以提醒準(zhǔn)備要過馬路的行人和正在車行道上行駛的駕駛員注意交通安全。最重要的是在上學(xué)和放學(xué)這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，這一開啟語音提醒讓學(xué)生有順序進(jìn)入等待區(qū)等待，不會發(fā)生擁堵和更加有效保護(hù)學(xué)校內(nèi)的老師和學(xué)生的安全。利用數(shù)碼管模塊，能夠更加清楚地顯示交通信號燈的狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)信息，幫助行人和駕駛員更好地了解交通信號燈的變化情況，有順序的進(jìn)行安全通過。最后，還設(shè)計(jì)了等待區(qū)和人流量統(tǒng)計(jì)功能，在學(xué)生進(jìn)入等待區(qū)入口時(shí)將會計(jì)算進(jìn)入的學(xué)生數(shù)量，若進(jìn)入的數(shù)量達(dá)到了設(shè)定的一個(gè)數(shù)值，人行道此時(shí)若為紅燈狀態(tài)，則會提前變?yōu)榫G燈狀態(tài)，可以保證的路面上行人的安全和出現(xiàn)學(xué)生擁堵造成庫面堵塞，有效的讓學(xué)校門口的交通得到更好的安全性和便利。通過了本次的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)在上學(xué)和放學(xué)時(shí)間段校門口交通臨時(shí)管制提高安全性和便利性保障學(xué)生和老師安全的管理，為學(xué)校的交通安全提供了有效的解決方案。期待，在今后的發(fā)展會有更好的改進(jìn)方案，會有更多便利的更完善的智能交通場景運(yùn)用在生活中。參考文獻(xiàn)楊作林,商強(qiáng).智能網(wǎng)聯(lián)環(huán)境下人機(jī)混駕交通流特性研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2024,(05):146-149.韓貝,盧磊.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市交叉路段交通信號智能控制方法[J].電子設(shè)計(jì)工程,2024,32(05):136-140.王鵬,赫柳青.人工智能與物聯(lián)網(wǎng)融合的智慧交通管理系統(tǒng)[J].網(wǎng)絡(luò)安全和信息化,2024,(02):53-55