一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置及應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置及應(yīng)用。裝置由輸入設(shè)備—矩陣鍵盤(pán)模塊3、輸出設(shè)備4、傳感設(shè)備1和存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2構(gòu)成。它相應(yīng)于數(shù)字計(jì)算機(jī)所存儲(chǔ)的程序控制信號(hào)運(yùn)行，以感知十字路口的通堵?tīng)顟B(tài)進(jìn)而控制十字路口紅綠燈的狀態(tài)。控制程序按照事先約定的流程根據(jù)各個(gè)參數(shù)和系統(tǒng)的傳感設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)完成交通燈的控制。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的根據(jù)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的十字路口紅綠燈裝置在以上述方式運(yùn)行時(shí)將會(huì)使十字路口獲得最佳的流暢度，同時(shí)提高了十字路口的通車(chē)效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種十字路口紅綠燈控制系統(tǒng)，特別涉及一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的增多，道路的交通流量逐日增加，交叉路口的壓力日益增大，確保交通順暢和交通安全就越來(lái)越顯得重要。十字路口堵車(chē)是一種典型的交通擁堵。往往開(kāi)始時(shí)路口中心區(qū)域出現(xiàn)小堵(也可能路口上其中一路汽車(chē)未完全通過(guò))，但由于傳統(tǒng)交通燈紅綠定時(shí)交替變化，導(dǎo)致各路汽車(chē)相繼駛?cè)攵萝?chē)區(qū)域，最終形成汽車(chē)縱橫交錯(cuò)的嚴(yán)重交通堵塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的是提供一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置，用以克服傳統(tǒng)十字路口紅綠燈的固有缺陷。該裝置的基本原理如下，當(dāng)在十字路口發(fā)生局部堵塞的時(shí)候，該十字路口的各方向的交通燈都亮紅燈，禁止各方向來(lái)的汽車(chē)進(jìn)入十字路口內(nèi)，就能使已被堵在十字路口內(nèi)的汽車(chē)自行地離開(kāi)，從而避免長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重交通堵塞。當(dāng)堵車(chē)消失后，該十字路口各方向的交通燈都能即刻恢復(fù)常態(tài)。以達(dá)到緩解十字路口嚴(yán)重交通堵塞的目的。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:
[0005]1.一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置由輸入設(shè)備一矩陣鍵盤(pán)模塊3、輸出設(shè)備4、傳感設(shè)備I和存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2構(gòu)成。
[0006]I)所述存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2用于存儲(chǔ)該系統(tǒng)所需要的參數(shù)，并處理所有輸入設(shè)備和傳感設(shè)備采集的信息，它由中央處理單元(CPU) 2-1、電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)2-2、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 2-3、有1、I1、II1、I V、V五個(gè)端口的輸入輸出端口(I/O ) 2_4和閃存(FLASH) 2-5構(gòu)成，電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 2_2、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 2_3、輸入輸出端口(1/0)2-4和閃存(FLASH)2-5分別與中央處理單元(CPU)2-1連接，中央處理單元(CPU)2-1由算數(shù)/邏輯單元(ALU)2-1-1，控制及定時(shí)電路2_1_3，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)2-1-2構(gòu)成，算數(shù)/邏輯單元(ALU) 2-1-1與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 2-1-2連接后二者分別與控制及定時(shí)電路2-1-3連接。
[0007]所述輸出設(shè)備4用于顯示整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)和整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，由IXD顯示模塊4-1和紅綠指示燈和控制電路模塊4-2組成。
[0008]所述傳感設(shè)備I用于獲取所監(jiān)測(cè)十字路口的通堵?tīng)顟B(tài)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理后傳送給存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2，由攝像頭1-1、視頻輸入與解碼芯片1-2和超聲波模塊1_3組成。
[0009]2)所述傳感設(shè)備I的攝像頭1-1與視頻輸入與解碼芯片1-2連接，視頻輸入與解碼芯片1-2與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2的輸入端口 I連接，傳感設(shè)備I的超聲波模塊1-3與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2的輸入端口 II連接；矩陣鍵盤(pán)模塊3與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2的輸入端口 III連接；存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2的輸出端口 IV與輸出設(shè)備4的IXD顯示模塊4-1連接，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2的輸出端口 V與輸出設(shè)備4的控制電路模塊4-2連接。
[0010]上述存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)是依據(jù)傳感設(shè)備攝像頭1-1所采集的當(dāng)前外部環(huán)境亮度來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算圖像巾貞差閾值。
[0011 ] 上述存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)包括一個(gè)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)，該存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)除存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)計(jì)算圖像幀差閾值的程序和十字路口狀態(tài)判斷程序外，還允許存儲(chǔ)更進(jìn)一步操作的程序。
[0012]2.為提供可靠的紅綠燈狀態(tài)控制，并同時(shí)盡量提高紅綠燈的響應(yīng)的及時(shí)度，上述存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下步驟:
[0013]I)需要為圖像幀差法選取一個(gè)合適的閾值，首先，攝像頭1-1進(jìn)行100幀圖像取樣后，取出每一幀的亮度值累加后求平均。這樣就取得了此時(shí)外部環(huán)境平均亮度值。然后根據(jù)平均亮度值亮度和早中晚參考亮度值TM、TA、TN計(jì)算當(dāng)前圖像幀差閾值。
[0014]2)提高紅綠燈響應(yīng)的及時(shí)度，避免了誤判的發(fā)生，首先存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)會(huì)讀取操作者預(yù)先設(shè)定的防誤判的重復(fù)采樣次數(shù)N，然后進(jìn)行每次十字路口交通狀態(tài)判斷后，對(duì)該重復(fù)采樣次數(shù)進(jìn)行減I操作，并判斷該值是否到0，如果到0，直接退出本輪判斷，如果不為0，繼續(xù)進(jìn)行下一次判斷。直到某種十字路口狀態(tài)達(dá)到了 3/4N。然后，再結(jié)合超聲波模塊獲取的車(chē)輛高度值來(lái)決定這個(gè)狀態(tài)是否有效。
[0015]3.一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置的應(yīng)用，在十字路口發(fā)生局部堵塞的時(shí)候，該十字路口的各方向的交通燈都亮紅燈，禁止各方向來(lái)的汽車(chē)進(jìn)入十字路口內(nèi)，就能使已被堵在十字路口內(nèi)的汽車(chē)自行地離開(kāi)，從而避免長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重交通堵塞，當(dāng)堵車(chē)消失后，該十字路口各方向的交通燈都能即刻恢復(fù)常態(tài)，以達(dá)到緩解十字路口嚴(yán)重交通堵塞的目的；在中央處理單元(CPU) 2-1讀取完電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 2-2中所保存的系統(tǒng)參數(shù)后。系統(tǒng)進(jìn)入真正的十字路口紅綠燈控制狀態(tài)。此時(shí)，攝像頭1-1和超聲波模塊1-3都對(duì)準(zhǔn)了十字路口的重疊區(qū)域?？紤]下面三種情況:
[0016]I)道路空曠，沒(méi)有車(chē)通過(guò)，此時(shí)，攝像頭1-1獲取的前后兩幀圖像的亮度分量之間幾乎沒(méi)有差別，在使用幀差算法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累加后相減，所得到的值必然會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖像幀差閾值，然后，中央處理單元(CPU) (2-1)繼續(xù)讀取超聲波模塊(1-3)測(cè)得的距離值，因?yàn)榇藭r(shí)道路上沒(méi)有任何車(chē)通過(guò)，超聲波模塊(1-3)所測(cè)量到的值必然就是超聲波模塊(1-3)相對(duì)于路面的架設(shè)高度，所以，此時(shí)中央處理單元(CPU) (2-1)控制紅綠指示燈控制電路模塊(4-2)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即間隔一定的時(shí)間紅綠燈強(qiáng)制進(jìn)行切換；
[0017]2)道路有車(chē)通過(guò)，但是不發(fā)生擁堵，此時(shí)，由于十字路口下車(chē)的移動(dòng)，攝像頭(1-1)獲取的前后兩幀圖像的亮度分量必然存在較大的差別，在使用幀差法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累加后相減，所得到的值必然會(huì)大于圖像幀差閾值，在這種情況下，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)直接判定十字路口車(chē)流通暢，沒(méi)有發(fā)生任何擁堵，而不會(huì)去讀取超聲波模塊(1-3)的測(cè)距值，所以，此時(shí)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)控制紅綠指示燈控制電路模塊(4-2)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即間隔一定的時(shí)間紅綠燈進(jìn)行強(qiáng)制切換；
[0018]3)道路有車(chē)通過(guò)，但是在十字路口發(fā)生了擁堵，此時(shí)，由于十字路口下面的車(chē)停止不動(dòng)，攝像頭(1-1)獲取的前后兩幀圖像的亮度分量幾乎沒(méi)有差別，在使用幀差算法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累加后相減，所得到的值必然遠(yuǎn)小于圖像幀差閾值，然后，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)繼續(xù)讀取超聲波模塊(1-3)測(cè)得的距離值，因?yàn)榇藭r(shí)十字路口處發(fā)生了擁堵，超聲波模塊(1-3)所測(cè)量到的值必然就是超聲波模塊(1-3)相對(duì)于路面架設(shè)的高度減去車(chē)輛的高度，所以，此時(shí)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)控制紅綠指示燈和控制模塊(4-2)強(qiáng)制亮起紅燈，禁止各方向來(lái)的汽車(chē)進(jìn)入十字路口內(nèi)，使已被堵在十字路口內(nèi)的汽車(chē)自行地離開(kāi)，當(dāng)堵車(chē)消失后，該十字路口各方向的紅綠燈都能即刻恢復(fù)常態(tài)。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的根據(jù)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的十字路口紅綠燈裝置在以上述方式運(yùn)行時(shí)將會(huì)使十字路口獲得最佳的流暢度，同時(shí)提高了十字路口的通車(chē)效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，傳感設(shè)備1、存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2、矩陣鍵盤(pán)模塊3、輸出設(shè)備4、攝像頭
1-1、視頻輸入與解碼芯片1-2、超聲波模塊1-3、IXD顯示模塊4-1、紅綠指示燈和控制電路模塊4-2。
[0022]圖2是存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2、中央處理單元(CPU) 2-1、電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 2-2、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 2_3、輸入輸出端口(I/O) 2_4、閃存(FLASH) 2_5。
[0024]圖3是存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)中央處理單元(CPU) 2-1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中，算數(shù)/邏輯單元(ALU)2-1_1，控制及定時(shí)電路2_1_3，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)
2~1~2ο
[0026]圖4是本發(fā)明最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2、傳感設(shè)備1、攝像頭1-1、視頻輸入與解碼芯片1-2、超聲波模塊1-3、矩陣鍵盤(pán)模塊3、IXD顯示模塊4-1、紅綠燈控制接口 5、交通燈6、采集的數(shù)據(jù)7。
[0028]圖5是本發(fā)明的一個(gè)整體算法控制程序流程圖。
[0029]圖6是本發(fā)明的一個(gè)自適應(yīng)算法控制程序流程圖。
[0030]圖7是本發(fā)明的堵車(chē)、暢通有效判斷算法控制程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0032]本發(fā)明是以十字路口紅綠燈控制裝置的存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)思的，從而減少了人工對(duì)十字路口交通堵塞的干預(yù)。當(dāng)然首先要提供的是可靠的紅綠燈狀態(tài)控制，并同時(shí)盡量提高紅綠燈的響應(yīng)的及時(shí)度。
[0033]根據(jù)上述要求得出兩個(gè)任務(wù)。第一，需要為圖像幀差法選取一個(gè)合適的閾值，由于不同時(shí)間段光照強(qiáng)度都會(huì)不一樣，導(dǎo)致相應(yīng)的閾值也會(huì)跟著變化。所以，同一個(gè)圖像幀差閾值不是在任何時(shí)間段都是可行的，必須要求系統(tǒng)自身能根據(jù)外部環(huán)境的光線強(qiáng)度自動(dòng)進(jìn)行閾值調(diào)整。第二，為了提高紅綠燈響應(yīng)的及時(shí)度，系統(tǒng)采用了 N次判斷取多數(shù)的算法，既避免了誤判的發(fā)生，又提高了紅綠燈響應(yīng)的及時(shí)度。
[0034]1.本發(fā)明一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置由傳感設(shè)備1、存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2、矩陣鍵盤(pán)模塊3、輸出設(shè)備4、攝像頭1-1、視頻輸入與解碼芯片1-2、超聲波模塊1-3、IXD顯示模塊4-1、控制電路模塊4-2組成。攝像頭1-1完成了將攝像頭采集的模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換并解碼后傳送給存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)的視頻處理部分，該模塊與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)通過(guò)輸入/輸出接口 I實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。超聲波模塊1-3用于確定超聲波反射處與超聲波模塊所在位置的距離，該模塊與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)通過(guò)輸入/輸出接口 II實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2，它提供了各個(gè)模塊與中央處理單元(CPU)通信的接口，包括1、I1、II1、IV、V共5個(gè)輸入/輸出端口。矩陣鍵盤(pán)模塊3，用于輸入系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，該模塊與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)通過(guò)輸入/輸出接口 III實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。輸出設(shè)備4，包括用于輸出系統(tǒng)核心參數(shù)的IXD顯示模塊4-1，該模塊與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)通過(guò)輸入/輸出接口 IV實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。紅綠指示燈和控制電路模塊4-2，該模塊與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)通過(guò)輸入/輸出接口 V實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)十字路口的運(yùn)行狀態(tài)的控制。
[0035]2.存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2的微控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2的微控制器由中央處理單元(CPU) 2-1、電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 2_2、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)2-3、輸入輸出端口(I/O)2-4、閃存(FLASH)2_5組成。集成電路的中央處理單元(CPU)
2-1。電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)2-2，是整個(gè)十字路口紅綠燈控制系統(tǒng)參數(shù)存放的地方。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)2-3，是整個(gè)十字路口紅綠燈控制系統(tǒng)的控制程序運(yùn)行的場(chǎng)所。輸入輸出端口(I/O) 2-4，包含與圖1相對(duì)應(yīng)的輸入/輸出端口 1、I1、II1、IV、V，用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖1中存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2與外部裝置的互聯(lián)與數(shù)據(jù)交換。閃存(FLASH)2-5，用來(lái)存儲(chǔ)整個(gè)十字路口紅綠燈控制系統(tǒng)的控制程序。中央處理單元(CPU) 2-1通過(guò)數(shù)據(jù)總線和地址總線將上述部件相連，并通過(guò)控制總線實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件有序地工作。當(dāng)將它與十字路口紅綠燈組合時(shí)，一旦操作者輸入系統(tǒng)的參數(shù)到存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2的輸入端口時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)首先將操作者輸入的數(shù)據(jù)存入電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 2-2，然后應(yīng)用系統(tǒng)就能完全操縱所有的控制功能。
[0036]3.中央處理單元(CPU)2_1的結(jié)構(gòu)如圖3所示，中央處理單元(CPU)2_1包括算數(shù)/邏輯單元(ALU) 2-1-1，控制及定時(shí)電路2-1-3，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 2_1_2。它由一個(gè)存儲(chǔ)寄存器陣列組成，并且該陣列是公知的。通常，特別包含一個(gè)存儲(chǔ)將由算數(shù)/邏輯單元(ALU)2-1-1操作的運(yùn)算數(shù)之一的累加寄存器，一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，一個(gè)指令寄存器和解碼器以及地址寄存器。
[0037]算數(shù)/邏輯單元(ALU) 2-1-1將提供給它的二進(jìn)制數(shù)據(jù)實(shí)行算數(shù)邏輯運(yùn)算。盡管未顯示出，但該算數(shù)/邏輯單元(ALU) 2-1-1也包括一個(gè)地址，該地址能夠依據(jù)二進(jìn)制算術(shù)的邏輯組合兩個(gè)寄存器的內(nèi)容。該裝置允許該處理器執(zhí)行算數(shù)操作從存儲(chǔ)器獲得的數(shù)據(jù)?？刂萍岸〞r(shí)電路2-1-3是中央處理單元(CPU)2-1中的主要功能單元，用來(lái)保持所需處理任務(wù)需要過(guò)程的正確順序。當(dāng)指令被取出并解碼后，控制電路采用合適的信號(hào)啟動(dòng)適當(dāng)?shù)奶幚硇袨椤?br> [0038]4.本發(fā)明最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它對(duì)應(yīng)圖1所示的一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)系統(tǒng)功能通過(guò)圖2和圖3所述的三大總線聯(lián)系在一起，即存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2經(jīng)過(guò)多個(gè)邏輯接口共同控制交通燈6的狀態(tài)。其中邏輯接口包括幀差閾值讀取、自適應(yīng)閾值調(diào)整、超聲波設(shè)備高度值讀取、循環(huán)判斷次數(shù)讀取、堵車(chē)/暢通有效判斷。所有這些邏輯接口將操作者輸入的數(shù)據(jù)或者攝像頭1-1和超聲波模塊1-3采集的數(shù)據(jù)7作為輸入，經(jīng)過(guò)一系列邏輯運(yùn)算，輸出紅綠燈的狀態(tài)給紅綠燈控制接口 5，由紅綠燈控制接口 5完成紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
[0039]5.一個(gè)整體算法控制程序流程圖如圖5所示，整個(gè)程序步驟都是通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)閃存(FLASH)上的一系列相關(guān)指令完成的。當(dāng)操作者開(kāi)啟該套系統(tǒng)后，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2首先對(duì)各個(gè)硬件模塊進(jìn)行初始化，包括:攝像頭1-1、超聲波模塊1-3、IXD顯示模塊4-1、紅綠指示燈和控制電路模塊4-2。隨后，立即讀取保存在存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)電可擦除自讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 2-2中的系統(tǒng)參數(shù)，包括攝像頭幀差的閾值、攝像頭防誤判的重復(fù)采樣次數(shù)N、汽車(chē)高度范圍(cm)，這三個(gè)參數(shù)將作為十字路口通堵?tīng)顩r的判定依據(jù)，一個(gè)合適的參數(shù)對(duì)整個(gè)十字路口紅綠燈控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是相當(dāng)重要的。由于外部光線強(qiáng)度隨著時(shí)間的變化而變化，這必然會(huì)影響到我們使用幀差法來(lái)判斷道路通堵情況的準(zhǔn)確性。所以，一個(gè)固定的幀差閾值是不可能保證系統(tǒng)的可靠性的。相反的，這個(gè)閾值必須隨著外部的光線變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)然，所有的系統(tǒng)參數(shù)都是可以通過(guò)操作者手工進(jìn)行設(shè)置的，在系統(tǒng)運(yùn)行的任何時(shí)刻，操作者都可以通過(guò)該套系統(tǒng)的輸入設(shè)備(矩陣鍵盤(pán)模塊3)依次設(shè)置各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)置好的系統(tǒng)參數(shù)會(huì)立刻被保存到存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)的電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 2-2中去。等到系統(tǒng)參數(shù)準(zhǔn)備就緒后，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2開(kāi)始從攝像頭1-1和超聲波模塊1-3處獲取十字路口信息，將這些信息和系統(tǒng)參數(shù)一道進(jìn)行一系列邏輯運(yùn)算(具體在堵車(chē)、暢通有效判斷算法控制程序流程圖圖7中給出)。邏輯運(yùn)算的結(jié)果就是十字路口紅綠燈應(yīng)該保持的狀態(tài)。存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)就控制紅綠燈進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)切換。
[0040]6.本發(fā)明的一個(gè)自適應(yīng)算法控制程序流程如圖6所示，首先攝像頭1-1進(jìn)行100幀取樣后，取出每一幀的亮度值累加后求平均。這樣就取得了此時(shí)外部環(huán)境平均亮度值亮度，接著馬上判斷該亮度值是否在一個(gè)可取的范圍之內(nèi)，要求亮度值必須介于我們所設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)TN (晚間亮度值)和TA (午間亮度值)之間。然后再確定TVAL (幀差閾值)，其算法如下:1)如果該平均值介于TN (晚間亮度值)和TM (早上/下午亮度值)之間，其閾值為T(mén)VAL=均值/2000 ;2)如果該平均值介于TM (早上/下午亮度值)和TA (午間亮度值)之間，其閾值為T(mén)VAL=均值/1000 ；
[0041]7.本發(fā)明的堵車(chē)、暢通有效判斷算法控制程序流程如圖7所示，這部分程序首先會(huì)檢查循環(huán)檢查次數(shù)是否到0，如果不到0，再繼續(xù)進(jìn)行堵車(chē)、暢通有效的判斷，并且判斷完一次后就會(huì)將總的循環(huán)判斷次數(shù)減I，該算法的所有邏輯包含一下三種情況:
[0042]I)道路空曠，沒(méi)有車(chē)通過(guò)，此時(shí)，攝像頭1-1獲取的前后兩幀圖像的亮度分量之間幾乎沒(méi)有差別，在使用幀差算法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累加后相減，所得到的值必然會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖像幀差閾值。然后，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2繼續(xù)讀取超聲波模塊1-3測(cè)得的距離值，因?yàn)榇藭r(shí)道路上沒(méi)有任何車(chē)通過(guò)，超聲波模塊1-3所測(cè)量到的值必然就是超聲波模塊1-3相對(duì)于路面的架設(shè)高度。所以，此時(shí)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2控制紅綠燈模塊進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即間隔一定的時(shí)間紅綠燈強(qiáng)制進(jìn)行切換。
[0043]2)道路有車(chē)通過(guò)，但是不發(fā)生擁堵，此時(shí)，由于十字路口下車(chē)的移動(dòng)，攝像頭1-1獲取的前后兩幀圖像的亮度分量必然存在較大的差別，在使用幀差法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累加后相減，所得到的值必然會(huì)大于圖像幀差閾值。在這種情況下，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2直接判定十字路口車(chē)流通暢，沒(méi)有發(fā)生任何擁堵，而不會(huì)去讀取超聲波模塊1-3的測(cè)距值。所以，此時(shí)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2控制紅綠燈模塊進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即間隔一定的時(shí)間紅綠燈進(jìn)行強(qiáng)制切換。
[0044]3)道路有車(chē)通過(guò)，但是在十字路口發(fā)生了擁堵，此時(shí)，由于十字路口下面的車(chē)停止不動(dòng)，攝像頭1-1獲取的前后兩幀圖像的亮度分量幾乎沒(méi)有差別，在使用幀差算法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累加后相減，所得到的值必然遠(yuǎn)小于圖像幀差閾值。然后，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2繼續(xù)讀取超聲波模塊1-3測(cè)得的距離值，因?yàn)榇藭r(shí)十字路口處發(fā)生了擁堵，超聲波模塊1-3所測(cè)量到的值必然就是超聲波模塊相對(duì)于路面架設(shè)的高度減去車(chē)輛的高度。所以，此時(shí)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)2控制紅綠燈模塊強(qiáng)制亮起紅燈，禁止各方向來(lái)的汽車(chē)進(jìn)入十字路口內(nèi)，使已被堵在十字路口內(nèi)的汽車(chē)自行地離開(kāi)。當(dāng)堵車(chē)消失后，該十字路口各方向的紅綠燈都能即刻恢復(fù)常態(tài)。
[0045]紅綠燈最終狀態(tài)的確定采用了 N次判斷取多數(shù)的算法，既避免了誤判的發(fā)生，又提高了紅綠燈響應(yīng)的及時(shí)度。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置，其特征在于，裝置由輸入設(shè)備一矩陣鍵盤(pán)模塊(3 )、輸出設(shè)備(4 )、傳感設(shè)備(I)和存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2 )構(gòu)成， 1)所述存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)用于存儲(chǔ)該系統(tǒng)所需要的參數(shù)，并處理所有輸入設(shè)備和傳感設(shè)備采集的信息，它由中央處理單元(CPU) (2-1)、電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)(2-2)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) (2-3)、有1、I1、II1、IV、V五個(gè)端口的輸入輸出端口(I/O)(2-4)和閃存(FLASH) (2-5)構(gòu)成，電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) (2_2)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) (2-3)、輸入輸出端口(I/O) (2-4)和閃存(FLASH) (2-5)分別與中央處理單元(CPU)(2-1)連接，中央處理單元(CPU) (2-1)由算數(shù)/邏輯單元(ALU) (2_1_1)，控制及定時(shí)電路(2-1-3)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) (2-1-2)構(gòu)成，算數(shù)/邏輯單元(ALU) (2_1_1)與隨機(jī)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器(RAM) (2-1-2)連接后二者分別與控制及定時(shí)電路(2-1-3)連接； 所述輸出設(shè)備(4)用于顯示整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)和整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，由LCD顯示模塊(4-1)和紅綠指示燈和控制電路模塊(4-2)組成； 所述傳感設(shè)備(I)用于獲取所監(jiān)測(cè)十字路口的狀態(tài)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理后傳送給存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)，由攝像頭(1-1)、視頻輸入與解碼芯片(1-2)和超聲波模塊(1-3)組成； 2)所述傳感設(shè)備(I)的攝像頭(1-1)與視頻輸入與解碼芯片(1-2)連接，視頻輸入與解碼芯片(1-2)與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)的輸入端口 I連接，傳感設(shè)備(I)的超聲波模塊(1-3)與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)的輸入端口 II連接；矩陣鍵盤(pán)模塊(3)與存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)的輸入端口 III連接；存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)的輸出端口 IV與輸出設(shè)備(4)的LCD顯示模塊(4-1)連接，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)的輸出端口 V與輸出設(shè)備(4)的紅綠指示燈和控制電路模塊(4-2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)是依據(jù)傳感設(shè)備攝像頭(1-1)所采集的當(dāng)前外部環(huán)境亮度來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算圖像中貞差閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)包括一個(gè)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)，該存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)除存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)計(jì)算圖像幀差閾值的程序和十字路口狀態(tài)判斷程序外，還允許存儲(chǔ)更進(jìn)一步操作的程序。
4.如權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置，其特征在于，為提供的可靠的紅綠燈狀態(tài)控制，并同時(shí)盡量提高紅綠燈的響應(yīng)的及時(shí)度，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)執(zhí)行如下步驟， 1)需要為圖像幀差法選取一個(gè)合適的閾值，首先，攝像頭(1-1)進(jìn)行100幀圖像取樣后，取出每一幀的亮度值累加后求平均，這樣就取得了此時(shí)外部環(huán)境平均亮度值亮度，然后根據(jù)平均亮度值亮度和早中晚參考亮度值TM、TA、TN計(jì)算當(dāng)前圖像幀差閾值； 2)提高紅綠燈響應(yīng)的及時(shí)度，避免了誤判的發(fā)生，首先存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)會(huì)讀取操作者預(yù)先設(shè)定的防誤判的重復(fù)采樣次數(shù)N，然后進(jìn)行每次十字路口交通狀態(tài)判斷后，對(duì)該重復(fù)采樣次數(shù)進(jìn)行減I操作，并判斷該值是否到0，如果到0，直接退出本輪判斷，如果不為0，繼續(xù)進(jìn)行下一次判斷，直到某種十字路口狀態(tài)達(dá)到了 3/4N，然后，再結(jié)合超聲波模塊(1-3)獲取的車(chē)輛高度值來(lái)決定這個(gè)狀態(tài)是否有效。
5.如權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)十字路口紅綠燈控制裝置的應(yīng)用，其特征在于，在十字路口發(fā)生局部堵塞的時(shí)候，該十字路口的各方向的交通燈都亮紅燈，禁止各方向來(lái)的汽車(chē)進(jìn)入十字路口內(nèi)，就能使已被堵在十字路口內(nèi)的汽車(chē)自行地離開(kāi)，從而避免長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重交通堵塞，當(dāng)堵車(chē)消失后，該十字路口各方向的交通燈都能即刻恢復(fù)常態(tài)，以達(dá)到緩解十字路口嚴(yán)重交通堵塞的目的；在中央處理單元CPU(2-1)讀取完電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) (2-2)中所保存的系統(tǒng)參數(shù)后，系統(tǒng)進(jìn)入真正的十字路口紅綠燈控制狀態(tài)，此時(shí)，攝像頭(1-1)和超聲波模塊(1-3)都對(duì)準(zhǔn)了十字路口的重疊區(qū)域，考慮下面三種情況: 1)道路空曠，沒(méi)有車(chē)通過(guò)，此時(shí)，攝像頭1-1獲取的前后兩幀圖像的亮度分量之間幾乎沒(méi)有差別，在使用幀差算法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累加后相減，所得到的值必然會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖像幀差閾值，然后，中央處理單元CPU(2-1)繼續(xù)讀取超聲波模塊(1-3)測(cè)得的距離值，因?yàn)榇藭r(shí)道路上沒(méi)有任何車(chē)通過(guò)，超聲波模塊(1-3)所測(cè)量到的值必然就是超聲波模塊(1-3)相對(duì)于路面的架設(shè)高度，所以，此時(shí)中央處理單元CPU(2-1)控制紅綠指示燈和控制電路模塊(4-2)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即間隔一定的時(shí)間紅綠燈強(qiáng)制進(jìn)行切換； 2)道路有車(chē)通過(guò)，但是不發(fā)生擁堵，此時(shí)，由于十字路口下車(chē)的移動(dòng)，攝像頭(1-1)獲取的前后兩幀圖像的亮度分量必然存在較大的差別，在使用幀差法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累加后相減，所得到的值必然會(huì)大于圖像幀差閾值，在這種情況下，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)直接判定十字路口車(chē)流通暢，沒(méi)有發(fā)生任何擁堵，而不會(huì)去讀取超聲波模塊(1-3)的測(cè)距值，所以，此時(shí)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)控制紅綠指示燈控制電路模塊(4-2)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即間隔一定的時(shí)間紅綠燈進(jìn)行強(qiáng)制切換； 3)道路有車(chē)通過(guò)，但是在十字路口發(fā)生了擁堵，此時(shí)，由于十字路口下面的車(chē)停止不動(dòng)，攝像頭(1-1)獲取的前后兩幀圖像的亮度分量幾乎沒(méi)有差別，在使用幀差算法對(duì)兩幀圖像的亮度分量進(jìn)行累 加后相減，所得到的值必然遠(yuǎn)小于圖像幀差閾值，然后，存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)繼續(xù)讀取超聲波模塊(1-3)測(cè)得的距離值，因?yàn)榇藭r(shí)十字路口處發(fā)生了擁堵，超聲波模塊(1-3)所測(cè)量到的值必然就是超聲波模塊(1-3)相對(duì)于路面架設(shè)的高度減去車(chē)輛的高度，所以，此時(shí)存儲(chǔ)程序數(shù)字計(jì)算機(jī)(2)控制紅綠指示燈和控制模塊(4-2)強(qiáng)制亮起紅燈，禁止各方向來(lái)的汽車(chē)進(jìn)入十字路口內(nèi)，使已被堵在十字路口內(nèi)的汽車(chē)自行地離開(kāi)，當(dāng)堵車(chē)消失后，該十字路口各方向的紅綠燈都能即刻恢復(fù)常態(tài)。
【文檔編號(hào)】G08G1/087GK103761882SQ201310579112
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】李武鋼, 鄭嘉利, 李平, 黎相成, 鄧林 申請(qǐng)人:廣西師范學(xué)院