專利名稱：智能交通信號控制終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及路口交通控制領(lǐng)域，特別是一種城市路口交通信號燈的控制儀。
背景技術(shù)：
我國當(dāng)前城市路口的交通信號燈的控制，絕大多數(shù)采用固定相位的控制方式，它最大的優(yōu)點(diǎn)是控制方式簡單、造價低。但由于是采用開環(huán)的控制，因此不可能知道實(shí)際的路況，因此會增加車輛的平均等待時間，降低行車效率。另一方面，我國城市路口大多安裝了 "機(jī)動車路口交通違章處理系統(tǒng)"，但它和路口的信號交通控制是兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，相互之間沒有必然的聯(lián)系。因而既增加了投資成本又達(dá)不到理想的控制效果。另外，我國某些城市路口現(xiàn)在也開始安裝帶線圈測量的交通信號控制系統(tǒng)，但線圈的安裝要破壞路面、工作量大，比較適合新建道路。同時，線圈檢測器又不好測定車流的方向，因此它對信號的實(shí)時控制帶來了一定的不確定性。因此對路口交通信號的采集仍是對路口交通控制的關(guān)鍵，CN1716334A提出對路口交通信號采集分別采用機(jī)動車、非機(jī)動車和行人檢測器，機(jī)動車和非機(jī)動車檢測器為埋在相應(yīng)車道地表內(nèi)線圈檢測器或設(shè)在距地面路口一定高度的射頻探頭，而行人檢測器是設(shè)在人行道上一定高度的紅外探頭。不論是埋地線圈還是設(shè)在路口地面上的檢測探頭，由于交叉路口的復(fù)雜環(huán)境，干擾信號多，信號不可靠，失靈或誤報機(jī)率大，而無法實(shí)施推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與缺陷，本發(fā)明設(shè)計一種既能根據(jù)路口的車輛實(shí)際行駛情況對車輛進(jìn)行有效的放行控制，又能對路口車輛違章行駛進(jìn)行處理的智能交通控制終端。 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是怎樣通過視頻攝像機(jī)把視頻信號傳送到計算機(jī)進(jìn)
行處理得出車輛的實(shí)際路況信息，并在安全通行的原則下，對車輛通行進(jìn)行最優(yōu)控制，并能
進(jìn)行對路口違章通行車輛進(jìn)行記錄處理。 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的。 智能交通信號控制終端，包括圖像采集處理單元、主控制單元、交通信號燈和系統(tǒng)電源，其特征在于圖像采集處理單元包括視頻圖像微處理器電路，分別接在視頻圖像微處理器電路輸入和輸出端的視頻圖像采集電路、程序存儲器電路、數(shù)據(jù)存儲器電路、雙串口電路和以太網(wǎng)電路；主控制單元包括主控制器模塊、接在主控制器模塊一端的外部接口電路，接在外部接口電路一端的輸入輸出電路，以及接在輸入輸出電路端的交通信號燈；圖像采集處理單元通過CCD攝像頭和視頻圖像采集電路采集交叉路口的車輛視頻圖像信號，通過視頻圖像微處理器電路產(chǎn)生交通流量信號，通過雙串口電路輸出至主控制單元的主控制器系統(tǒng)模塊，主控制器系統(tǒng)模塊產(chǎn)生的路口交通控制信號經(jīng)外部接口電路輸出控制信號燈變化的信號。 圖像采集處理單元通過CCD攝像頭和圖像采集電路收集到路口違章行駛車輛的圖像信號，通過與視頻圖像處理器電路相連的以太網(wǎng)電路傳送到交通管理中心進(jìn)行記錄處理。 圖像采集處理單元的視頻采集與控制通過以下方式實(shí)現(xiàn)車流量視頻信號由安裝在路口的CCD攝像頭，通過視頻解碼模塊SAA7113，輸入到VPOTRO端，信息存放在圖像采集處理單元內(nèi)存中。經(jīng)程序處理后，產(chǎn)生道路流量信號和路口車輛違章信號。其中違章信號可通過以太網(wǎng)接口傳送給交通指揮中心進(jìn)行違章處理。車流量信號則通過串口送往主控制單元。主控制單元的核心由ARM8019系統(tǒng)組成，它通過串口讀出由圖像采集處理單元發(fā)來的實(shí)時路況信號，再根據(jù)路口線圈檢測電路采集到的實(shí)時流量信號，經(jīng)過控制軟件處理后產(chǎn)生最優(yōu)路口信號控制方案，通過外部邏輯單元及輸出電路來控制路口的紅、綠燈時間。
通過視頻圖像采集處理得到的路口車況信息，它不僅可以得到精確的車流量信息，并且也能獲得車輛的流向及車輛的等待情況和車輛的違章信息。因而控制效果得到了很大的改善。車輛的通行效率提高20%，同時也可以減少路口車輛堵車情況的發(fā)生，具有明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為智能交通信號控制終端系統(tǒng)組成框圖。圖2為視頻圖像微處理器電路圖。圖3為數(shù)據(jù)存儲器電路圖。圖4為程序存儲器電路圖。圖5為以太網(wǎng)電路圖。圖6為雙串口電路圖。圖7為視頻圖像采集電路圖。圖8為系統(tǒng)電源電路圖。圖9為主控制器系統(tǒng)模塊電路圖。圖10為外部接口電路圖。圖ll為輸入輸出電路圖。圖12為視頻圖像采集控制流程圖。圖13為交通信號控制流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，如圖1所示。 圖像采集處理單元1包括視頻圖像微處理器電路6、數(shù)據(jù)存儲器電路4、程序存儲器電路5、視頻圖像采集電路7和以太網(wǎng)電路8 。 主控制單元2包括主控制器系統(tǒng)模塊10、外部接口電路11和輸入輸出電路12。 電源由系統(tǒng)電源9包括+5V、 +3. 3V、和+1. 4V的DC/DC電源。 交通信號燈13包括車輛通行的紅、黃、綠燈和行人通行的紅綠燈。 參看圖4、圖2所示，視頻圖像處理微處理器電路6由專用的支持視頻圖像處理
的高速中央處理器(TMS320DM642)U1A和U1B組成，采用64bit的外部存儲器接口 (EMIF)
工作模式。系統(tǒng)總線20位地址EA[3，22] ，64位數(shù)據(jù)ED
分別經(jīng)排電阻RP1-RP8和RP12-RP16進(jìn)行高速數(shù)據(jù)緩沖轉(zhuǎn)換成地址總線TEA[3， 22] ， TED
;CE0zl-CE0z3為該中 央處理器的外部存儲器接口 (EMIF)模塊芯片使能(enable)信號，實(shí)現(xiàn)地址隱射；其中數(shù)據(jù) 存取存儲器(SDRAM)占用CE0，而程序存儲器、串行口控制都映射到CE1。 TBE0#—TBE7#為 字節(jié)使能信號，TECLK0UT1信號提供給數(shù)據(jù)隨機(jī)存取存儲器133MHZ運(yùn)行時鐘信號；TCEO#， TSDRAS#，TSDCAS#，TDSWE#等信號分別為數(shù)據(jù)存取存儲器的片選、行地址有效、列地址有效、 寫有效控制信號實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取存儲器控制讀寫操作。U2的ICS512和Yl組成25MHZ有源晶 振，作為外部存儲器接口 (EMIF)模塊外部時鐘源，由DSP—ECLKIN信號輸出連接至中央處理 器U1B的H25引腳，作為外部存儲器接口 (EMIF)的時鐘信號。 參看圖3所示，數(shù)據(jù)存儲器電路4由數(shù)據(jù)存儲器芯片U3和U4組成。兩片 HY57V283220T-6組成8MbitX64容量存放采集到的視頻圖像信息數(shù)據(jù)。
參看圖4所示，程序存儲器電路5存放固化的圖像處理程序(NorFlash)。由AMD公 司生產(chǎn)的型號為AM29LV033C存儲芯片U5組成，容量為4x8Mbit。 NorFlash的地址A0-A18 和數(shù)據(jù)DQ0-DQ7分別連到總線上TEA和TED上。 參看圖7所示，視頻圖像采集電路7由圖像視頻芯片U15、總線開關(guān)U16和U17組 成，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時視頻圖像數(shù)據(jù)的采集。電路采用raiLIPS的視頻解碼芯片SAA7113， CCD 攝像頭信號經(jīng)過Pl輸入至CCD RCAO，輸出至8位"VPO"總線A_INDATA0_A_INDATA7，信號 為標(biāo)準(zhǔn)的ITU 656、YUV 4:2:2格式；SAA_HREF、SAA_VSYNC、SAA_CLK分別為視頻輸出信號的 行同步、幀同步、點(diǎn)時鐘信號。SAA7113通過DSP_ISDAO、DSP_ISCLO進(jìn)行讀/寫操作。U16、 U17選用74CBT3245A作為數(shù)據(jù)的總線開關(guān)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)和中央處理器U1D的連接。
參看圖5所示，以太網(wǎng)電路8由以太網(wǎng)接口芯片U8、網(wǎng)絡(luò)變壓器L2、輸出接口 J2 組成，實(shí)現(xiàn)向交通管理控制中心發(fā)送違章車輛信息任務(wù)。以太網(wǎng)接口電路采用Intel的 LXT971A芯片，符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)直接支持10M/100M雙絞線應(yīng)用。MTXD0-MTXD3為并行數(shù)據(jù) 發(fā)送端口，MTXEN為發(fā)送使能引腳，TX—CLK是發(fā)送時鐘，速率為10Mb/s時為2. 5MHz，速率為 100Mb/s時為25MHz ;COL，CRS分別是沖突檢測端和載波檢測端；RX_DRV是接收數(shù)據(jù)正常指 示端，MTXD0-MTXD3為并行數(shù)據(jù)接收端口 ；TPF0P、TPF0N是網(wǎng)絡(luò)接口輸出正、負(fù)端口 ；TPFIP、 TPFIN是網(wǎng)絡(luò)接口輸入正、負(fù)端口 ；ADDR0-ADDR4是設(shè)備地址端口 。 TPF0P、TPF0N，和TPFIP、 TPFIN通過網(wǎng)絡(luò)變壓器L2連接至標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口 RJ45上。 參看圖6所示，雙串口電路3由串/并轉(zhuǎn)換芯片U12、電平轉(zhuǎn)換芯片U13和U14組 成，實(shí)現(xiàn)與主控制單元1交換信息任務(wù)。串/并轉(zhuǎn)換芯片采用TL16C752B芯片，具有一個帶 有64字節(jié)FIFO的通用異步收發(fā)器(UART)，自動硬件/軟件流控制，數(shù)據(jù)率高達(dá)到3Mbps。 TL16C752B的8位數(shù)據(jù)和3位地址分別連到外部存儲器接口 (EMIF)總線TED
， TEA [3， 5]上。軟件流控制模式的控制可通過其內(nèi)部的EFR和MCR這2個寄存器來實(shí)現(xiàn)；通過RTS 和CTS引腳信號的硬件連接可自動控制串行數(shù)據(jù)流，從而提高系統(tǒng)的有效性。電平轉(zhuǎn)換芯 片U13、U14采用MAX3243芯片，通過它實(shí)現(xiàn)RS232格式的電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后分別輸出至接口 UARTO或接口 UART1。 參看圖8所示，系統(tǒng)電源電路9由U18、U19和U20組成。電源電路采用2片 TPS54310組成2路DC/DC電路，+5￥輸入，它同時作為主控單元的供電電源，DC/DC電路分別 輸出1. 4V和3. 3V。提供給中央處理器(TMS320DM642)內(nèi)核電壓和外圍I/O電壓。TL7705 為電源監(jiān)控芯片，當(dāng)外部電源不穩(wěn)定時，自動復(fù)位系統(tǒng)。
參看圖9所示，主控制器系統(tǒng)模塊10由中央處理器芯片U40組成，它是主控制單 元的核心，由ARM8019芯片組成，實(shí)現(xiàn)對路口交通燈的實(shí)時控制。ARM8019系統(tǒng)的CPU采用 Marvell公司的PXA270，包括64MHZ數(shù)據(jù)存儲器(SDRAM) ， 256M程序存儲器(NorFlash); 支持800x600 TFT LCD,支持VGA接口輸出；1個RS-232串口和以太網(wǎng)接口 ；內(nèi)置實(shí)時時鐘 (RTC)和備用電池。 參看圖lO所示，外部接口電路ll由集成芯片U4A組成，通過它來控制交通信號 燈。電路采用ALTERA的EPM3256ATC144組合64路I/O擴(kuò)展，可以驅(qū)動外圍設(shè)備。
參看圖11所示，輸入輸出電路12由8路行人開關(guān)信號，16路線圈輸入信號和32 路燈控信號組成。 以下結(jié)合控制軟件框圖12和圖13，簡述本發(fā)明對交叉路口紅綠燈的控制過程。
圖12為視頻圖像采集控制流程圖當(dāng)前第i幀輸入提取通過圖像采集電路得到 的第i幀圖像信息；運(yùn)動目標(biāo)區(qū)域提取，即確定車輛可能存在的區(qū)域；目標(biāo)確認(rèn)，即對上階 段產(chǎn)生的候選區(qū)域進(jìn)行確認(rèn)，判斷是車輛或背景；目標(biāo)分割，通過識別出圖像中符合車輛特 征的像素，將待識別的目標(biāo)從背景中分離出來；目標(biāo)跟蹤，依據(jù)提取出的特征匹配前后幀中 的車輛，從而計算交通參數(shù)；目標(biāo)分類，依據(jù)幾何外形、紋理特征等對不同類型的車輛進(jìn)行 分類；后處理，根據(jù)應(yīng)用需求計算交通參數(shù)，如車流量、車速等，如有違章車輛通過由以太網(wǎng) 電路輸出違章信息。 圖13為交通信號控制流程圖，系統(tǒng)上電后，先進(jìn)行初始化，檢測輸入開關(guān)量，讀 取控制模式，完成控制模式的確定，并建立控制方案；選擇自適應(yīng)控制時，主控單元通過 RS232端口從車輛視頻圖像檢測器中讀取車流量信息，系統(tǒng)調(diào)用交通信號動態(tài)控制優(yōu)化算 法，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，最終得到優(yōu)化的周期、綠信比、相位差等參數(shù)；利用系統(tǒng)內(nèi)部總線，將控 制參數(shù)傳輸給輸出驅(qū)動電路，進(jìn)行對信號燈的實(shí)時控制；返回讀取交通流量信息或結(jié)束。
權(quán)利要求
一種智能交通信號控制終端，包括圖像采集處理單元、主控制單元、交通信號燈和系統(tǒng)電源，其特征在于圖像采集處理單元包括視頻圖像微處理器電路，分別接在視頻圖像微處理器電路輸入和輸出端的視頻圖像采集電路、程序存儲器電路、數(shù)據(jù)存儲器電路、雙串口電路和以太網(wǎng)電路；主控制單元包括主控制器系統(tǒng)模塊、接在主控制器系統(tǒng)模塊一端的外部接口電路，接在外部接口電路一端的輸入輸出電路，以及接在輸入輸出電路端的交通信號燈；圖像采集處理單元通過CCD攝像頭和視頻圖像采集電路采集交叉路口的車輛視頻圖像信號，通過視頻圖像微處理器電路產(chǎn)生交通流量信號，通過雙串口電路輸出至主控制單元的主控制器系統(tǒng)模塊，主控制器系統(tǒng)模塊產(chǎn)生的路口交通控制信號經(jīng)外部接口電路輸出控制信號燈變化的信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述的視頻圖像采集電 路(7)由視頻圖像接口芯片U15、總線開關(guān)U16和U17組成實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時視頻圖像數(shù)據(jù)采 集。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述的視頻圖像微處理 器電路(6)由高速中央處理器芯片U1A和U1B組成，采用外部存儲器接口工作模式，芯片U2 和接口 Yl組成25腿z有源晶振。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述的數(shù)據(jù)存儲器電路 (4)由存儲器芯片U3和U4組成存放采集到的視頻圖像信息數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述的所述的程序存儲 器電路(5)由存放固化的視頻圖像處理程序存儲芯片U5組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述的雙串口電路(3) 由串/并轉(zhuǎn)換芯片U12、電平轉(zhuǎn)換芯片U13和U14組成實(shí)現(xiàn)與主控制單元(1)交換信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述以太網(wǎng)電路(8)由 以太網(wǎng)接口芯片U8、網(wǎng)絡(luò)變壓器Z2和輸出接口 J2組成實(shí)現(xiàn)向交通管理控制中心發(fā)送違章 車輛信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述主控制器系統(tǒng)模 塊(10)由作中央處理芯片U40組成，包含64腿z數(shù)據(jù)存儲器，256M的程序存儲器，支持 800 X 600TFT液晶顯示和支持VGA接口輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述外部接口電路(11) 由集成芯片U4A組成控制交通信號燈信號電路。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能交通信號控制終端，其特征在于所述輸入輸出電路 (12)由8路行人開關(guān)信號、16路線圈輸入信號和32路燈控制信號組成。
全文摘要
一種智能交通信號控制終端，包括圖像采集處理單元、主控制單元、交通信號燈和系統(tǒng)電源，圖像采集處理單元包括視頻圖像微處理器電路，分別接在視頻圖像微處理器電路輸入和輸出端的視頻圖像采集電路、程序存儲器電路、數(shù)據(jù)存儲器電路、雙串口電路和以太網(wǎng)電路；主控制單元包括主控制器模塊、接在主控制器模塊一端的外部接口電路和輸入輸出電路，以及接在輸入輸出電路端的交通信號燈；圖像采集處理單元通過CCD攝像頭和視頻圖像采集電路采集交叉路口的車輛視頻圖像信號。通過視頻圖像采集處理可得到精確的車流量信息，也能獲得車輛流向及車輛等待情況和車輛違章信息。因而控制效果有很大改善。車輛的通行效率提高20％，同時也可減少路口車輛堵車情況的發(fā)生。
文檔編號G08G1/095GK101706998SQ200910154548
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者施吉方, 李慶風(fēng) 申請人:寧波工程學(xué)院