專利名稱：一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)，屬智能交通控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在郊區(qū)，由于人少，公路的某些路口處常常出現(xiàn)沒行人過馬路但卻亮紅燈的情況。 這時，過往的車輛不得不停下來，司機(jī)們焦急的等待著。這不僅浪費了能源、污染了空氣， 更可能誘發(fā)司機(jī)闖紅燈行為，造成交通事故。為了應(yīng)對這種狀況，在國外出現(xiàn)了人行橫道按鈕裝置，在有行人時，按動按鈕，則可以使人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，保障行人安全通行。但此種設(shè)計方案有一個很大的瑕疵，如果在一路段出現(xiàn)多個此種行人按鈕路口，會有礙于城市交通的暢通，車輛不得不停下來等待行人的通過。雖然保障了行人的安全，但無法兼顧車道的暢通無阻。鑒于此種情況，智能交通信號燈系統(tǒng)成為一新研究熱點。隨著城市交通智能化設(shè)計理念的提出，此項研究又引起了高度的關(guān)注?！秶怆娮訙y量技術(shù)》雜志 2010-11-22作者為吳慎將、李黨娟所寫的論文”智能交通信號燈控制器的設(shè)計”即屬于此列。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到城市交通智能化的要求，本發(fā)明提供了一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)，采用新型設(shè)計理念為交通橫道路口設(shè)置多種狀態(tài)，通過單片機(jī)實現(xiàn)各個狀態(tài)的判斷和轉(zhuǎn)換，以同時兼顧車道暢通和行人安全。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)，包括計算機(jī)圖像處理部分和單片機(jī)，計算機(jī)圖像處理部分包括計算機(jī)和攝像頭，其特征在于攝像頭和計算機(jī)相連接，計算機(jī)通過單片機(jī)的串口和單片機(jī)相連接，單片機(jī)通過其接口和人行道按鈕及交通信號燈相連接；所述的攝像頭是USB攝像頭。所述的單片機(jī)為ATmegaie單片機(jī)。所述的交通信號燈包括車行道交通信號燈和人行橫道交通信號燈，車行道交通信號燈為紅綠黃三個，人行橫道交通信號燈為紅綠兩個，交通信號燈直接與單片機(jī)相連，通過設(shè)置單片機(jī)I/O 口控制其亮滅。上述的人行道按鈕是一種按鈕式開關(guān)。一種上述管理系統(tǒng)中計算機(jī)進(jìn)行圖像處理的方法，步驟如下A. USB攝像頭對準(zhǔn)行車道，采集的視頻信息經(jīng)OpenCV庫函數(shù)cvCaptureFromCAM以 15幀圖片一秒讀入圖像處理系統(tǒng)；B.用OpenCV庫中的coolcbook背景學(xué)習(xí)方法對行車道環(huán)境不斷學(xué)習(xí)建模，產(chǎn)生二值化的前景目標(biāo)(汽車等運動的物體)圖像；C.使用cvFindContours函數(shù)對二值化圖中的有效區(qū)域進(jìn)行分割，通過提取各有效區(qū)域的形狀、大小信息判斷出是否有車輛靠近；
D.當(dāng)識別出有車輛靠近時，調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，以串口通信方式將該信息發(fā)送給單片機(jī)。一種上述管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法，步驟如下a.單片機(jī)采用內(nèi)部4MHz振蕩器，然后聲明中斷變量Buffer_Array ；b.延時子函數(shù)，以秒為單位進(jìn)行精確延時；c.串口初始化，設(shè)置UCSRB寄存器，置位RXEN，TXEN和RXCIE位，使接收串口接收和接收中斷使能，設(shè)置UCSRC寄存器，置位URSEL，UCSZl和UCSZ0，設(shè)置數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位和不保留校檢位，設(shè)置UBRRL和UBRRH寄存器，設(shè)置波特率為9600，UBRRL = (F_CPU/9600/16_l) % 256 ；UBRRH = (F_CPU/9600/16_l)/256 ；d.主函數(shù)，設(shè)置DDRB = 0x00 ；PORTB = OxFF ；PORTC = OxFF ；DDRC = OxFF ；DDRD = 0x00 ；PORTD = OxFF ；PB 口為輸入口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，PC 口為輸出口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，PD 口為輸入口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，然后設(shè)置MCUCR寄存器，MCUCR = 0x08，設(shè)為外部中斷下降沿產(chǎn)生異步中斷請求，設(shè)置GICR，置位INT1，開INTl中斷，然后開全局中斷，開始進(jìn)入while (1)循環(huán)判斷中斷變量Buffer_Array的值，如果為31H，則i = 0，如果為32H，則i = 1，對PC 口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，點亮PCl和PC5控制的交通信號燈，即人行道紅燈和車行道綠燈，然后返回判斷中斷變量Buffer_Array的值，循環(huán)執(zhí)行此流程；式中中斷變量Buffer_Array的值由步驟e中給出；e. USART中斷函數(shù)，使用單片機(jī)的USART串口通信口，接收從計算機(jī)傳出的數(shù)據(jù)， 單片機(jī)自動判斷計算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，傳出數(shù)據(jù)，立刻存入UDR寄存器，然后將UDR寄存器的值賦予中斷變量Buffer_Array變量，判斷計算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，單片機(jī)判斷傳出數(shù)據(jù)， 返回步驟e，沒有傳出數(shù)據(jù)，返回步驟d;f. INTl中斷函數(shù)，觸發(fā)通過按下連接單片機(jī)的按鈕實現(xiàn)，表明為有行人狀態(tài)，如果觸發(fā)，則跳出主函數(shù)，進(jìn)入中斷函數(shù)執(zhí)行，通過設(shè)置PC 口的高低電平，確定燈的亮滅，判斷此時變量i的值，如果i的值為0，則進(jìn)入狀態(tài)S2，立刻人行道紅燈滅，車行道綠燈滅，人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時k，然后車行道綠燈亮，人行道紅燈亮，退出中斷函數(shù)，如果i的值不為0，則進(jìn)入狀態(tài)Si,車行道綠燈亮， 人行道紅燈滅，延時20s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時k然后人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時k，然后車行道綠燈亮，人行道紅燈亮，退出中斷函數(shù)，返回步驟d。DDRB, DDRC, DDRD, PORTB, PORTC, PORTD 是本領(lǐng)域通用 IO 口控制寄存器。本發(fā)明智能交通橫道路口管理系統(tǒng)可以檢測一個橫道路口的車流與行人情況，并做出適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)切換。將攝像頭設(shè)置在交通橫道路口處，車輛的檢測由攝像頭自動采集圖像實現(xiàn)，對行人的檢測由裝在人行橫道兩側(cè)的人行道按鈕來實現(xiàn)。系統(tǒng)自動根據(jù)車輛與行人的狀態(tài)判斷交通信號燈下一時刻進(jìn)入何種狀態(tài)，實現(xiàn)智能化控制。交通信號燈系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置有以下三種狀態(tài)SO 總是行車道暢通，人行橫道截止；(方便汽車在沒有行人的情況下暢通無阻)狀態(tài)Sl 行車道暢通一段時間，而后人行道暢通一段時間；(有車、有行人時的情況)狀態(tài)S2 人行道暢通一段時間，而后行車道暢通一段時間；(有行人、無車時的情況)本發(fā)明系統(tǒng)通過圖像處理技術(shù)將復(fù)雜的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚臄?shù)據(jù)，將復(fù)雜問題簡單化，將簡單數(shù)據(jù)與單片機(jī)進(jìn)行通信，實現(xiàn)計算機(jī)圖像處理與單片機(jī)協(xié)同操作，達(dá)到智能化處理。本發(fā)明智能交通橫道路口管理系統(tǒng)較其他系統(tǒng)有以下優(yōu)點1、單片機(jī)的選取，ATmegal6是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmegalB的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) lMIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，ATmegal6具有節(jié)能和對環(huán)境要求低的優(yōu)勢，在交通橫道路口這種電磁環(huán)境復(fù)雜的狀況下工作，有其得天獨厚的優(yōu)勢。2、智能交通信號燈管理系統(tǒng)可以在最大限度的保障行車道暢通的前提下，保障了行人的安全，較以往以犧牲車道暢通換取行人安全的方法有了很大的改進(jìn)。3、通過智能控制車流與人流，最大程度上減少目前定時交通信號燈無行人時汽車仍然等待的情況，進(jìn)而減少了汽車的尾氣排放，減少能源的無謂消耗。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、計算機(jī)圖像處理部分，2、攝像頭，3、計算機(jī)，4、人行道按鈕，5、單片機(jī)，6、
交通信號燈。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的單片機(jī)電路連接示意圖。其中7、外部晶振模塊，8、單片機(jī)芯片ATmegal6，9、交通信號燈，與單片機(jī)的PC 口連接，顯示效果，10、人行道按鈕。單片機(jī)芯片連接外部晶振模塊，有較高的抗外界干擾的能力，而且可以提高單片機(jī)運行速度，單片機(jī)處理速度無法滿足要求時，采用外部晶振可以提高處理速度。圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中計算機(jī)進(jìn)行圖像處理的方法的流程圖；其中A-D為其各個步
馬聚ο圖4是本發(fā)明系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法的流程圖；其中a_f為其各個步驟。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。實施例1 本發(fā)明實施例1如圖1所示，包括計算機(jī)圖像處理部分1和單片機(jī)5，計算機(jī)圖像處理部分1包括計算機(jī)3和攝像頭2，其特征在于攝像頭2和計算機(jī)3相連接，計算機(jī)3通過單片機(jī)5的串口和單片機(jī)5相連接，單片機(jī)5通過其接口和人行道按鈕4及交通信號燈 6相連接；所述的攝像頭2是USB攝像頭。所述的單片機(jī)5為ATmegaie單片機(jī)。所述的交通信號燈6包括車行道交通信號燈和人行橫道交通信號燈，車行道交通信號燈為紅綠黃三個，人行橫道交通信號燈為紅綠兩個，交通信號燈6直接與單片機(jī)5相連，通過設(shè)置單片機(jī)51/0 口控制其亮滅。實施例2 一種上述管理系統(tǒng)中計算機(jī)進(jìn)行圖像處理的方法，如圖3所示，步驟如下A. USB攝像頭對準(zhǔn)行車道，采集的視頻信息經(jīng)OpenCV庫函數(shù)cvCaptureFromCAM以 15幀圖片一秒讀入圖像處理系統(tǒng)；B.用OpenCV庫中的coolcbook背景學(xué)習(xí)方法對行車道環(huán)境不斷學(xué)習(xí)建模，產(chǎn)生二值化的前景目標(biāo)(汽車等運動的物體)圖像；C.使用cvFindContours函數(shù)對二值化圖中的有效區(qū)域進(jìn)行分割，通過提取各有效區(qū)域的形狀、大小信息判斷出是否有車輛靠近；D.當(dāng)識別出有車輛靠近時，調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，以串口通信方式將該信息發(fā)送給單片機(jī)。一種上述管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法，如圖4所示，步驟如下a.單片機(jī)采用內(nèi)部4MHz振蕩器，然后聲明中斷變量Buffer_Array ；b.延時子函數(shù)，以秒為單位進(jìn)行精確延時；c.串口初始化，設(shè)置UCSRB寄存器，置位RXEN，TXEN和RXCIE位，使接收串口接收和接收中斷使能，設(shè)置UCSRC寄存器，置位URSEL，UCSZl和UCSZ0，設(shè)置數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位和不保留校檢位，設(shè)置UBRRL和UBRRH寄存器，設(shè)置波特率為9600，UBRRL = (F_CPU/9600/16_l) % 256 ；UBRRH = (F_CPU/9600/16-l)/256 ；d.主函數(shù)，設(shè)置DDRB = 0x00 ；PORTB = OxFF ；PORTC = OxFF ；DDRC = OxFF ；DDRD = 0x00 ；PORTD = OxFF ；PB 口為輸入口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，PC 口為輸出口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，PD 口為輸入口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，然后設(shè)置MCUCR寄存器，MCUCR = 0x08 ；設(shè)為外部中斷下降沿產(chǎn)生異步中斷請求，設(shè)置6ICR，置位INT1，開INTl中斷，然后開全局中斷，開始進(jìn)入while(l)循環(huán)判斷中斷變量Buffer_Array的值，如果為31H，則i =0，如果為32H，則i = 1，對PC 口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，點亮PCl和PC5控制的交通信號燈，即人行道紅燈和車行道綠燈，然后返回判斷中斷變量Buffer_Array的值，循環(huán)執(zhí)行此流程；式中中斷變量Buffer_Array的值由步驟e中給出；e. USART中斷函數(shù)，使用單片機(jī)的USART串口通信口，接收從計算機(jī)傳出的數(shù)據(jù)， 單片機(jī)自動判斷計算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，傳出數(shù)據(jù)，立刻存入UDR寄存器，然后將UDR寄存器的值賦予中斷變量Buffer_Array變量，判斷計算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，單片機(jī)判斷傳出數(shù)據(jù)， 返回步驟e，沒有傳出數(shù)據(jù)，返回步驟d;f. INTl中斷函數(shù)，觸發(fā)通過按下連接單片機(jī)的按鈕實現(xiàn)，表明為有行人狀態(tài)，如果觸發(fā)，則跳出主函數(shù)，進(jìn)入中斷函數(shù)執(zhí)行，通過設(shè)置PC 口的高低電平，確定燈的亮滅，判斷此時變量i的值，如果i的值為0，則進(jìn)入狀態(tài)S2，立刻人行道紅燈滅，車行道綠燈滅，人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時k，然后車行道綠燈亮，人行道紅燈亮，退出中斷函數(shù)，如果i的值不為0，則進(jìn)入狀態(tài)Sl，車行道綠燈亮，人行道紅燈滅，延時20s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時k然后人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時5s，然后車行道綠燈亮，人行道紅燈亮，退出中斷函數(shù)，返回步驟d。
權(quán)利要求
1.一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)，包括計算機(jī)圖像處理部分和單片機(jī)，計算機(jī)圖像處理部分包括計算機(jī)和攝像頭，其特征在于攝像頭和計算機(jī)相連接，計算機(jī)通過單片機(jī)的串口和單片機(jī)相連接，單片機(jī)通過其接口和人行道按鈕及交通信號燈相連接；所述的攝像頭是USB攝像頭。
2.如權(quán)利要求1所述的一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)，其特征在于所述的單片機(jī)為ATmegal6單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)，其特征在于所述的交通信號燈包括車行道交通信號燈和人行橫道交通信號燈，車行道交通信號燈為紅綠黃三個，人行橫道交通信號燈為紅綠兩個。
4.一種如權(quán)利要求1所述管理系統(tǒng)中計算機(jī)進(jìn)行圖像處理的方法，步驟如下A.USB攝像頭對準(zhǔn)行車道，采集的視頻信息經(jīng)OpenCV庫函數(shù)cvCaptureFromCAM以15 幀圖片一秒讀入圖像處理系統(tǒng)；B.用OpenCV庫中的coolcbook背景學(xué)習(xí)方法對行車道環(huán)境不斷學(xué)習(xí)建模，產(chǎn)生二值化的前景目標(biāo)圖像；C.使用cvFindContours函數(shù)對二值化圖中的有效區(qū)域進(jìn)行分割，通過提取各有效區(qū)域的形狀、大小信息判斷出是否有車輛靠近；D.當(dāng)識別出有車輛靠近時，調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，以串口通信方式將該信息發(fā)送給單片機(jī)。
5.一種如權(quán)利要求1所述管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法，步驟如下a.單片機(jī)采用內(nèi)部4MHz振蕩器，然后聲明中斷變量Buffer_Array；b.延時子函數(shù)，以秒為單位進(jìn)行精確延時；c.串口初始化，設(shè)置UCSRB寄存器，置位RXEN，TXEN和RXCIE位，使接收串口接收和接收中斷使能，設(shè)置UCSRC寄存器，置位URSEL，UCSZ1和UCSZ0，設(shè)置數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)位、 1位停止位和不保留校檢位，設(shè)置UBRRL和UBRRH寄存器，設(shè)置波特率為9600，UBRRL = (F_CPU/9600/16-l) % 256 ；UBRRH = (F_CPU/9600/16-l)/256 ；d.主函數(shù)，設(shè)置DDRB = 0x00 ；PORTB = OxFF ；PORTC = OxFF ；DDRC = OxFF ；DDRD = 0x00 ；PORTD = OxFF ；PB 口為輸入口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，PC 口為輸出口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，PD 口為輸入口，設(shè)為電阻內(nèi)部上拉，然后設(shè)置MCUCR寄存器，MCUCR = 0x08，設(shè)為外部中斷下降沿產(chǎn)生異步中斷請求，設(shè)置GICR，置位INT1，開INTl中斷，然后開全局中斷，開始進(jìn)入while (1)循環(huán)判斷中斷變量Buffer_Array的值，如果為31H，則i = 0，如果為32H，則i = 1，對PC 口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，點亮PCl和PC5控制的交通信號燈，即人行道紅燈和車行道綠燈，然后返回判斷中斷變量Buffer_Array的值，循環(huán)執(zhí)行此流程；式中中斷變量Buffer_Array的值由步驟e中給出；e.USART中斷函數(shù)，使用單片機(jī)的USART串口通信口，接收從計算機(jī)傳出的數(shù)據(jù)，單片機(jī)自動判斷計算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，傳出數(shù)據(jù)，立刻存入UDR寄存器，然后將UDR寄存器的值賦予中斷變量Buffer_Array變量，判斷計算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，單片機(jī)判斷傳出數(shù)據(jù)，返回步驟e，沒有傳出數(shù)據(jù)，返回步驟d ；f. INTl中斷函數(shù)，觸發(fā)通過按下連接單片機(jī)的按鈕實現(xiàn)，表明為有行人狀態(tài)，如果觸發(fā)，則跳出主函數(shù)，進(jìn)入中斷函數(shù)執(zhí)行，通過設(shè)置PC 口的高低電平，確定燈的亮滅，判斷此時變量i的值，如果i的值為0，則進(jìn)入狀態(tài)S2，立刻人行道紅燈滅，車行道綠燈滅，人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時k，然后車行道綠燈亮，人行道紅燈亮，退出中斷函數(shù)，如果i的值不為0，則進(jìn)入狀態(tài)Si,車行道綠燈亮，人行道紅燈滅，延時20s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時k然后人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時k，然后車行道綠燈亮，人行道紅燈亮，退出中斷函數(shù)，返回步驟d。
全文摘要
一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)，屬智能交通控制技術(shù)領(lǐng)域。包括計算機(jī)圖像處理部分和單片機(jī)，通過單片機(jī)實現(xiàn)各個狀態(tài)的判斷和轉(zhuǎn)換，經(jīng)圖像處理技術(shù)將復(fù)雜的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚臄?shù)據(jù)，使復(fù)雜問題簡化，將簡單數(shù)據(jù)與單片機(jī)進(jìn)行通信，實現(xiàn)計算機(jī)圖像處理與單片機(jī)協(xié)同操作，達(dá)到智能化處理。本發(fā)明優(yōu)點是數(shù)據(jù)吞吐率高，可減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾；在保障行車道暢通的前提下，使行人安全；通過智能控制車流與人流，最大程度上減少目前定時交通信號燈無行人時汽車仍然等待的情況，進(jìn)而減少了汽車的尾氣排放，減少能源的無謂消耗。
文檔編號G08G1/08GK102402854SQ20111037218
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者劉梟, 姚佳毅, 彭競宇, 梁博濤, 馬丕明 申請人:山東大學(xué)