一種智能交通橫道路口管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法
【專利摘要】一種智能交通橫道路口管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法，屬智能交通控制【技術(shù)領(lǐng)域】。包括計(jì)算機(jī)圖像處理部分和單片機(jī)，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(shí)現(xiàn)計(jì)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(diǎn)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(shí)交通信號燈無行人時(shí)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。
【專利說明】一種智能交通橫道路口管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法
[0001]本申請為申請?zhí)柺?01110372185.5的分案申請【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種智能交通橫道路口管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法，屬智能交通控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】:
[0003]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(shí)，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(fèi)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(shí)，按動(dòng)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(jì)方案有一個(gè)很大的瑕疵，如果在一路段出現(xiàn)多個(gè)此種行人按鈕路口，會(huì)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(diǎn)。隨著城市交通智能化設(shè)計(jì)理念的提出，此項(xiàng)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(jì)”即屬于此列。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]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(jì)理念為交通橫道路口設(shè)置多種狀態(tài)，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)各個(gè)狀態(tài)的判斷和轉(zhuǎn)換，以同時(shí)兼顧車道暢通和行人安全。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種智能交通橫道路口的管理系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)圖像處理部分和單片機(jī)，計(jì)算機(jī)圖像處理部分包括計(jì)算機(jī)和攝像頭，其特征在于攝像頭和計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)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。
[0007]所述的單片機(jī)為ATmegal6單片機(jī)。
[0008]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(gè)，人行橫道交通信號燈為紅綠兩個(gè)，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。
[0009]上述的人行道按鈕是一種按鈕式開關(guān)。
[0010]一種上述管理系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理的方法，步驟如下:
[0011]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)；
[0012]B.用OpenCV庫中的cookbook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(yùn)動(dòng)的物體)圖像；
[0013]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；
[0014]D.當(dāng)識(shí)別出有車輛靠近時(shí)，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)。
[0015]一種上述管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法，步驟如下:
[0016]a.單片機(jī)采用內(nèi)部4MHz振蕩器,然后聲明中斷變量Buffer_Array ;
[0017]b.延時(shí)子函數(shù)，以秒為單位進(jìn)行精確延時(shí)；
[0018]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、I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，
[0019]UBRRL= (F_CPU/9600/16-l)%256 ；UBRRH= (F_CPU/9600/16-l) /256 ；
[0020]d.主函數(shù)，設(shè)置
[0021]DDRB=OxOO ；P0RTB=0xFF ；
[0022]P0RTC=0xFF ；DDRC=OxFF ；
[0023]DDRD=OxOO ；P0RTD=0xFF ；
[0024]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，H) 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 (I)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=l，對PC 口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，點(diǎn)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；
[0025]e.USART中斷函數(shù)，使用單片機(jī)的USART串口通信口，接收從計(jì)算機(jī)傳出的數(shù)據(jù)，單片機(jī)自動(dòng)判斷計(jì)算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，傳出數(shù)據(jù)，立刻存入M)R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(jì)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 ；
[0026]f.1NTl中斷函數(shù)，觸發(fā)通過按下連接單片機(jī)的按鈕實(shí)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(shí)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(shí)30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)5s，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(shí)20s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)5s然后人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時(shí)30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)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。
[0027]DDRB, DDRC, DDRD, PORTB, PORTC, PORTD 是本領(lǐng)域通用 IO 口控制寄存器。
[0028]本發(fā)明智能交通橫道路口管理系統(tǒng)可以檢測一個(gè)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(dòng)采集圖像實(shí)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(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)車輛與行人的狀態(tài)判斷交通信號燈下一時(shí)刻進(jìn)入何種狀態(tài)，實(shí)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:
[0029]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)
[0030]狀態(tài)S1:行車道暢通一段時(shí)間，而后人行道暢通一段時(shí)間；(有車、有行人時(shí)的情況)
[0031]狀態(tài)S2:人行道暢通一段時(shí)間，而后行車道暢通一段時(shí)間；(有行人、無車時(shí)的情況)
[0032]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(shí)現(xiàn)計(jì)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。
[0033]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(diǎn):
[0034]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(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmegal6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(dú)厚的優(yōu)勢。
[0035]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)。
[0036]3、通過智能控制車流與人流，最大程度上減少目前定時(shí)交通信號燈無行人時(shí)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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]其中:1、計(jì)算機(jī)圖像處理部分，2、攝像頭，3、計(jì)算機(jī)，4、人行道按鈕，5、單片機(jī)，6、
交通信號燈。
[0039]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(yùn)行速度，單片機(jī)處理速度無法滿足要求時(shí)，采用外部晶振可以提高處理速度。
[0040]圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中計(jì)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(gè)步驟。
[0041]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(gè)步驟?！揪唧w實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0043]實(shí)施例1:
[0044]本發(fā)明實(shí)施例1如圖1所示，包括計(jì)算機(jī)圖像處理部分I和單片機(jī)5，計(jì)算機(jī)圖像處理部分I包括計(jì)算機(jī)3和攝像頭2，其特征在于攝像頭2和計(jì)算機(jī)3相連接，計(jì)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。
[0045]所述的單片機(jī)5為ATmegal6單片機(jī)。
[0046]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(gè)，人行橫道交通信號燈為紅綠兩個(gè)，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。
[0047]實(shí)施例2:
[0048]一種上述管理系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理的方法，如圖3所示，步驟如下:
[0049]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)；
[0050]B.用OpenCV庫中的cookbook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(yùn)動(dòng)的物體)圖像；
[0051]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；
[0052]D.當(dāng)識(shí)別出有車輛靠近時(shí)，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)。
[0053]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:
[0054]a.單片機(jī)采用內(nèi)部4MHz振蕩器,然后聲明中斷變量Buffer_Array ；
[0055]b.延時(shí)子函數(shù)，以秒為單位進(jìn)行精確延時(shí)；
[0056]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、I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，
[0057]UBRRL= (F_CPU/9600/16_l) %256 ；UBRRH= (F_CPU/9600/16_l) /256 ；
[0058]d.主函數(shù)，設(shè)置
[0059]DDRB=OxOO ；P0RTB=0xFF ；
[0060]P0RTC=0xFF ；DDRC=OxFF ；
[0061]DDRD=OxOO ；P0RTD=0xFF ；
[0062]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，H) 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 ；
[0063]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 (I)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=l，對PC 口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，點(diǎn)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；
[0064]e.USART中斷函數(shù)，使用單片機(jī)的USART串口通信口，接收從計(jì)算機(jī)傳出的數(shù)據(jù)，單片機(jī)自動(dòng)判斷計(jì)算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，傳出數(shù)據(jù)，立刻存入M)R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(jì)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 ；
[0065]f.1NTl中斷函數(shù)，觸發(fā)通過按下連接單片機(jī)的按鈕實(shí)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(shí)變量i的值，如果i的值為O，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(shí)30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)5s，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(shí)20s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)5s然后人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時(shí)30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)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管理系統(tǒng)中單片機(jī)的工作方法，該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)圖像處理部分和單片機(jī)，計(jì)算機(jī)圖像處理部分包括計(jì)算機(jī)和攝像頭，攝像頭和計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)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，該步驟如下: 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(shí)子函數(shù)，以秒為單位進(jìn)行精確延時(shí)； 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UCSZO，設(shè)置數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)位、I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=OxOO ；P0RTB=0xFF ；
P0RTC=0xFF ；DDRC=0xFF ；
DDRD=OxOO ；P0RTD=0xFF ； 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 (I)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=l，對PC 口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，點(diǎn)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(jì)算機(jī)傳出的數(shù)據(jù)，單片機(jī)自動(dòng)判斷計(jì)算機(jī)是否傳出數(shù)據(jù)，傳出數(shù)據(jù)，立刻存入U(xiǎn)DR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(jì)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.1NTl中斷函數(shù)，觸發(fā)通過按下連接單片機(jī)的按鈕實(shí)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(shí)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(shí)30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)5s，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(shí)20s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)5s然后人行道綠燈亮，車行道紅燈亮，延時(shí)30s，然后車行道黃燈亮，人行道紅燈亮，延時(shí)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。
【文檔編號】G06F13/24GK103489311SQ201310393419
【公開日】2014年1月1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】馬丕明, 梁博濤 申請人:山東大學(xué)