[发明专利]一种自动十字路口红绿灯控制装置及应用

权利要求书

1.一种自动十字路口红绿灯控制装置，其特征在于，装置由输入设备—矩阵键盘模块（3）、输出设备（4）、传感设备（1）和存储程序数字计算机（2）构成，

1）所述存储程序数字计算机（2）用于存储该系统所需要的参数，并处理所有输入设备和传感设备采集的信息，它由中央处理单元（CPU）（2-1）、电可擦除只读存储器（EEPROM）（2-2）、随机存取存储器（RAM）（2-3）、有I、II、III、IV、V五个端口的输入输出端口（I/O）（2-4）和闪存（FLASH）（2-5）构成，电可擦除只读存储器（EEPROM）（2-2）、随机存取存储器（RAM）（2-3）、输入输出端口（I/O）（2-4）和闪存（FLASH）（2-5）分别与中央处理单元（CPU）（2-1）连接，中央处理单元（CPU）（2-1）由算数/逻辑单元（ALU）（2-1-1），控制及定时电路（2-1-3），随机存取存储器（RAM）（2-1-2）构成，算数/逻辑单元（ALU）（2-1-1）与随机存储存储器（RAM）（2-1-2）连接后二者分别与控制及定时电路（2-1-3）连接；

所述输出设备（4）用于显示整个系统参数和整个系统运行状态，由LCD显示模块（4-1）和红绿指示灯和控制电路模块(4-2)组成；

所述传感设备(1)用于获取所监测十字路口的状态信息，并对这些信息进行处理后传送给存储程序数字计算机(2)，由摄像头(1-1)、视频输入与解码芯片(1-2)和超声波模块(1-3)组成；

2）所述传感设备(1)的摄像头(1-1)与视频输入与解码芯片(1-2)连接，视频输入与解码芯片(1-2)与存储程序数字计算机(2)的输入端口I连接，传感设备(1)的超声波模块(1-3)与存储程序数字计算机(2)的输入端口II连接；矩阵键盘模块(3)与存储程序数字计算机(2)的输入端口III连接；存储程序数字计算机(2)的输出端口IV与输出设备(4)的LCD显示模块(4-1)连接，存储程序数字计算机(2)的输出端口V与输出设备(4)的红绿指示灯和控制电路模块(4-2)连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动十字路口红绿灯控制装置，其特征在于，所述存储程序数字计算机是依据传感设备摄像头(1-1)所采集的当前外部环境亮度来动态计算图像帧差阈值。

3.根据权利要求1所述的一种自动十字路口红绿灯控制装置，其特征在于，所述存储程序数字计算机(2)包括一个存储程序数字计算机，该存储程序数字计算机(2)除存储动态计算图像帧差阈值的程序和十字路口状态判断程序外，还允许存储更进一步操作的程序。

4.如权利要求1所述的一种自动十字路口红绿灯控制装置，其特征在于，为提供的可靠的红绿灯状态控制，并同时尽量提高红绿灯的响应的及时度，存储程序数字计算机(2)执行如下步骤，

1)需要为图像帧差法选取一个合适的阈值，首先，摄像头(1-1)进行100帧图像取样后，取出每一帧的亮度值累加后求平均，这样就取得了此时外部环境平均亮度值亮度，然后根据平均亮度值亮度和早中晚参考亮度值TM、TA、TN计算当前图像帧差阈值；

2)提高红绿灯响应的及时度，避免了误判的发生，首先存储程序数字计算机(2)会读取操作者预先设定的防误判的重复采样次数N，然后进行每次十字路口交通状态判断后，对该重复采样次数进行减1操作，并判断该值是否到0，如果到0，直接退出本轮判断，如果不为0，继续进行下一次判断，直到某种十字路口状态达到了3/4N，然后，再结合超声波模块(1-3)获取的车辆高度值来决定这个状态是否有效。

5.如权利要求1所述的一种自动十字路口红绿灯控制装置的应用，其特征在于，在十字路口发生局部堵塞的时候，该十字路口的各方向的交通灯都亮红灯，禁止各方向来的汽车进入十字路口内，就能使已被堵在十字路口内的汽车自行地离开，从而避免长时间的严重交通堵塞，当堵车消失后，该十字路口各方向的交通灯都能即刻恢复常态，以达到缓解十字路口严重交通堵塞的目的；在中央处理单元CPU(2-1)读取完电可擦除只读存储器（EEPROM）(2-2)中所保存的系统参数后，系统进入真正的十字路口红绿灯控制状态，此时，摄像头(1-1)和超声波模块(1-3)都对准了十字路口的重叠区域，考虑下面三种情况：

1）道路空旷，没有车通过，此时，摄像头1-1获取的前后两帧图像的亮度分量之间几乎没有差别，在使用帧差算法对两帧图像的亮度分量进行累加后相减，所得到的值必然会远远小于图像帧差阈值，然后，中央处理单元CPU(2-1)继续读取超声波模块(1-3)测得的距离值，因为此时道路上没有任何车通过，超声波模块(1-3)所测量到的值必然就是超声波模块(1-3)相对于路面的架设高度，所以，此时中央处理单元CPU(2-1)控制红绿指示灯和控制电路模块(4-2)进行正常运转，即间隔一定的时间红绿灯强制进行切换；

2）道路有车通过，但是不发生拥堵，此时，由于十字路口下车的移动，摄像头(1-1)获取的前后两帧图像的亮度分量必然存在较大的差别，在使用帧差法对两帧图像的亮度分量进行累加后相减，所得到的值必然会大于图像帧差阈值，在这种情况下，存储程序数字计算机(2)直接判定十字路口车流通畅，没有发生任何拥堵，而不会去读取超声波模块(1-3)的测距值，所以，此时存储程序数字计算机(2)控制红绿指示灯控制电路模块(4-2)进行正常运转，即间隔一定的时间红绿灯进行强制切换；

3）道路有车通过，但是在十字路口发生了拥堵，此时，由于十字路口下面的车停止不动，摄像头(1-1)获取的前后两帧图像的亮度分量几乎没有差别，在使用帧差算法对两帧图像的亮度分量进行累加后相减，所得到的值必然远小于图像帧差阈值，然后，存储程序数字计算机(2)继续读取超声波模块(1-3)测得的距离值，因为此时十字路口处发生了拥堵，超声波模块(1-3)所测量到的值必然就是超声波模块(1-3)相对于路面架设的高度减去车辆的高度，所以，此时存储程序数字计算机(2)控制红绿指示灯和控制模块(4-2)强制亮起红灯，禁止各方向来的汽车进入十字路口内，使已被堵在十字路口内的汽车自行地离开，当堵车消失后，该十字路口各方向的红绿灯都能即刻恢复常态。