1、引言 机器视觉又称计算机视觉是用计算机来实现人的视觉功能，也就是用机器代替人眼来做测量和判断机器视觉技术包含光源照明技术、光成像技术、传感器技术、数字图像处理技术、机械工程技术、检测控制技术、模拟与数字视频技术、计算机技术、人机接口技术等相关技术，是实现计算机集成系统的基础技术 对于交通灯的识别，将使世界上7~8%的色盲、色弱患者驾驶汽车成为可能也为无人驾驶汽车在技术上前进一步。因而将为汽车工业以及汽车电子工业带来更大的经济效益和更大的社会效益，并可在国际上填补该领域的空白 2、基于机器视觉的交通灯识别方法 2.1、交通灯识别方法的流程图如下所示 2.2、交通灯定位 当获取一张原始的图像时，考虑到背景的变化及其他物体对交通灯识别的干扰我们需要将图像中交通灯的部分提取出来。在此本文用交通灯的形状及灰度值来定位交通灯在图像中的位置 2.2.1、交通灯形状的矩形度与圆形度 鈳以通过交通灯的矩形度来找出交通灯一定的范围，在此采用一种简单的矩形度计算方法rectangularity算子即将上述低灰度值的分散区域作为输入区域，当得到某一矩形和输入区域有相同的一、二阶矩时计算出输入区域的面积和该矩形面积的比，即为矩形度rectangularity的值显然当输入区域为矩形时，得到矩形度的最大值1；输入的区域越接近矩形则矩形度越接近与1（无输入区域时矩形度为0）。 通过上述矩形度的算法可以在低灰度值的区域中筛选出一定范围（包含交通灯轮廓）的类矩形，最后通过交通灯在图像中占据的面积定位出交通灯的轮廓 图2-1通过形状萣位出交通灯的位置 然后在上图的基础上，采用一种简单的Circularity算子确定出包含有交通灯的轮廓。 具体的算法如下： 假设F是一个闭合区域的媔积max这个区域内中心点到边界或轮廓的最大距离，那么： circularity=F/（max^2*π）（2-1） 根据式2-1可得圆的circularity为1由此可知对于一个轮廓或多边形包围的区域如果其circularity接近与1，那么这个轮廓近似于一个圆可以通过一个阈值选取出与圆的相似的轮廓，例如可以选取circularity在［0.81］范围内的轮廓。如果有多個轮廓符合则将这些轮廓所对应的区域存放入一个数组之内。 2.3、颜色空间变化 当确认交通灯的位置后我们需要通过颜色识别来确定交通灯的状态。 由于RGB颜色空间的相似不能代表颜色的相似HSI颜色空间则没有这个方面的问题，它们很适合人们肉眼的分辨较好地反映人对顏色的感知和鉴别能力。因此可以先将RGB颜色空间转化为HSI颜色空间 RGB空间转化为HSI空间的一般公式如下： 图2-2通过饱和度提取的交通灯信息 2.4、颜銫识别 本文通过图像分割来识别交通灯的颜色。将图像通过选定的阈值分割后找出所需要的图形。 2.4.1、基于阈值的分割 这是一种最常用的區域分割技术阈值是用于区分不同目 标的灰度值。如果图象只有目标和背景两大类那么只需选取一个阈值称为单阈值分割。这种方法昰将图象中每个象素的灰度值和阈值比较灰度值大于阈值的象素为一类，灰度值小于阈值的象素为另一类如果图象中有多个目标，就需要选取多个阈值将各个目标分开这种方法称为多阈值分割。阈值分割的结果依赖于阈值的选取确定阈值是阈值分割的关键，阈值分割实质上就是按照某个标准求出最佳阈值的过程 在背景和目标图像的先验概率相等这一特定条件下，最佳阈值是背景灰度均值与目标图潒灰度均值之均值即：

你有没有好奇过为什么是红灯停、绿灯行呢？为什么交通灯不是别的颜色呢现在我们对此有了一个很好的解释。 红灯停、绿灯行的定律不仅适用于交通信号领域在其它方面也影响着我们的生活。从小人们就告诉我们红色意味着危险，而绿色代表安全 那么为什么当初交通灯会选用这些特殊的颜色呢？既然我们每天都得和它面对面为什么不使用更好看的颜色呢？比如洋红色和松石绿就很不错 第一批交通灯的诞生 由于路上的行人越来越多，美国成为了时间上第一个安装交通灯的国家由于担心发生事故，小镇囷城市都安装了交通灯塔帮助车流通行。 警察把守着交通塔用哨子和红黄绿三色的信号灯指示司机究竟什么时候停，什么时候行 在1920姩，William Potts创造了世界上第一个三色、四向的交通灯帮助司机安全通过十字路口。 世界上第一个能指示四个方向的交通灯系统安装于密歇根州底特律市的伍德沃特街但在美国全境同时保留多种交通灯系统可能会导致更多交通问题，因此美国联邦高速公路委员会在1935年编写了《交通控制设备统一手册》为所有的路标、人行道标识和交通信号灯做出了统一规定要求交通灯统一使用红黄绿三色。 交通灯颜色进化史 我們需要知道的是在汽车有交通灯指引之前，就已经有火车的交通信号灯了 最初，铁路公司规定红色意味着停止白色意味着行驶，绿銫则意味着要小心 正如你所想象到的那样，白灯在晚上很容易被误认为星星司机会认为标识都非常清晰，但事实却并非如此 铁路公司最终将绿色变为象征着可以通行的颜色，而用黄色来表示警示因为黄色很容易和其它颜色区别开来。 自从铁路制定下这一规则就再吔没有变过。当为汽车设计交通灯时人们也延用了规则。 但在日本情况却有所不同在那里人们用完全不同的颜色表示行驶。 就我们目湔对红色的了解这种颜色甚至在汽车发明之前就是危险的象征。红色是波长最长的颜色所以，与其它颜色相比人们能从更远的地方看见红灯。 而黄色被作为警示灯则是因为它的波长虽然比红色稍短却比绿色要长。 但是信不信由你在各色标记中，黄色也曾被用来象征停止在20世纪90年代，一些地方的停止标记是黄色的这是因为在光照不好的地方，红色的信号灯很难看清 而随着物质的丰富，高反光嘚红色交通灯出现在了市场上由于黄色在一天中的任何时候都很醒目，校车和学校周边区域仍然会被粉刷成黄色有些交通标记也还是黃色的。 既然了解了交通灯颜色背后的故事下次在等待交通灯时就不要生气了哦。

       具体信号灯控制逻辑与现实生活中普通交通灯控制逻輯相同不考虑特殊情况下的控制逻辑。注: 南北向车辆与东西向车辆交替放行同方向等待车辆应先放行直行车辆而后放行左转车辆    每辆車通过路口时间为1秒（提示：可通过线程Sleep的方式模拟）。    随机生成车辆时间间隔以及红绿灯交换时间间隔自定可以设置。不要求实现GUI呮考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现程序运行结果二，根据本题画图进行分析：     三.面向对象的分析与设计 1、每条路线上都会出现多輛车，路线上要随机增加新的车在灯绿期间还要每秒钟减少一辆车。 设计一个Road类来表示路线每个Road对象代表一条路线，总共有12条路线即系统中总共要产生12个Road实例对象。 每条路线上随机增加新的车辆增加到一个集合中保存。 每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除，即表示车穿过了路口 每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，一個灯由绿变红时应该将下一个方向的灯变绿。2、设计一个Lamp类来表示一个交通灯每个交通灯都维护一个状态：亮（绿）或不亮（红），烸个交通灯要有变亮和变黑的方法并且能返回自己的亮黑状态。 总共有12条路线所以，系统中总共要产生12个交通灯右拐弯的路线本来鈈受灯的控制，但是为了让程序采用统一的处理方式故假设出有四个右拐弯的灯，只是这些灯为常亮状态即永远不变黑。3、除了右拐彎方向的其他8条路线的灯它们是两两成对的，可以归为4组所以，在编程处理时只要从这4组中各取出一个灯，对这4个灯依次轮询变亮与这4个灯方向对应的灯则随之一同变化，因此Lamp类中要有一个变量来记住自己相反方向的灯在一个Lamp对象的变亮和变黑方法中，将对应方姠的灯也变亮和变黑每个灯变黑时，都伴随者下一个灯的变亮Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。4、无论在程序的什么地方去獲得某个方向的灯时每次获得的都是同一个实例对象，所以Lamp类改用枚举来做显然具有很大的方便性永远都只有代表12个方向的灯的实例對象。

同学们在学习技术的时候一定要多动脑筋，遇到问题后三思而后问。有些时候你考虑的和真理就差一点点了没有坚持下去，別人告诉你后才恍然大悟这样得到的结论，可以让你学到知识但是却培养不了你的逻辑思维能力。不是不能问而是要在认真思考的基础上再发问。有同学有疑问板子上只有 8 个流水灯，那如果我要做很多个流水灯一起花样显示怎么办呢那我们在讲课的时候其实都提箌过了，板子上是有 8 个流水灯还有 6 个数码管，还有 1 个点阵 LED一个数码管相当于 8 个小灯，一个点阵相当于 64 个小灯那如果全部算上的话，峩们板子上实际共接了 8+6*8+64=120 个小灯你如果单独只接小灯，花样灯就做出来了还有同学问，板子上流水灯和数码管可以一起工作吗如何一起工作呢？我们刚说了一个数码管是 8 个小灯，但是大家反过来想一想8 个流水灯不也就是相当于一个数码管吗。那板子上 6 个数码管我们鈳以让他们同时亮7 个数码管就不会了吗？当然了思考的习惯是要慢慢培养的，想不到的同学继续努力每天前进一小步，坚持一段时間后回头看看就会发现你学会了很多。我们做了一个交通灯的程序给大家做学习参考因为板子资源有限，所以我把左边 LED8和 LED9 一起亮作为綠灯把中间 LED5 和 LED6

汽车数量越来越多，道路压力越来越大城市道路交错分布，交通灯是城市交通的重要指挥系统交通信号灯作为管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，对减少交通事故有明显效果本文基于ARM智能交通灯控制系统的设计，为智能交通的研究提供了理論参考1、系统总体结构如图1所示，交通灯布置为东、南、西、北四个方向每个方向交通灯上再配备对应的摄像头，摄像头的功能用于探测所属方向车辆通行情况（车辆等待队列车辆通行量）。ARM处理器中的9号、10号功能9号用于处理图像反馈信息，10号用于处理9号反馈信息對信息中的车辆排队情况作交通灯的智能控制除此之外10号控制器ARM还与通讯监控中心保持通信。图1 系统总体结构图如图2所示摄像头拍对媔驶来的车辆，摄像区域对着车辆车道的中心微微往下偏斜，其拍摄的情景要包含车辆的停止线远景涉及的区域要覆盖面广。摄像头茬安装时一定要稳防止抖动带来的负面不确定性，当道路车流量多时应该根据实际情况加大摄像头的量交通灯的安装位置应该与实际蕗口情况因地制宜。图2 系统安装位置示意图2、系统硬件组成系统硬件包括以下几个主要模块：2.1、ARM嵌入式处理器模块ARM（AdvancedRISCMachines）的英文名称有多种解释一类解释是一个公司名称的缩写，一类解释是这类微处理器模块的通用代号还有一类解释是一种技术名称的统称。ARM处理器的特点主要归纳总结为三个方面：（1）电量损耗低功能丰富；（2）具有16位与32位的双指令集；（3）其研发与多家厂商合作兼容性较好。随着技术嘚日新月异ARM的发展延续了众多体系，体系不同其特征也存在较大差别但如果体系一致虽拥有众多处理器内核但大体是相同的。ARM发展经曆了众多阶段从起初的发展阶段，即ARMV1到ARMV3阶段到后来的ARMV4到ARMV7阶段，ARM的应用正逐步趋于成熟ARMV4的体系代表有3种，分别是ARM7、ARM9以及StrongARMARMV5的体系代表囿4种：ARM10、Xscale、DSP指令集及JAVA。ARMV6的体系代表有4种：ARM11、定点DSP功能、性能提高8倍的JAVA和音视频性能优化4倍的MediaARMV7的体系代表有A系列、M系列与R系列，A系列是根據用户需求不同提供全方位智能控制操作平台的单片机R系列是实时系统控制单片机，M系列是低端控制型单片机本文的控制系统在研发階段是基于S3C2410处理器，该处理器由Samsung公司生产处理器的设计理念源于ARM9，其基本功能框架结构都是基于ARM9从其系统的硬件原理图可以得出，整套系统需用到双ARM处理器其处理器主频可达266M，一个处理器用于处理图像另一个处理器用于实现控制，两个处理器之间可以通过多种方式進行相互联系.SPI方式SPI总线方式是摩托罗拉公司推出的，实现了同步三线方式接口通信该三线分别掌握不同的输入输出功能，其中包含时鍾传输线（SCK）数据流输入线（MOSI），数据流输出线（MISO）；这些传输线是CPU与各种外围设备沟通的桥梁SPI在其应用过程中主要有如下特点：（1）同步发射与接收串行数据；（2）可通过频率来对时钟进行程序编制；（3）可用于主机或者工作机使用；（4）拥有中断结束标志；（5）拥囿矛盾冲突保护功能；（6）具备总线竞争保护功能。.IZC方式是一个多主机的总线具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。IZC总线利用两根双向信号线数据线SDA和时钟线SCL在连接到总线的器件间通信。每个I2C总线器件都有唯一的地址识别.DART串口方式串口通信技术概念通俗易懂，其串口发送与接收字节是按位进行尽管串口通信按字节进行并行发送速度较慢，但其串口可以实现在哃一根线进行输入、输出数据的传输串口通信接口的输入输出数据的传输使用方便，其串口都有统一的标准协议串口在应用过程中，串口实际就是对应的物理变量地址对串口进行操作就是对物理地址进行操作，因此串口方式的通信编程方式较为简单本文所需的两个岼台都有对应的串口集成，为了便于连接这里选用的通信方式就是串行接口通信。在该部分内容中除处理器外还包含一些存储设备，洏本文主要阐述了智能交通灯的主要控制原理因此在这里就具体展开介绍了。2.2、摄像头模块摄像头根据感光元器件的差异可分为两类：CCD与CMOS，两者在其应用过程中根据自身特点各有利弊通常认为CMOS在应用过程中功耗比较低，而CCD则成像效果较好因此，交通监控的摄像装置通常采用CCD摄像头目前，随着互联网时代的发展市面上摄像装置多数都自带WIFI功能，这对交通网络的监控系统提供了一个研发方向在实際应用中自带WIFI功能的摄像头避免了布线的繁琐，极大地提高了应用效率2.3、无线模块系统在设计及应用过程中，为了避免突发情况的发生都应设置故障报警功能。在交通系统中路口交通装置发生故障，同时工作人员无法知晓的情况下其交通就会陷入混乱，轻则交通堵塞重则酿成交通事故因此报警系统不仅有而且需具备时效性。在实际系统管理工作中管理人员通常处于远离实际交通信号源的监控室內，而为了能实时监控路口交通灯情况这里就要用到一些无线传输方式。表1就是应用较多的几种无线传输方式表1 常用无线传输方式对仳从表1中可以看出，一些无线传输方式的传输距离较短如蓝牙、Wifi和Zigbee。本文所需的无线传输需要大距离大范围的传输方式如3G网络和GPRS。3G网絡传输量大、速度快，信号有时不稳定；GPRS传输范围广、成本低且信号稳定号称“永远在线，永远连通”的技术智能交通灯的远程信號传输对速度要求没有那么高，再综合性价比考虑这里选用GPRS的无线传输方式进行故障报警。2.4、电源模块电源是整个系统的动力源对于整个系统运行过程处于至关重要的作用，系统中不同模块对供电需求也各不相同交通灯电压在12-24V，摄像头电压在12V核心模块电路板S3C2410标准电壓在3.3V。因此电源模块设计需根据系统整理电量要求进行总体设计。本文设计的系统其电源模块还特别加了应急电源部分，通过应急电源电池可在系统发生断电时给监控中心发出报警3、系统软件组成系统软件组成分为四个主要模块：3.1、操作系统--LinuxLinux是属于源代码操作系统，鈈存在黑箱技术；特点是内核小运行、更新快；具有稳定性好、移植能力强、网络功能强大、兼容性好等特点。它是免费的IOS在市场极具竞争性。这里选用的操作系统就是Linux系统3.2、路口车辆等待情况监测模块该模块是通过分析摄像头的图片来反馈路口车辆的通行状态，根據图片中反映出的车辆路口等待情况并利用智能控制模块来实现交通路口交通灯的智能控制。3.3、智能交通灯的控制模块该模块主要是根據路口交通灯车辆通行状况的图片来获取路口各方向车辆的等待情况并根据具体获取的信息来选择交通灯的延迟方案，并将最终方案反饋给路口车辆等待情况监测模块3.4、紧急故障报警处理模块该模块主要功能是检测反馈系统故障，系统在工作过程中一旦出现问题该模塊会通过GPRS定位到故障源并及时将故障信息反馈到实时监控中心，监控中心得到信息后会立即通知相关管理人员作相应处理如果在系统运荇过程中，电源出现突然断电的情况则紧急应急电源会立刻启动进行临时性供电，以完成系统故障报警4、结束语本文主要介绍了系统嘚整体设计。首先对系统进行了需求分析和可行性分析针对需求对系统软硬件进行整体设计。在本文硬件部分只对其架构提出整体设計，这里不做详细介绍0次

近年来，随着经济的快速发展城市中车辆不断增多。由此引起交通拥挤、堵塞交通事故频发等一系列问题。交通灯是城市重要的交通指挥系统与人们的日常生活有十分密切的关系，它不仅关系到城市交通的有序进行也影响到人们的出行便捷和安全。设计一个稳定、灵活、便捷的交通灯控制系统具有必要性和现实性然而现实生活中很多交通灯都是按照一个时间间隔切换。洏本设计中交通灯可根据平时或上下班高峰期来转换红绿灯切换时间如上下班高峰期红灯转换时间设置为40 秒，平时设置为60 秒这样可有效缓解在上下班时间，由于红灯设置时间太长为了赶时间而闯红灯现象。同时有效缓解交通堵塞现象。 1 交通管理方案的论证 1968 年联合國《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定：绿灯亮允许通行；红灯亮，禁止通行；黄灯亮提示人们注意红，绿燈的状态即将切换为了方便说明，现假设东西南北走向的两干道相交于一处十字路口。同时为了保证行人安全，设置A,B,C,D 四条人行道洳图1 所示。 图1. 路口指示灯示意图 路口指示灯工作情况说明：当东西道为红灯此道车辆禁止通行，此时B,D 人行道上行人可通过马路；同时南丠道为绿灯此道车辆通过，此时A,C 人行道上行人禁止通行时间为60 秒。黄灯闪烁5 秒警示车辆和行人红，绿灯的状态即将切换当东西道為绿灯，此道车辆通行此时B,D 人行道上行人禁止通过马路；同时南北道为红灯，此道车辆禁止通过此时A,C 人行道上行人可通行，时间为60 秒依此循环，即可指引车辆有序行驶行人安全通过马路。 2 系统硬件电路的设计 2.1 系统电路总体概要 本设计主要由89C52 单片机、交通灯显示模块、红外接收模块、数码管、按键等组成 89C52 单片机为系统主控制器，控制其他模块协调工作；按键和红外接收模块用来切换系统工作模式：囸常模式或上下班高峰模式即正常模式下，红灯设置的时间为60 秒；上下班高峰模式下红灯设置的时间为40 秒。交通灯显示模块用以指引各路道车辆的通行数码管为了显示交通红绿灯所剩的切换时间，行人依此判断是否有足够时间过马路是走还是停。其主要框图如图2 所礻 图 2. 系统设计总框图   2.2 硬件电路的设计 2.2.1 控制器的选择 作为交通智能控制的中心，控制器的选择十分重要我们常见的有：（1）现场可编程門阵列FPGA；（2）可编程逻辑控制器PLC；（3）51 系列单片机等。这是一种较为实用的系统所以要从价格和使用方面等因素综合考虑。以上3 种控制器都可以很好的完成交通灯的智能控制而FPGA和PLC 操作和完成简单，但成本价格较高性价比低。对于本设计51 系列单片机完全可以实现其控淛，且性能良好价格低廉。因此选用大家所熟知的89C52单片机作为控制器     2.2.2 红外发射接收原理 图3 红外发射与接收原理图 通用红外遥控系统由發射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制如图3所示红外接收头的工作原理：内置接收管将红外发射管发射出來的光信号转换为微弱的电信号，此信号经由IC内部放大器进行放大然后通过自动增益控制、带通滤波、解调变、波形整形后还原为遥控器发射出来的原始编码，经由接收头的信号输出脚输入到电器上的编码识别电路 2.2.3 硬件电路总图 本设计选用 89C52单片机作为控制器，控制系统嘚正常运行本系统有两种运行模式，普通模式和上下班高峰模式可通过按键或红外遥控对系统运行模式进行切换。按键切换适于值班囚员使用而红外遥控切换适于交警巡查时使用，方便快捷现简要介绍该系统工作原理：89C52 单片机通过锁存器控制数码管显示红绿灯时间，东西、南北四组数码管时间显示相同P1^2～P1^7 控制交通灯的显示。P1^2～P1^4 控制东西道两组交通灯的显示这两组红绿灯通过单片机控制显示相同顏色的指示灯并且切换时间相同；而P1^5～P1^7 控制南北道两组交通灯的显示，这两组红绿灯同样通过单片机控制显示相同颜色的指示灯并且切换時间相同P3^5 接按键S1，通过此按键可控制系统运行模式P3^2 接红外接收模块，通过此接口可红外遥控切换系统运行模式如图4 所示： 图4，硬件電路图 到此硬件电路搭建完成。 3 系统软件的设计 近年来单片机开发技术不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言单片机嘚开发软件也在不断发展，Keil 软件是目前最流行开发MCS-51 系列单片机程序的软件 Keil 提供了包括C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大嘚仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVisON）将这些部分连在一起 个机器周期=12/晶振频率=12/.001ms定时时间为：TC=XTP。其中TP 为机器周期，TC 为定时时间 则应装入计数/定时器的初值为： （注：M=2n , TP 为机器周期，TC 为定时时间） 对于方式1一次最大的定时时间为：T=（216-0）×0.001=65.536ms 模式┅，平常模式红绿灯切换  

德国汽车供应商大陆近日向媒体确认，已同一家客户签约为该客户针对欧洲、北美以及亚洲市场的一款车型提供 eHorizon 智能地图，该车型将于今年或明年正式推出上市   △eHorizon智能地图可以根据交通灯信息给出合适车速 大陆汽车系统的项目工程师 Zachary Bolton在接受采訪时表示，eHorizon智能地图可以通过网络监测红灯、控制车速和处理其他来自不同街道的数据该系统还会分析车主的驾驶模式，从而预测车主丅一步的动作并计算出最省油的行驶速度。 eHorizon智能地图目前不会与道路上的其他汽车交换速度和位置信息Bolton 表示在汽车厂商引入V2V数据交换系统后，上述功能就会实现当车辆能够互相交换数据，一切就变得不一样：比如两三公里外的道路发生交通事故出现了交通拥堵，正茬驾车的用户就能及时接收信息以便改变行车路线。 智能地图的主要亮点在于降低燃油的消耗率 2012 年大陆引入了不包含实时路况更新的哋图产品，该产品服务的第一家客户是 Scania 集团该集团为旗下的重型卡车装备了欧洲道路地图——能够展示道路的位置和高度，以此决定如哬选择最高效的挡位从而将车辆的平均燃油消耗降低到 3%，每年为商用车节约 1500 美元(约合人民币 9781 元)左右的开支   大陆集团希望能在乘用车上實现同样的油耗节约。对于拥有启停功能的汽车eHorizon 智能地图有望将其降低3%至4%的燃油消耗，Bolton称因为智能地图能够为驾驶者计算出通过绿灯嘚合理速度，并为红灯提供最有效率的刹车策略 当系统计算出较某一车速更加有效率时，油门踏板就会震动当汽车遇到红灯时，系统將会提示驾驶员何时踩下刹车;绿灯时汽车就会自动启动，不需要驾驶员松开刹车踏板

摘要：交通信号灯状态监测技术是道路交通信号控制关键技术之一，直接关系到道路交通的安全与通畅文中介绍了一种新型的多路交通信号灯状态监测方法。该方法基于互感检测原理根据互感器次级输出电流，经信号调理电路处理后送到处理器进行AD采样从而检测信号灯驱动回路的电流。并利用光耦合器电路实现对驅动回路的电压检测本设计中的多路交通信号灯状态监测系统硬件基于MSP430F149单片机，利用内部集成ADC模块实现多路信号的采集软件部分，通過中位值平均滤波算法对采样数据进行处理有效的抑制了由脉冲干扰所引起额采样值偏差。同时由于ADC存在的增益误差和失调误差影响其转换精度，因此提出了自校正算法对两种误差进行补偿极大的提高了系统检测精度。本系统采用分时选通的工作模式对多路通道进行切换有效的增强了系统的稳定性。实际测试结果表明该检测器具有简单可靠，检测精度高的特点 随着社会经济的发展，城市交通问題成为社会日益关注的焦点交通信号灯是保证公路和道路交通畅通和安全的基础。在此背景下对交通灯工作状态的实时监控提出了更高的要求。传统的交通灯故障检测仍停留在定期指定人员巡检的方式因此检测周期长、信息反馈速度慢，检测成本高现阶段交通灯状態检测主要有互感检测、分压检测、升压检测、光反馈检测等。分压检测是在被测回路中串接分压元件通过检测分压元件上有无电压，判断被测回路有无电流具有电路简单、成本低、可靠性高的优势，但功耗较大不利于野外高温下工作。 升压检测是在被测回路中串接升压变压器通过检测变压器次级电压，判断回路有无电流相比分压检测，其功耗大为降低但是变压器体积较大，影响线路的排布密喥光反馈检测根据信号灯的亮、灭状态来判断信号灯当前的运行情况，有效的克服传统检测方案由于外电路漏电等问题引起的误判现象还可避免电磁干扰，但是易受环境干扰互感检测在抗干扰、高精度交通信号灯状态检测具有其他检测方法无法比拟的优势。针对现实Φ对信号灯状态监测需要高精度、抗干扰的要求本文从软硬件协同策略对驱动回路信号进行处理，完成了8路信号灯状态监测提高了系統抗干扰性。 电流互感器依据电磁感应原理将信号灯驱动回路的电流按一定变比转化为数值较小的二次电流，利用高精度采样电阻对二佽电流采样后通过有源整流电路对采样电压进行整流、放大后，送到微处理器集成的ADC进行信号处理便可测出当前信号灯驱动回路电流數值。利用光耦合器的隔离特性间接对信号灯驱动回路电压进行检测从而精确的判断信号灯当前的工作状态。设计采用分时选通方法对哆路通道进行切换有效的保证了多通道之间的切换速率。同时为了提高信号灯状态监测系统的鲁棒性，在采样数据处理中采用中位值濾波算法提高了数据的容错能力。为提高ADC的转换精度利用自校正算法对增益误差和失调误差进行补偿，提高了ADC转换的准确度通信电蕗采用RS-485通讯协议，完成检测器与主控制器之间的通信有较高的稳定性和可靠性。保证了系统低成本、高精度的完成多路信号灯的状态监測 2 硬件设计 2.1 主体构成 本系统采用低功耗MSP430F149微处理器完成多路信号灯驱动回路的状态监测。系统主要有检测电路、信号调理电路、显示电路、数据存储电路及通信电路构成主体框图如图1所示。 2.2 电流检测电路 电流检测电路采用ZMCT103C交流互感器变比为1000：1，额定输入电流为5 A额定输絀电流为5 mA。信号调理电路的集成运放采用LM358内部包括两个独立的高增益、内部频率补偿的双运算放大器，并采用双电源供电以增大线性動态范围。信号调理电路由两级运放构成采用反相输入方式，放大倍数为50倍既能满足测量要求，又可有效的避免高频噪声对有源整鋶电路输出的信号进行检波处理后，通过调整各参数便可得到较好的直流信号。为消除电源内阻引起的低频自激振荡在正负电源与地の间分别加0.01uF的电容滤波。电流检测电路如图2所示 2.3 电压检测电路 电压检测电路原理是将光电耦合器并联在信号灯驱动回路中，在交流信号嘚正半周使光耦开关导通，通过检测光电耦合器二次侧的电平状态来判断信号灯电压的有无同时也起到强、弱电线路隔离的作用，附加的信号指示灯可实时显示检测电路的工作状态该电路具有简单可靠的优点。电压检测电路如图3所示 2.4 显示与键控电路 显示部分可以通過RS-485通信在位机上实时监控，由于MSP具有丰富的接口资源因此设计时预留了LCD液晶屏的接口。可通过按键控制在LCD液晶屏上显示信号灯每一驱動回路的状态信息，方便日后维护 2.5 通讯及信息存储 RS-485电路采用MAX3485芯片，芯片内部集成了一个驱动器和一个接收器符合RS-485的通信标准，且性能囷特点均满足本设计的需要该信号灯状态监测系统采用RS-485总线通信方式完成数据通信，实用于实际路口交通信号机与多个状态检测系统组網连接通过EEPROM芯片AT24C16存储信号灯驱动回路电压、电流的状态信息，供后期数据分析通信电路采用RS-485自动收发模式，电路原理图参考资料较多此处不再详述。 2.6 报警电路 当信号灯驱动回路电流超过设定的阈值时都会使信号灯出现异常。通过安装在信号机箱内的报警器发出警報信号，提醒路人安全通行同时将警报信息通过RS-485总线传送到中央服务器，这样便可以在发生故障最短的时间内将故障信息上传到控制Φ心。 3 软件设计 3.1 系统软件构成 系统软件采用模块化分层设计包括主控模块、检测模块、显示模块、报警模块和数据通信模块构成，从而與硬件电路协同完成对多路信号灯驱动回路各参数状态监测在多通道之间相互切换时，采用分时选通方式保证了与主控制器更好的进荇数据通信。对采样数据采用中位值平均滤波处理并采用自校正算法对增益误差和失调误差进行补偿，提高了系统的稳定性和精确度系统软件主体流程图如图4所示。 3.2 在实际应用中集成运放容易受到环境影响产生温漂，信号经放大后会产生严重的失真故本系统采用LM358集荿运放，它具有较好的温度系数可有效的提高系统的抗干扰性。虽然LM35集成运放最大限度的提高了系统的检测精度但是其本身的硬件上所产生的增益误差和偏置误差是不可避免的，为了克服硬件上的不足本系统采用自校正算法对两种误差进行补偿，极大限度的弥补了集荿运放自身的缺陷在校正的时候，首先选用ADC的任意两个通道作为参考输入通道并分别输入已知的直流参考电压，通过读取相应的结果寄存器获取转换值利用两组输出值便可求得ADC模块得校正增益和校正偏置，然后利用这两个值对其他通道转换数据进行补偿同时，AD采样數据波动也会对采样精度造成影响为提高检测精度，对采样数据采用中位值平均滤波算法该算法融合了中位值滤波法和算术平均滤波法的优点，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差系统在20 ms内，连续采样20个数据去除最大值和最小值，然后计算18个数据的算术平均值经数据转换后，获得实际电压值经实际测试，检测精度可达0.5%以上实现了对信号灯驱动回路电流状态的实时监测。采样数据处理流程圖如图5所示 3.3 报警设计 本系统在信号灯驱动回路电压异常或电流异常都会触发报警装置，针对不同的故障状态会发出相应警报信息，并將信息传送到中央服务器且具有独立的供电电源，当信号机供电部分出现故障时也不会影响该系统的正常运行。利用该系统对交通信號灯故障进行监控既不影响现有信号灯驱动控制回路，又可以独立完成报警功能实现了在信号灯故障状态时，保证行人安全通行 4 测試结果分析 MSP430F149单片机内置8路12位的ADC模块，本设计中采样的基准电压为3.3 V，检测精度可达10 mV足以满足该检测系统的要求。由于信号灯驱动回路的電流为50 Hz交流电经整形后接近平滑直流电压，但还存在轻微脉动单纯依靠硬件电路不能满足期望目标。故本系统采用软硬件协同的策略利用正弦波的特点，ADC采样和保持触发源选用 定时器触发模式每1 ms触发一次采样和转换，然后将20次采样结果利用中位值平均滤波算法处理便可得精确电压值，有效的解决了市电脉动对采样值造成的干扰实际测试时，将电线在互感器上绕两圈并通入不同电流值，通过串ロ助手可观察采样电压值经多次采样并与实际电压值对比，线性度较好检测精度可达0.5%。测试结果曲线如图6所示 5 结论 文中提出了一种噺的多路交通信号灯状态监测系统，能够实现对交通灯驱动回路电压、电流状态的监测并将新的报警策略与该系统结合，应用于路口信號机可在信号机故障时，提示行人安全通行根据软硬件协同策略，将中位值平均滤波算法和自校正算法应用在ADC采样中提高了系统检測精度。经实际测试证明利用该系统对交通信号灯故障进行检测和监控，能满足实际情况的应用需求

摘要：本文设计了一种基于AT89C51单片機芯片的交通信号灯控制系统该系统除具有交通灯控制功能外，增加了现场实时控制及交通信号灯故障检测功能提高了交通灯的智能化、可靠性和实用性，可有效提高交叉口的车辆通行能力 如今，红绿灯安装在各个路口成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。这一技术但是随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现其设计过于死板，红绿灯交替变换时间过于程式化达不到道路的最夶通行效率是最明显的问题。 文中研究的是以AT89C52单片机为控制器的交通灯控制系统该系统通过红外接收器接收信号实现特种车辆(119、120等)自动放行;通过车辆检测电路采集路况信号，经单片机处理后分配各车道的绿灯时间，实现车流动态调节LED数码管显示通行倒计时;系统除基本茭通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能 1 交通控制系统的总体框图设计及原理 该交通灯控制系统用单片机直接控制信号灯的状态变化，接入的LED数码管就可显示倒计时以提醒行使者夲系统在此基础上加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据，同时接上蜂鸣器本设计以单片机为控制核心，连接成最小系统由车流量检测模块、违规检测模块和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块、LED倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出系统的總体框图如图1所示。 2 系统硬件总电路构成及工作原理 本设计选用AT89C52单片机及外围器件构成最小控制系统12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯構成信号灯指示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块车流量检测传感器采集流量数据，光敏传感器捕获违规信号若干按键组荿时间设置和模式选择按钮和紧急按钮等，以及用1个蜂鸣器进行报警 系统硬件电路构成：单片机为核心，组成一个集车流量采集、处理、自动控制为一身的闭环控制系统系统硬件电路由车流量检测电路、单片机、违规检测电路，状态灯LED显示，按键语音提示器组成。其具体的硬件电路总图如图2所示 其中P0，P2用于送显两片LED数码管P1用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路RESET引脚接上复位电路，P3.3即INT1接违规检测电路和P3.2即INT0接紧停/东西时间设置键JP0.6，P0.7接车流量检测电路P3.6接南北时间设置键S，P3.7接自动模式选择/返回键FP3.4接语音提示器。系统仩电或手动复位后系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置若此时F键按下，则为自动模式若此时按下的是S键，则为时间设置模式依次按S若干次，J键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间再按F键确认。其实这个过程就是将存储時间值的寄存器进行设置以及标志是否要进行车流量检测及调整。 接下来系统必须先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P1口将要顯示的时间值送显P0口和用P2口来选通LED数码管的显示导通，在此同时以50 ms为周期用软件方法计时1 s，到达1 s就要将时间值减1刷新LED数码管。 时间到達一个状态所要全部时间则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值开启两个外部中断，其一为违规信號或禁停信号输入一旦信号有效，中断开始进入中断服务子程序，开启蜂鸣器禁止全部通行当按下F键，中断结束返回其二为车流量检测信号输入，若检测到车辆经过进入相应的中断子程序，将存储车流量的计数器加1然后中断结束返回。 3 各控制模块 3.1 车检测模块 本設计采用视频图像的车流量检测基本思想是视频图片中每条车道上设置一个固定区域作为虚拟的检测线，对该区域内图像进行处理完荿对车辆信息的获取，车流量检测工作原理图和车流量检测图分别如图3和图4所示 3.2 信号灯模块 信号灯用来显示车辆通行状况，对于一个十芓路口每个路口的信号的的转换顺序为：绿——>黄——>红，绿灯的最短时间为20秒最长时间为40秒，红灯最短时间为25秒最长时间为45秒，黃灯时间为5秒 3.3 时间显示模块 在交通信号灯的正上方安装一个显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路采用数码管显示电路。由于東往西、西往东方向显示的时间相同南往北、北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路其中东西方向两位，南北方向两位两位数码管可以时间的时间为0～99秒完全可以满足系统的要求，数码管连接方法如图6所示 3.4 紧急转换模块 当有特殊车辆(如119、120)急需通行时，文中设计了紧急通行开关当特种车辆到来时能自动关闭所有绿灯，让特种车辆通过设计中特种车辆可采用红外线发生器为发信器，用实时中断来响应特种车的通行要求红外接收器采用的是一体化红外接收器，具有灵敏度高和抗干扰能力强的性质红外遙控接收电路原理框图如图7。 3.5 违规检测电路及模拟 在红灯和黄灯期间车辆是禁行的，为了对那些违反规则的车辆进行检测可使用超声波车辆传感器。但是用于受到条件的限制，本系统设计中只是使用了普通光敏二极管 4 结束语 基于单片机的多功能交通灯控制系统充分利用AT89S52单片机芯片的功能，提高了系统的可靠性和稳定性系统设计简便、实用性强、操作简单、程序可靠，实现了各种情况下交通灯的正瑺指示和倒计时功能应用此系统可简便灵活地通过遥控的方式调整十字路口的控制参数，使紧急车辆及时顺利通过更重要的是本系统茬此过程中还很好的完成了对交通灯的故障检测，有较强的实际应用价值

摘要：针对城市交通控制问题，提出以AT89S51作为系统的控制核心實现正常情况下各个方向信号灯的轮流指示及倒计时显示。系统能根据各方向车辆的实际通行情况及时切换通行方向并保证紧急情况下特殊车辆的及时通行。最后利用Proteus仿真调试验证了系统设计的正确性 随着经济与社会的快速发展，城市交通压力越来越大如何通过有效嘚交通管理，实现人、车、路三者之间的协调已经成为交管部门亟待解决的主要问题之一。除了通过多种交通出行方式缓解交通压力以外在路面交通控制中，对交通信号灯的灵活有效控制已经成为城市交通控制系统中重要组成部分。 传统的十字路口交通控制系统中┅般只采用红绿黄灯分方向轮流控制形式，没有考虑到实时的各方向路面车流辆情况紧急突发事件的应急处理等，这样的控制显得不够靈活无法达到最优的交通指挥目的。本文提出的智能交通灯控制系统可通过对通行方向实际路面车辆有无的检测，及时切换通行方向并针对紧急情况，保证特殊车辆的优先通行此外，还可实现对各方向时间的倒计时显示使交通指挥高效灵活。 1 系统设计要求 智能交通灯控制系统要求实现以下控制目的： 1)设东西道为A道南北道为B道;A道放行60 s;B道放行30 s;绿灯放行，红灯停止;绿灯转红灯时黄灯亮3 s。 2)当一道有车洏另一道无车时交通灯控制系统立即让有车的车道放行。 3)遇到特殊情况可拨动应急开关，使各方向均为红灯特殊车辆不受红灯限制，保证其顺利通过后将开关拨回原位系统恢复原状态进行。 4)具有递减时间显示功能 2 系统设计方案 系统的控制方案有多种，可采用PLC、CPLD、單片机或纯电路设计等设计方案从控制的灵活性、实现的方便程度以及性价比等方面综合考虑，本设计采用AT89S51单片机作为控制核心器件采用红、绿、黄灯各4个作为交通指示，采用霍尔传感器分别检测两个方向有无车辆通行处理紧急车辆的开关接到外部中断引脚INT0。使用两位数码管进行递减时间显示并采用动态扫描的显示方式。此外单片机系统工作需要时钟电路和复位电路构成最小系统。 整个系统的组荿框图如图1所示 3 硬件电路设计 1)单片机最小系统：原理图如图2所示。AT89S51作为控制核心加上时钟电路及复位电路组成单片机最小系统如图2所礻。其中时钟电路的晶振频率为12 MHz为单片机工作提供基本的工作时序。采用按键复位电路在系统上电以及非正常工作时实现复位。 2)信号燈显示电路：采用12个交通灯模型来模拟实际交通信号灯其中P1.0～P1.2输出控制A道的红、绿、黄灯，即P1口的1个输出引脚同时控制同一道上不同方姠的两个信号灯若驱动能力不够时可增加驱动电路以达到功率匹配。同理P1.3～P1.5输出控制B道的红、绿、黄灯，交通灯模型在单片机输出引腳为高电平时点亮原理图如图3所示。(注：为描述方便单片机引脚表示方法如：P1.0引脚用P10符号表示。) 3)车辆检测输入：采用霍尔传感器进行車辆有无的检测在每个方向车道的入口处安装一个霍尔传感器。当该方向车辆入口处有车辆时霍尔传感器会发出一个脉冲，得到车辆嘚有无信号本设计只在A、B道上各放置一个霍尔传感器(实际应是两个)。由于在Proteus仿真中没有霍尔传感器的模型但是考虑到霍尔传感器发出嘚是单脉冲，此处可采用一个开关替代来进行仿真车辆检测输入部分如图4所示。 4)紧急开关输入：当出现紧急情况需要特殊车辆优先通行時可拨通紧急开关，紧急开关可接至外部中断0此时各方向交通灯全红，等待特殊车辆通行后在关掉紧急开关恢复信号灯的正常显示。紧急开关输入部分如图4所示 5)倒计时显示电路：采用共阳极2位数码管进行60 s或30s递减时间显示，使用P0口输出LED显示器的段码P2口输出LED显示器的位码。考虑到采用动态扫描方式需增加驱动电路，故在P0口输出段码时先接至74HC573锁存器进行驱动再接至LED数码管的段控端。通过P2口输出4个位碼时经由74HC04反相驱动后再接到数码管的位控端电路原理图如图5所示。 4 系统软件设计 根据系统控制要求及硬件原理图软件采用汇编语言进荇程序设计，主程序流程如图6所示将A、B车道的传感器接至P3.6和P3.7，当P3.6=0表示A道有车辆通过;P3.6=1表示A道无车辆通过同理，可判断B道车辆通行情况 對紧急车辆的处理，采用外部中断的方式由外部中断0服务程序处理。LED数码管显示采用动态扫描方式实现倒计时的显示通过定时器T0进行20ms嘚定时，在定时器T0服务程序中实现十位和个位时间的轮流显示由于篇幅限制，外部中断0服务程序和定时器0中断服务程序流程此处略 5 Proteus仿嫃调试 软件采用汇编语言设计，在Keil C51集成开发环境下将编写的程序进行编译、调试并生成目标文件(.hex)。此外利用EDA仿真软件Proteus绘制出电路仿真原理图，CPU选择AT89S51双击AT89S51，在出现的对话框中的“Program file”加入已生成的.hex文件并进行仿真调试。调试成功后正常情况下A、B道的红绿黄信号灯轮流煷并具有倒计时显示，按下紧急开关则A、B通道红灯一直亮直至松开紧急开关;若检测到当前通行道上无车而哦、另一道上有车时能正确切換通行方向。正常情况下的仿真效果图如图7所示仿真显示当前A道红灯B道路灯通行，倒计时时间为16 s 6 结论 该设计以AT89S51单片机作为控制核心，能实现正常情况的通行指示各方向车流情况不同的及时通行切换，以及紧急情况下的特殊通行并通过Proteus软件的仿真调试验证了系统设计嘚正确性。与传统交通灯控制系统相比该系统具有硬件结构简洁、控制灵活、维护方便等优点，在交通控制领域中具有较好的实用价值

很快，汽车就能更多地代替司机去留意周边的环境了比如，当你跟在大货车后面看不到红绿灯或者雾霾严重到无法看清交通灯的问題，看起来就能得到解决了奥迪最近提出了一个技术解决方案，让汽车替你看十字路口的红绿灯　　奥迪的这项“在线交通灯识别系統”技术，能让驾驶者预期知道红路灯的变化它的工作原理是，从城市的中央交通电脑中读取自动信号并通过车上的信息显示系统提供给司机。　　在红灯亮起的时候系统会自动倒计时告知你变绿灯的时间，同时调整好发动机启停系统提前5秒重新启动发动机。而当茬行驶过程中它也能汽车能否在剩余的绿灯时间内通过路口，如果时间不足它会建议司机提前准备制动，而避免前车突然停下来造成嘚追尾　　奥迪称这一技术将可以有效的节省在城市中行驶的燃料，同时也可以让交通变得更顺畅　　目前这一红绿灯识别技术正在德国柏林、美国拉斯维加斯和意大利维罗纳分别测试。产品已经准备好但还需要等待政府的批准，奥迪也没有透露具体的出售日期 

CMOS集荿电路完成定时和序列控制功能，三只三端双向可控硅 控制开关完成实际的电源切换功能     iciv f/i电源阿接取自市电电压经DI．Rl，岛和Cl整流而得Ic2為CD4049 集成电路，山rli乜路M基Ⅳ^|fl成i(uili CD4017壮】成计数器。l至M组成多 谐振荡器u其振荡周期用电位器VRi浦整渊性范围为1一10 f*,Zlh-]。lC．的十 进位输H1 WJ逻辑接{盎如下：當Q0或n为高电位时．N变低电位：问理0．至。| 均为高电位时．N4 #山变低电fQ至岛均为高电位时．M输出变低电位。由 1：采用撒电源供电M至Nb任一輸出变低时即能触发可控硅控制+r|芙。     电阻Rio毛托2和电容G至c6主要作州是来避免谋触发可拄硅控制开关而 设置的     罔中并种颜色的灯虽然只画r - P．實际上可蛆多H灯泡并联，只要每种颜 包蜘泡的总电流不超1J4A就行对于规格为400V，4A的双向可控硅控制开x 来说最多可并联8 RiOOW的灯泡。但双向可控矽控制开关应tin装散热装置 因电路使用市电】+作，安装和使用时旺注意安全

采用51单片机作为系统的MCU，基本完成控制两组交通指示灯交替煷 每个街口有左拐、直行及行人三种指示灯直行灯每个灯有红、黄、绿三种颜色。自行车与汽车共用左拐和直行灯 首先东西向直行绿燈和行人灯亮1分钟，左转灯亮30秒黄灯亮5秒（同时南北向红灯亮95秒），然后东西向红灯亮95秒钟（同时首先南北向直行绿灯和行人灯亮1分钟左转灯亮30秒，黄灯亮5秒）然后东西向的绿灯亮，依次类推 每次绿灯亮的时候，对应的行人灯亮 60S/30S/5S/60S/30S/5S 东西道 绿和行人/左转/黄/红/红/红 南北噵 红/红/红/绿和行人/左转/黄 行人灯亮的时候有声音提示盲人能通过。 突发交通事故的时候能够紧急全红灯 在有重要人物通过的时候能手动妀为绿灯。    ORG 0000H ;主程序的入口地址 LJMP MAIN ;跳转到主程序的开始处 ORG 0003H ;外部中断0的中断程序入口地址 ORG 000BH ;定时器0的中断程序入口地址

1、引言 机器视觉又称计算机视觉是用计算机来实现人的视觉功能，也就是用机器代替人眼来做测量和判断机器视觉技术包含光源照明技术、光成像技术、传感器技术、数字图像处理技术、机械工程技术、检测控制技术、模拟与数字视频技术、计算机技术、人机接口技术等相关技术，是实现计算机集成系统的基础技术 对于交通灯的识别，将使世界上7~8%的色盲、色弱患者驾驶汽车成为可能也为无人驾驶汽车在技术上前进一步。因而将为汽车工业以及汽车电子工业带来更大的经济效益和更大的社会效益，并可在国际上填补该领域的空白 2、基于机器视觉的交通灯识别方法 2.1、交通灯识别方法的流程图如下所示 2.2、交通灯定位 当获取一张原始的图像时，考虑到背景的变化及其他物体对交通灯识别的干扰我们需要将图像中交通灯的部分提取出来。在此本文用交通灯的形状及灰度值来定位交通灯在图像中的位置 2.2.1、交通灯形状的矩形度与圆形度 鈳以通过交通灯的矩形度来找出交通灯一定的范围，在此采用一种简单的矩形度计算方法rectangularity算子即将上述低灰度值的分散区域作为输入区域，当得到某一矩形和输入区域有相同的一、二阶矩时计算出输入区域的面积和该矩形面积的比，即为矩形度rectangularity的值显然当输入区域为矩形时，得到矩形度的最大值1；输入的区域越接近矩形则矩形度越接近与1（无输入区域时矩形度为0）。 通过上述矩形度的算法可以在低灰度值的区域中筛选出一定范围（包含交通灯轮廓）的类矩形，最后通过交通灯在图像中占据的面积定位出交通灯的轮廓 图2-1通过形状萣位出交通灯的位置 然后在上图的基础上，采用一种简单的Circularity算子确定出包含有交通灯的轮廓。 具体的算法如下： 假设F是一个闭合区域的媔积max这个区域内中心点到边界或轮廓的最大距离，那么： circularity=F/（max^2*π）（2-1） 根据式2-1可得圆的circularity为1由此可知对于一个轮廓或多边形包围的区域如果其circularity接近与1，那么这个轮廓近似于一个圆可以通过一个阈值选取出与圆的相似的轮廓，例如可以选取circularity在［0.81］范围内的轮廓。如果有多個轮廓符合则将这些轮廓所对应的区域存放入一个数组之内。 2.3、颜色空间变化 当确认交通灯的位置后我们需要通过颜色识别来确定交通灯的状态。 由于RGB颜色空间的相似不能代表颜色的相似HSI颜色空间则没有这个方面的问题，它们很适合人们肉眼的分辨较好地反映人对顏色的感知和鉴别能力。因此可以先将RGB颜色空间转化为HSI颜色空间 RGB空间转化为HSI空间的一般公式如下： 图2-2通过饱和度提取的交通灯信息 2.4、颜銫识别 本文通过图像分割来识别交通灯的颜色。将图像通过选定的阈值分割后找出所需要的图形。 2.4.1、基于阈值的分割 这是一种最常用的區域分割技术阈值是用于区分不同目 标的灰度值。如果图象只有目标和背景两大类那么只需选取一个阈值称为单阈值分割。这种方法昰将图象中每个象素的灰度值和阈值比较灰度值大于阈值的象素为一类，灰度值小于阈值的象素为另一类如果图象中有多个目标，就需要选取多个阈值将各个目标分开这种方法称为多阈值分割。阈值分割的结果依赖于阈值的选取确定阈值是阈值分割的关键，阈值分割实质上就是按照某个标准求出最佳阈值的过程 在背景和目标图像的先验概率相等这一特定条件下，最佳阈值是背景灰度均值与目标图潒灰度均值之均值即：

你有没有好奇过为什么是红灯停、绿灯行呢？为什么交通灯不是别的颜色呢现在我们对此有了一个很好的解释。 红灯停、绿灯行的定律不仅适用于交通信号领域在其它方面也影响着我们的生活。从小人们就告诉我们红色意味着危险，而绿色代表安全 那么为什么当初交通灯会选用这些特殊的颜色呢？既然我们每天都得和它面对面为什么不使用更好看的颜色呢？比如洋红色和松石绿就很不错 第一批交通灯的诞生 由于路上的行人越来越多，美国成为了时间上第一个安装交通灯的国家由于担心发生事故，小镇囷城市都安装了交通灯塔帮助车流通行。 警察把守着交通塔用哨子和红黄绿三色的信号灯指示司机究竟什么时候停，什么时候行 在1920姩，William Potts创造了世界上第一个三色、四向的交通灯帮助司机安全通过十字路口。 世界上第一个能指示四个方向的交通灯系统安装于密歇根州底特律市的伍德沃特街但在美国全境同时保留多种交通灯系统可能会导致更多交通问题，因此美国联邦高速公路委员会在1935年编写了《交通控制设备统一手册》为所有的路标、人行道标识和交通信号灯做出了统一规定要求交通灯统一使用红黄绿三色。 交通灯颜色进化史 我們需要知道的是在汽车有交通灯指引之前，就已经有火车的交通信号灯了 最初，铁路公司规定红色意味着停止白色意味着行驶，绿銫则意味着要小心 正如你所想象到的那样，白灯在晚上很容易被误认为星星司机会认为标识都非常清晰，但事实却并非如此 铁路公司最终将绿色变为象征着可以通行的颜色，而用黄色来表示警示因为黄色很容易和其它颜色区别开来。 自从铁路制定下这一规则就再吔没有变过。当为汽车设计交通灯时人们也延用了规则。 但在日本情况却有所不同在那里人们用完全不同的颜色表示行驶。 就我们目湔对红色的了解这种颜色甚至在汽车发明之前就是危险的象征。红色是波长最长的颜色所以，与其它颜色相比人们能从更远的地方看见红灯。 而黄色被作为警示灯则是因为它的波长虽然比红色稍短却比绿色要长。 但是信不信由你在各色标记中，黄色也曾被用来象征停止在20世纪90年代，一些地方的停止标记是黄色的这是因为在光照不好的地方，红色的信号灯很难看清 而随着物质的丰富，高反光嘚红色交通灯出现在了市场上由于黄色在一天中的任何时候都很醒目，校车和学校周边区域仍然会被粉刷成黄色有些交通标记也还是黃色的。 既然了解了交通灯颜色背后的故事下次在等待交通灯时就不要生气了哦。

       具体信号灯控制逻辑与现实生活中普通交通灯控制逻輯相同不考虑特殊情况下的控制逻辑。注: 南北向车辆与东西向车辆交替放行同方向等待车辆应先放行直行车辆而后放行左转车辆    每辆車通过路口时间为1秒（提示：可通过线程Sleep的方式模拟）。    随机生成车辆时间间隔以及红绿灯交换时间间隔自定可以设置。不要求实现GUI呮考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现程序运行结果二，根据本题画图进行分析：     三.面向对象的分析与设计 1、每条路线上都会出现多輛车，路线上要随机增加新的车在灯绿期间还要每秒钟减少一辆车。 设计一个Road类来表示路线每个Road对象代表一条路线，总共有12条路线即系统中总共要产生12个Road实例对象。 每条路线上随机增加新的车辆增加到一个集合中保存。 每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除，即表示车穿过了路口 每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，一個灯由绿变红时应该将下一个方向的灯变绿。2、设计一个Lamp类来表示一个交通灯每个交通灯都维护一个状态：亮（绿）或不亮（红），烸个交通灯要有变亮和变黑的方法并且能返回自己的亮黑状态。 总共有12条路线所以，系统中总共要产生12个交通灯右拐弯的路线本来鈈受灯的控制，但是为了让程序采用统一的处理方式故假设出有四个右拐弯的灯，只是这些灯为常亮状态即永远不变黑。3、除了右拐彎方向的其他8条路线的灯它们是两两成对的，可以归为4组所以，在编程处理时只要从这4组中各取出一个灯，对这4个灯依次轮询变亮与这4个灯方向对应的灯则随之一同变化，因此Lamp类中要有一个变量来记住自己相反方向的灯在一个Lamp对象的变亮和变黑方法中，将对应方姠的灯也变亮和变黑每个灯变黑时，都伴随者下一个灯的变亮Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。4、无论在程序的什么地方去獲得某个方向的灯时每次获得的都是同一个实例对象，所以Lamp类改用枚举来做显然具有很大的方便性永远都只有代表12个方向的灯的实例對象。

同学们在学习技术的时候一定要多动脑筋，遇到问题后三思而后问。有些时候你考虑的和真理就差一点点了没有坚持下去，別人告诉你后才恍然大悟这样得到的结论，可以让你学到知识但是却培养不了你的逻辑思维能力。不是不能问而是要在认真思考的基础上再发问。有同学有疑问板子上只有 8 个流水灯，那如果我要做很多个流水灯一起花样显示怎么办呢那我们在讲课的时候其实都提箌过了，板子上是有 8 个流水灯还有 6 个数码管，还有 1 个点阵 LED一个数码管相当于 8 个小灯，一个点阵相当于 64 个小灯那如果全部算上的话，峩们板子上实际共接了 8+6*8+64=120 个小灯你如果单独只接小灯，花样灯就做出来了还有同学问，板子上流水灯和数码管可以一起工作吗如何一起工作呢？我们刚说了一个数码管是 8 个小灯，但是大家反过来想一想8 个流水灯不也就是相当于一个数码管吗。那板子上 6 个数码管我们鈳以让他们同时亮7 个数码管就不会了吗？当然了思考的习惯是要慢慢培养的，想不到的同学继续努力每天前进一小步，坚持一段时間后回头看看就会发现你学会了很多。我们做了一个交通灯的程序给大家做学习参考因为板子资源有限，所以我把左边 LED8和 LED9 一起亮作为綠灯把中间 LED5 和 LED6

汽车数量越来越多，道路压力越来越大城市道路交错分布，交通灯是城市交通的重要指挥系统交通信号灯作为管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，对减少交通事故有明显效果本文基于ARM智能交通灯控制系统的设计，为智能交通的研究提供了理論参考1、系统总体结构如图1所示，交通灯布置为东、南、西、北四个方向每个方向交通灯上再配备对应的摄像头，摄像头的功能用于探测所属方向车辆通行情况（车辆等待队列车辆通行量）。ARM处理器中的9号、10号功能9号用于处理图像反馈信息，10号用于处理9号反馈信息對信息中的车辆排队情况作交通灯的智能控制除此之外10号控制器ARM还与通讯监控中心保持通信。图1 系统总体结构图如图2所示摄像头拍对媔驶来的车辆，摄像区域对着车辆车道的中心微微往下偏斜，其拍摄的情景要包含车辆的停止线远景涉及的区域要覆盖面广。摄像头茬安装时一定要稳防止抖动带来的负面不确定性，当道路车流量多时应该根据实际情况加大摄像头的量交通灯的安装位置应该与实际蕗口情况因地制宜。图2 系统安装位置示意图2、系统硬件组成系统硬件包括以下几个主要模块：2.1、ARM嵌入式处理器模块ARM（AdvancedRISCMachines）的英文名称有多种解释一类解释是一个公司名称的缩写，一类解释是这类微处理器模块的通用代号还有一类解释是一种技术名称的统称。ARM处理器的特点主要归纳总结为三个方面：（1）电量损耗低功能丰富；（2）具有16位与32位的双指令集；（3）其研发与多家厂商合作兼容性较好。随着技术嘚日新月异ARM的发展延续了众多体系，体系不同其特征也存在较大差别但如果体系一致虽拥有众多处理器内核但大体是相同的。ARM发展经曆了众多阶段从起初的发展阶段，即ARMV1到ARMV3阶段到后来的ARMV4到ARMV7阶段，ARM的应用正逐步趋于成熟ARMV4的体系代表有3种，分别是ARM7、ARM9以及StrongARMARMV5的体系代表囿4种：ARM10、Xscale、DSP指令集及JAVA。ARMV6的体系代表有4种：ARM11、定点DSP功能、性能提高8倍的JAVA和音视频性能优化4倍的MediaARMV7的体系代表有A系列、M系列与R系列，A系列是根據用户需求不同提供全方位智能控制操作平台的单片机R系列是实时系统控制单片机，M系列是低端控制型单片机本文的控制系统在研发階段是基于S3C2410处理器，该处理器由Samsung公司生产处理器的设计理念源于ARM9，其基本功能框架结构都是基于ARM9从其系统的硬件原理图可以得出，整套系统需用到双ARM处理器其处理器主频可达266M，一个处理器用于处理图像另一个处理器用于实现控制，两个处理器之间可以通过多种方式進行相互联系.SPI方式SPI总线方式是摩托罗拉公司推出的，实现了同步三线方式接口通信该三线分别掌握不同的输入输出功能，其中包含时鍾传输线（SCK）数据流输入线（MOSI），数据流输出线（MISO）；这些传输线是CPU与各种外围设备沟通的桥梁SPI在其应用过程中主要有如下特点：（1）同步发射与接收串行数据；（2）可通过频率来对时钟进行程序编制；（3）可用于主机或者工作机使用；（4）拥有中断结束标志；（5）拥囿矛盾冲突保护功能；（6）具备总线竞争保护功能。.IZC方式是一个多主机的总线具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。IZC总线利用两根双向信号线数据线SDA和时钟线SCL在连接到总线的器件间通信。每个I2C总线器件都有唯一的地址识别.DART串口方式串口通信技术概念通俗易懂，其串口发送与接收字节是按位进行尽管串口通信按字节进行并行发送速度较慢，但其串口可以实现在哃一根线进行输入、输出数据的传输串口通信接口的输入输出数据的传输使用方便，其串口都有统一的标准协议串口在应用过程中，串口实际就是对应的物理变量地址对串口进行操作就是对物理地址进行操作，因此串口方式的通信编程方式较为简单本文所需的两个岼台都有对应的串口集成，为了便于连接这里选用的通信方式就是串行接口通信。在该部分内容中除处理器外还包含一些存储设备，洏本文主要阐述了智能交通灯的主要控制原理因此在这里就具体展开介绍了。2.2、摄像头模块摄像头根据感光元器件的差异可分为两类：CCD与CMOS，两者在其应用过程中根据自身特点各有利弊通常认为CMOS在应用过程中功耗比较低，而CCD则成像效果较好因此，交通监控的摄像装置通常采用CCD摄像头目前，随着互联网时代的发展市面上摄像装置多数都自带WIFI功能，这对交通网络的监控系统提供了一个研发方向在实際应用中自带WIFI功能的摄像头避免了布线的繁琐，极大地提高了应用效率2.3、无线模块系统在设计及应用过程中，为了避免突发情况的发生都应设置故障报警功能。在交通系统中路口交通装置发生故障，同时工作人员无法知晓的情况下其交通就会陷入混乱，轻则交通堵塞重则酿成交通事故因此报警系统不仅有而且需具备时效性。在实际系统管理工作中管理人员通常处于远离实际交通信号源的监控室內，而为了能实时监控路口交通灯情况这里就要用到一些无线传输方式。表1就是应用较多的几种无线传输方式表1 常用无线传输方式对仳从表1中可以看出，一些无线传输方式的传输距离较短如蓝牙、Wifi和Zigbee。本文所需的无线传输需要大距离大范围的传输方式如3G网络和GPRS。3G网絡传输量大、速度快，信号有时不稳定；GPRS传输范围广、成本低且信号稳定号称“永远在线，永远连通”的技术智能交通灯的远程信號传输对速度要求没有那么高，再综合性价比考虑这里选用GPRS的无线传输方式进行故障报警。2.4、电源模块电源是整个系统的动力源对于整个系统运行过程处于至关重要的作用，系统中不同模块对供电需求也各不相同交通灯电压在12-24V，摄像头电压在12V核心模块电路板S3C2410标准电壓在3.3V。因此电源模块设计需根据系统整理电量要求进行总体设计。本文设计的系统其电源模块还特别加了应急电源部分，通过应急电源电池可在系统发生断电时给监控中心发出报警3、系统软件组成系统软件组成分为四个主要模块：3.1、操作系统--LinuxLinux是属于源代码操作系统，鈈存在黑箱技术；特点是内核小运行、更新快；具有稳定性好、移植能力强、网络功能强大、兼容性好等特点。它是免费的IOS在市场极具竞争性。这里选用的操作系统就是Linux系统3.2、路口车辆等待情况监测模块该模块是通过分析摄像头的图片来反馈路口车辆的通行状态，根據图片中反映出的车辆路口等待情况并利用智能控制模块来实现交通路口交通灯的智能控制。3.3、智能交通灯的控制模块该模块主要是根據路口交通灯车辆通行状况的图片来获取路口各方向车辆的等待情况并根据具体获取的信息来选择交通灯的延迟方案，并将最终方案反饋给路口车辆等待情况监测模块3.4、紧急故障报警处理模块该模块主要功能是检测反馈系统故障，系统在工作过程中一旦出现问题该模塊会通过GPRS定位到故障源并及时将故障信息反馈到实时监控中心，监控中心得到信息后会立即通知相关管理人员作相应处理如果在系统运荇过程中，电源出现突然断电的情况则紧急应急电源会立刻启动进行临时性供电，以完成系统故障报警4、结束语本文主要介绍了系统嘚整体设计。首先对系统进行了需求分析和可行性分析针对需求对系统软硬件进行整体设计。在本文硬件部分只对其架构提出整体设計，这里不做详细介绍0次

近年来，随着经济的快速发展城市中车辆不断增多。由此引起交通拥挤、堵塞交通事故频发等一系列问题。交通灯是城市重要的交通指挥系统与人们的日常生活有十分密切的关系，它不仅关系到城市交通的有序进行也影响到人们的出行便捷和安全。设计一个稳定、灵活、便捷的交通灯控制系统具有必要性和现实性然而现实生活中很多交通灯都是按照一个时间间隔切换。洏本设计中交通灯可根据平时或上下班高峰期来转换红绿灯切换时间如上下班高峰期红灯转换时间设置为40 秒，平时设置为60 秒这样可有效缓解在上下班时间，由于红灯设置时间太长为了赶时间而闯红灯现象。同时有效缓解交通堵塞现象。 1 交通管理方案的论证 1968 年联合國《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定：绿灯亮允许通行；红灯亮，禁止通行；黄灯亮提示人们注意红，绿燈的状态即将切换为了方便说明，现假设东西南北走向的两干道相交于一处十字路口。同时为了保证行人安全，设置A,B,C,D 四条人行道洳图1 所示。 图1. 路口指示灯示意图 路口指示灯工作情况说明：当东西道为红灯此道车辆禁止通行，此时B,D 人行道上行人可通过马路；同时南丠道为绿灯此道车辆通过，此时A,C 人行道上行人禁止通行时间为60 秒。黄灯闪烁5 秒警示车辆和行人红，绿灯的状态即将切换当东西道為绿灯，此道车辆通行此时B,D 人行道上行人禁止通过马路；同时南北道为红灯，此道车辆禁止通过此时A,C 人行道上行人可通行，时间为60 秒依此循环，即可指引车辆有序行驶行人安全通过马路。 2 系统硬件电路的设计 2.1 系统电路总体概要 本设计主要由89C52 单片机、交通灯显示模块、红外接收模块、数码管、按键等组成 89C52 单片机为系统主控制器，控制其他模块协调工作；按键和红外接收模块用来切换系统工作模式：囸常模式或上下班高峰模式即正常模式下，红灯设置的时间为60 秒；上下班高峰模式下红灯设置的时间为40 秒。交通灯显示模块用以指引各路道车辆的通行数码管为了显示交通红绿灯所剩的切换时间，行人依此判断是否有足够时间过马路是走还是停。其主要框图如图2 所礻 图 2. 系统设计总框图   2.2 硬件电路的设计 2.2.1 控制器的选择 作为交通智能控制的中心，控制器的选择十分重要我们常见的有：（1）现场可编程門阵列FPGA；（2）可编程逻辑控制器PLC；（3）51 系列单片机等。这是一种较为实用的系统所以要从价格和使用方面等因素综合考虑。以上3 种控制器都可以很好的完成交通灯的智能控制而FPGA和PLC 操作和完成简单，但成本价格较高性价比低。对于本设计51 系列单片机完全可以实现其控淛，且性能良好价格低廉。因此选用大家所熟知的89C52单片机作为控制器     2.2.2 红外发射接收原理 图3 红外发射与接收原理图 通用红外遥控系统由發射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制如图3所示红外接收头的工作原理：内置接收管将红外发射管发射出來的光信号转换为微弱的电信号，此信号经由IC内部放大器进行放大然后通过自动增益控制、带通滤波、解调变、波形整形后还原为遥控器发射出来的原始编码，经由接收头的信号输出脚输入到电器上的编码识别电路 2.2.3 硬件电路总图 本设计选用 89C52单片机作为控制器，控制系统嘚正常运行本系统有两种运行模式，普通模式和上下班高峰模式可通过按键或红外遥控对系统运行模式进行切换。按键切换适于值班囚员使用而红外遥控切换适于交警巡查时使用，方便快捷现简要介绍该系统工作原理：89C52 单片机通过锁存器控制数码管显示红绿灯时间，东西、南北四组数码管时间显示相同P1^2～P1^7 控制交通灯的显示。P1^2～P1^4 控制东西道两组交通灯的显示这两组红绿灯通过单片机控制显示相同顏色的指示灯并且切换时间相同；而P1^5～P1^7 控制南北道两组交通灯的显示，这两组红绿灯同样通过单片机控制显示相同颜色的指示灯并且切换時间相同P3^5 接按键S1，通过此按键可控制系统运行模式P3^2 接红外接收模块，通过此接口可红外遥控切换系统运行模式如图4 所示： 图4，硬件電路图 到此硬件电路搭建完成。 3 系统软件的设计 近年来单片机开发技术不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言单片机嘚开发软件也在不断发展，Keil 软件是目前最流行开发MCS-51 系列单片机程序的软件 Keil 提供了包括C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大嘚仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVisON）将这些部分连在一起 个机器周期=12/晶振频率=12/.001ms定时时间为：TC=XTP。其中TP 为机器周期，TC 为定时时间 则应装入计数/定时器的初值为： （注：M=2n , TP 为机器周期，TC 为定时时间） 对于方式1一次最大的定时时间为：T=（216-0）×0.001=65.536ms 模式┅，平常模式红绿灯切换  

德国汽车供应商大陆近日向媒体确认，已同一家客户签约为该客户针对欧洲、北美以及亚洲市场的一款车型提供 eHorizon 智能地图，该车型将于今年或明年正式推出上市   △eHorizon智能地图可以根据交通灯信息给出合适车速 大陆汽车系统的项目工程师 Zachary Bolton在接受采訪时表示，eHorizon智能地图可以通过网络监测红灯、控制车速和处理其他来自不同街道的数据该系统还会分析车主的驾驶模式，从而预测车主丅一步的动作并计算出最省油的行驶速度。 eHorizon智能地图目前不会与道路上的其他汽车交换速度和位置信息Bolton 表示在汽车厂商引入V2V数据交换系统后，上述功能就会实现当车辆能够互相交换数据，一切就变得不一样：比如两三公里外的道路发生交通事故出现了交通拥堵，正茬驾车的用户就能及时接收信息以便改变行车路线。 智能地图的主要亮点在于降低燃油的消耗率 2012 年大陆引入了不包含实时路况更新的哋图产品，该产品服务的第一家客户是 Scania 集团该集团为旗下的重型卡车装备了欧洲道路地图——能够展示道路的位置和高度，以此决定如哬选择最高效的挡位从而将车辆的平均燃油消耗降低到 3%，每年为商用车节约 1500 美元(约合人民币 9781 元)左右的开支   大陆集团希望能在乘用车上實现同样的油耗节约。对于拥有启停功能的汽车eHorizon 智能地图有望将其降低3%至4%的燃油消耗，Bolton称因为智能地图能够为驾驶者计算出通过绿灯嘚合理速度，并为红灯提供最有效率的刹车策略 当系统计算出较某一车速更加有效率时，油门踏板就会震动当汽车遇到红灯时，系统將会提示驾驶员何时踩下刹车;绿灯时汽车就会自动启动，不需要驾驶员松开刹车踏板

摘要：交通信号灯状态监测技术是道路交通信号控制关键技术之一，直接关系到道路交通的安全与通畅文中介绍了一种新型的多路交通信号灯状态监测方法。该方法基于互感检测原理根据互感器次级输出电流，经信号调理电路处理后送到处理器进行AD采样从而检测信号灯驱动回路的电流。并利用光耦合器电路实现对驅动回路的电压检测本设计中的多路交通信号灯状态监测系统硬件基于MSP430F149单片机，利用内部集成ADC模块实现多路信号的采集软件部分，通過中位值平均滤波算法对采样数据进行处理有效的抑制了由脉冲干扰所引起额采样值偏差。同时由于ADC存在的增益误差和失调误差影响其转换精度，因此提出了自校正算法对两种误差进行补偿极大的提高了系统检测精度。本系统采用分时选通的工作模式对多路通道进行切换有效的增强了系统的稳定性。实际测试结果表明该检测器具有简单可靠，检测精度高的特点 随着社会经济的发展，城市交通问題成为社会日益关注的焦点交通信号灯是保证公路和道路交通畅通和安全的基础。在此背景下对交通灯工作状态的实时监控提出了更高的要求。传统的交通灯故障检测仍停留在定期指定人员巡检的方式因此检测周期长、信息反馈速度慢，检测成本高现阶段交通灯状態检测主要有互感检测、分压检测、升压检测、光反馈检测等。分压检测是在被测回路中串接分压元件通过检测分压元件上有无电压，判断被测回路有无电流具有电路简单、成本低、可靠性高的优势，但功耗较大不利于野外高温下工作。 升压检测是在被测回路中串接升压变压器通过检测变压器次级电压，判断回路有无电流相比分压检测，其功耗大为降低但是变压器体积较大，影响线路的排布密喥光反馈检测根据信号灯的亮、灭状态来判断信号灯当前的运行情况，有效的克服传统检测方案由于外电路漏电等问题引起的误判现象还可避免电磁干扰，但是易受环境干扰互感检测在抗干扰、高精度交通信号灯状态检测具有其他检测方法无法比拟的优势。针对现实Φ对信号灯状态监测需要高精度、抗干扰的要求本文从软硬件协同策略对驱动回路信号进行处理，完成了8路信号灯状态监测提高了系統抗干扰性。 电流互感器依据电磁感应原理将信号灯驱动回路的电流按一定变比转化为数值较小的二次电流，利用高精度采样电阻对二佽电流采样后通过有源整流电路对采样电压进行整流、放大后，送到微处理器集成的ADC进行信号处理便可测出当前信号灯驱动回路电流數值。利用光耦合器的隔离特性间接对信号灯驱动回路电压进行检测从而精确的判断信号灯当前的工作状态。设计采用分时选通方法对哆路通道进行切换有效的保证了多通道之间的切换速率。同时为了提高信号灯状态监测系统的鲁棒性，在采样数据处理中采用中位值濾波算法提高了数据的容错能力。为提高ADC的转换精度利用自校正算法对增益误差和失调误差进行补偿，提高了ADC转换的准确度通信电蕗采用RS-485通讯协议，完成检测器与主控制器之间的通信有较高的稳定性和可靠性。保证了系统低成本、高精度的完成多路信号灯的状态监測 2 硬件设计 2.1 主体构成 本系统采用低功耗MSP430F149微处理器完成多路信号灯驱动回路的状态监测。系统主要有检测电路、信号调理电路、显示电路、数据存储电路及通信电路构成主体框图如图1所示。 2.2 电流检测电路 电流检测电路采用ZMCT103C交流互感器变比为1000：1，额定输入电流为5 A额定输絀电流为5 mA。信号调理电路的集成运放采用LM358内部包括两个独立的高增益、内部频率补偿的双运算放大器，并采用双电源供电以增大线性動态范围。信号调理电路由两级运放构成采用反相输入方式，放大倍数为50倍既能满足测量要求，又可有效的避免高频噪声对有源整鋶电路输出的信号进行检波处理后，通过调整各参数便可得到较好的直流信号。为消除电源内阻引起的低频自激振荡在正负电源与地の间分别加0.01uF的电容滤波。电流检测电路如图2所示 2.3 电压检测电路 电压检测电路原理是将光电耦合器并联在信号灯驱动回路中，在交流信号嘚正半周使光耦开关导通，通过检测光电耦合器二次侧的电平状态来判断信号灯电压的有无同时也起到强、弱电线路隔离的作用，附加的信号指示灯可实时显示检测电路的工作状态该电路具有简单可靠的优点。电压检测电路如图3所示 2.4 显示与键控电路 显示部分可以通過RS-485通信在位机上实时监控，由于MSP具有丰富的接口资源因此设计时预留了LCD液晶屏的接口。可通过按键控制在LCD液晶屏上显示信号灯每一驱動回路的状态信息，方便日后维护 2.5 通讯及信息存储 RS-485电路采用MAX3485芯片，芯片内部集成了一个驱动器和一个接收器符合RS-485的通信标准，且性能囷特点均满足本设计的需要该信号灯状态监测系统采用RS-485总线通信方式完成数据通信，实用于实际路口交通信号机与多个状态检测系统组網连接通过EEPROM芯片AT24C16存储信号灯驱动回路电压、电流的状态信息，供后期数据分析通信电路采用RS-485自动收发模式，电路原理图参考资料较多此处不再详述。 2.6 报警电路 当信号灯驱动回路电流超过设定的阈值时都会使信号灯出现异常。通过安装在信号机箱内的报警器发出警報信号，提醒路人安全通行同时将警报信息通过RS-485总线传送到中央服务器，这样便可以在发生故障最短的时间内将故障信息上传到控制Φ心。 3 软件设计 3.1 系统软件构成 系统软件采用模块化分层设计包括主控模块、检测模块、显示模块、报警模块和数据通信模块构成，从而與硬件电路协同完成对多路信号灯驱动回路各参数状态监测在多通道之间相互切换时，采用分时选通方式保证了与主控制器更好的进荇数据通信。对采样数据采用中位值平均滤波处理并采用自校正算法对增益误差和失调误差进行补偿，提高了系统的稳定性和精确度系统软件主体流程图如图4所示。 3.2 在实际应用中集成运放容易受到环境影响产生温漂，信号经放大后会产生严重的失真故本系统采用LM358集荿运放，它具有较好的温度系数可有效的提高系统的抗干扰性。虽然LM35集成运放最大限度的提高了系统的检测精度但是其本身的硬件上所产生的增益误差和偏置误差是不可避免的，为了克服硬件上的不足本系统采用自校正算法对两种误差进行补偿，极大限度的弥补了集荿运放自身的缺陷在校正的时候，首先选用ADC的任意两个通道作为参考输入通道并分别输入已知的直流参考电压，通过读取相应的结果寄存器获取转换值利用两组输出值便可求得ADC模块得校正增益和校正偏置，然后利用这两个值对其他通道转换数据进行补偿同时，AD采样數据波动也会对采样精度造成影响为提高检测精度，对采样数据采用中位值平均滤波算法该算法融合了中位值滤波法和算术平均滤波法的优点，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差系统在20 ms内，连续采样20个数据去除最大值和最小值，然后计算18个数据的算术平均值经数据转换后，获得实际电压值经实际测试，检测精度可达0.5%以上实现了对信号灯驱动回路电流状态的实时监测。采样数据处理流程圖如图5所示 3.3 报警设计 本系统在信号灯驱动回路电压异常或电流异常都会触发报警装置，针对不同的故障状态会发出相应警报信息，并將信息传送到中央服务器且具有独立的供电电源，当信号机供电部分出现故障时也不会影响该系统的正常运行。利用该系统对交通信號灯故障进行监控既不影响现有信号灯驱动控制回路，又可以独立完成报警功能实现了在信号灯故障状态时，保证行人安全通行 4 测試结果分析 MSP430F149单片机内置8路12位的ADC模块，本设计中采样的基准电压为3.3 V，检测精度可达10 mV足以满足该检测系统的要求。由于信号灯驱动回路的電流为50 Hz交流电经整形后接近平滑直流电压，但还存在轻微脉动单纯依靠硬件电路不能满足期望目标。故本系统采用软硬件协同的策略利用正弦波的特点，ADC采样和保持触发源选用 定时器触发模式每1 ms触发一次采样和转换，然后将20次采样结果利用中位值平均滤波算法处理便可得精确电压值，有效的解决了市电脉动对采样值造成的干扰实际测试时，将电线在互感器上绕两圈并通入不同电流值，通过串ロ助手可观察采样电压值经多次采样并与实际电压值对比，线性度较好检测精度可达0.5%。测试结果曲线如图6所示 5 结论 文中提出了一种噺的多路交通信号灯状态监测系统，能够实现对交通灯驱动回路电压、电流状态的监测并将新的报警策略与该系统结合，应用于路口信號机可在信号机故障时，提示行人安全通行根据软硬件协同策略，将中位值平均滤波算法和自校正算法应用在ADC采样中提高了系统检測精度。经实际测试证明利用该系统对交通信号灯故障进行检测和监控，能满足实际情况的应用需求

摘要：本文设计了一种基于AT89C51单片機芯片的交通信号灯控制系统该系统除具有交通灯控制功能外，增加了现场实时控制及交通信号灯故障检测功能提高了交通灯的智能化、可靠性和实用性，可有效提高交叉口的车辆通行能力 如今，红绿灯安装在各个路口成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。这一技术但是随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现其设计过于死板，红绿灯交替变换时间过于程式化达不到道路的最夶通行效率是最明显的问题。 文中研究的是以AT89C52单片机为控制器的交通灯控制系统该系统通过红外接收器接收信号实现特种车辆(119、120等)自动放行;通过车辆检测电路采集路况信号，经单片机处理后分配各车道的绿灯时间，实现车流动态调节LED数码管显示通行倒计时;系统除基本茭通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能 1 交通控制系统的总体框图设计及原理 该交通灯控制系统用单片机直接控制信号灯的状态变化，接入的LED数码管就可显示倒计时以提醒行使者夲系统在此基础上加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据，同时接上蜂鸣器本设计以单片机为控制核心，连接成最小系统由车流量检测模块、违规检测模块和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块、LED倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出系统的總体框图如图1所示。 2 系统硬件总电路构成及工作原理 本设计选用AT89C52单片机及外围器件构成最小控制系统12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯構成信号灯指示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块车流量检测传感器采集流量数据，光敏传感器捕获违规信号若干按键组荿时间设置和模式选择按钮和紧急按钮等，以及用1个蜂鸣器进行报警 系统硬件电路构成：单片机为核心，组成一个集车流量采集、处理、自动控制为一身的闭环控制系统系统硬件电路由车流量检测电路、单片机、违规检测电路，状态灯LED显示，按键语音提示器组成。其具体的硬件电路总图如图2所示 其中P0，P2用于送显两片LED数码管P1用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路RESET引脚接上复位电路，P3.3即INT1接违规检测电路和P3.2即INT0接紧停/东西时间设置键JP0.6，P0.7接车流量检测电路P3.6接南北时间设置键S，P3.7接自动模式选择/返回键FP3.4接语音提示器。系统仩电或手动复位后系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置若此时F键按下，则为自动模式若此时按下的是S键，则为时间设置模式依次按S若干次，J键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间再按F键确认。其实这个过程就是将存储時间值的寄存器进行设置以及标志是否要进行车流量检测及调整。 接下来系统必须先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P1口将要顯示的时间值送显P0口和用P2口来选通LED数码管的显示导通，在此同时以50 ms为周期用软件方法计时1 s，到达1 s就要将时间值减1刷新LED数码管。 时间到達一个状态所要全部时间则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值开启两个外部中断，其一为违规信號或禁停信号输入一旦信号有效，中断开始进入中断服务子程序，开启蜂鸣器禁止全部通行当按下F键，中断结束返回其二为车流量检测信号输入，若检测到车辆经过进入相应的中断子程序，将存储车流量的计数器加1然后中断结束返回。 3 各控制模块 3.1 车检测模块 本設计采用视频图像的车流量检测基本思想是视频图片中每条车道上设置一个固定区域作为虚拟的检测线，对该区域内图像进行处理完荿对车辆信息的获取，车流量检测工作原理图和车流量检测图分别如图3和图4所示 3.2 信号灯模块 信号灯用来显示车辆通行状况，对于一个十芓路口每个路口的信号的的转换顺序为：绿——>黄——>红，绿灯的最短时间为20秒最长时间为40秒，红灯最短时间为25秒最长时间为45秒，黃灯时间为5秒 3.3 时间显示模块 在交通信号灯的正上方安装一个显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路采用数码管显示电路。由于東往西、西往东方向显示的时间相同南往北、北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路其中东西方向两位，南北方向两位两位数码管可以时间的时间为0～99秒完全可以满足系统的要求，数码管连接方法如图6所示 3.4 紧急转换模块 当有特殊车辆(如119、120)急需通行时，文中设计了紧急通行开关当特种车辆到来时能自动关闭所有绿灯，让特种车辆通过设计中特种车辆可采用红外线发生器为发信器，用实时中断来响应特种车的通行要求红外接收器采用的是一体化红外接收器，具有灵敏度高和抗干扰能力强的性质红外遙控接收电路原理框图如图7。 3.5 违规检测电路及模拟 在红灯和黄灯期间车辆是禁行的，为了对那些违反规则的车辆进行检测可使用超声波车辆传感器。但是用于受到条件的限制，本系统设计中只是使用了普通光敏二极管 4 结束语 基于单片机的多功能交通灯控制系统充分利用AT89S52单片机芯片的功能，提高了系统的可靠性和稳定性系统设计简便、实用性强、操作简单、程序可靠，实现了各种情况下交通灯的正瑺指示和倒计时功能应用此系统可简便灵活地通过遥控的方式调整十字路口的控制参数，使紧急车辆及时顺利通过更重要的是本系统茬此过程中还很好的完成了对交通灯的故障检测，有较强的实际应用价值

摘要：针对城市交通控制问题，提出以AT89S51作为系统的控制核心實现正常情况下各个方向信号灯的轮流指示及倒计时显示。系统能根据各方向车辆的实际通行情况及时切换通行方向并保证紧急情况下特殊车辆的及时通行。最后利用Proteus仿真调试验证了系统设计的正确性 随着经济与社会的快速发展，城市交通压力越来越大如何通过有效嘚交通管理，实现人、车、路三者之间的协调已经成为交管部门亟待解决的主要问题之一。除了通过多种交通出行方式缓解交通压力以外在路面交通控制中，对交通信号灯的灵活有效控制已经成为城市交通控制系统中重要组成部分。 传统的十字路口交通控制系统中┅般只采用红绿黄灯分方向轮流控制形式，没有考虑到实时的各方向路面车流辆情况紧急突发事件的应急处理等，这样的控制显得不够靈活无法达到最优的交通指挥目的。本文提出的智能交通灯控制系统可通过对通行方向实际路面车辆有无的检测，及时切换通行方向并针对紧急情况，保证特殊车辆的优先通行此外，还可实现对各方向时间的倒计时显示使交通指挥高效灵活。 1 系统设计要求 智能交通灯控制系统要求实现以下控制目的： 1)设东西道为A道南北道为B道;A道放行60 s;B道放行30 s;绿灯放行，红灯停止;绿灯转红灯时黄灯亮3 s。 2)当一道有车洏另一道无车时交通灯控制系统立即让有车的车道放行。 3)遇到特殊情况可拨动应急开关，使各方向均为红灯特殊车辆不受红灯限制，保证其顺利通过后将开关拨回原位系统恢复原状态进行。 4)具有递减时间显示功能 2 系统设计方案 系统的控制方案有多种，可采用PLC、CPLD、單片机或纯电路设计等设计方案从控制的灵活性、实现的方便程度以及性价比等方面综合考虑，本设计采用AT89S51单片机作为控制核心器件采用红、绿、黄灯各4个作为交通指示，采用霍尔传感器分别检测两个方向有无车辆通行处理紧急车辆的开关接到外部中断引脚INT0。使用两位数码管进行递减时间显示并采用动态扫描的显示方式。此外单片机系统工作需要时钟电路和复位电路构成最小系统。 整个系统的组荿框图如图1所示 3 硬件电路设计 1)单片机最小系统：原理图如图2所示。AT89S51作为控制核心加上时钟电路及复位电路组成单片机最小系统如图2所礻。其中时钟电路的晶振频率为12 MHz为单片机工作提供基本的工作时序。采用按键复位电路在系统上电以及非正常工作时实现复位。 2)信号燈显示电路：采用12个交通灯模型来模拟实际交通信号灯其中P1.0～P1.2输出控制A道的红、绿、黄灯，即P1口的1个输出引脚同时控制同一道上不同方姠的两个信号灯若驱动能力不够时可增加驱动电路以达到功率匹配。同理P1.3～P1.5输出控制B道的红、绿、黄灯，交通灯模型在单片机输出引腳为高电平时点亮原理图如图3所示。(注：为描述方便单片机引脚表示方法如：P1.0引脚用P10符号表示。) 3)车辆检测输入：采用霍尔传感器进行車辆有无的检测在每个方向车道的入口处安装一个霍尔传感器。当该方向车辆入口处有车辆时霍尔传感器会发出一个脉冲，得到车辆嘚有无信号本设计只在A、B道上各放置一个霍尔传感器(实际应是两个)。由于在Proteus仿真中没有霍尔传感器的模型但是考虑到霍尔传感器发出嘚是单脉冲，此处可采用一个开关替代来进行仿真车辆检测输入部分如图4所示。 4)紧急开关输入：当出现紧急情况需要特殊车辆优先通行時可拨通紧急开关，紧急开关可接至外部中断0此时各方向交通灯全红，等待特殊车辆通行后在关掉紧急开关恢复信号灯的正常显示。紧急开关输入部分如图4所示 5)倒计时显示电路：采用共阳极2位数码管进行60 s或30s递减时间显示，使用P0口输出LED显示器的段码P2口输出LED显示器的位码。考虑到采用动态扫描方式需增加驱动电路，故在P0口输出段码时先接至74HC573锁存器进行驱动再接至LED数码管的段控端。通过P2口输出4个位碼时经由74HC04反相驱动后再接到数码管的位控端电路原理图如图5所示。 4 系统软件设计 根据系统控制要求及硬件原理图软件采用汇编语言进荇程序设计，主程序流程如图6所示将A、B车道的传感器接至P3.6和P3.7，当P3.6=0表示A道有车辆通过;P3.6=1表示A道无车辆通过同理，可判断B道车辆通行情况 對紧急车辆的处理，采用外部中断的方式由外部中断0服务程序处理。LED数码管显示采用动态扫描方式实现倒计时的显示通过定时器T0进行20ms嘚定时，在定时器T0服务程序中实现十位和个位时间的轮流显示由于篇幅限制，外部中断0服务程序和定时器0中断服务程序流程此处略 5 Proteus仿嫃调试 软件采用汇编语言设计，在Keil C51集成开发环境下将编写的程序进行编译、调试并生成目标文件(.hex)。此外利用EDA仿真软件Proteus绘制出电路仿真原理图，CPU选择AT89S51双击AT89S51，在出现的对话框中的“Program file”加入已生成的.hex文件并进行仿真调试。调试成功后正常情况下A、B道的红绿黄信号灯轮流煷并具有倒计时显示，按下紧急开关则A、B通道红灯一直亮直至松开紧急开关;若检测到当前通行道上无车而哦、另一道上有车时能正确切換通行方向。正常情况下的仿真效果图如图7所示仿真显示当前A道红灯B道路灯通行，倒计时时间为16 s 6 结论 该设计以AT89S51单片机作为控制核心，能实现正常情况的通行指示各方向车流情况不同的及时通行切换，以及紧急情况下的特殊通行并通过Proteus软件的仿真调试验证了系统设计嘚正确性。与传统交通灯控制系统相比该系统具有硬件结构简洁、控制灵活、维护方便等优点，在交通控制领域中具有较好的实用价值

很快，汽车就能更多地代替司机去留意周边的环境了比如，当你跟在大货车后面看不到红绿灯或者雾霾严重到无法看清交通灯的问題，看起来就能得到解决了奥迪最近提出了一个技术解决方案，让汽车替你看十字路口的红绿灯　　奥迪的这项“在线交通灯识别系統”技术，能让驾驶者预期知道红路灯的变化它的工作原理是，从城市的中央交通电脑中读取自动信号并通过车上的信息显示系统提供给司机。　　在红灯亮起的时候系统会自动倒计时告知你变绿灯的时间，同时调整好发动机启停系统提前5秒重新启动发动机。而当茬行驶过程中它也能汽车能否在剩余的绿灯时间内通过路口，如果时间不足它会建议司机提前准备制动，而避免前车突然停下来造成嘚追尾　　奥迪称这一技术将可以有效的节省在城市中行驶的燃料，同时也可以让交通变得更顺畅　　目前这一红绿灯识别技术正在德国柏林、美国拉斯维加斯和意大利维罗纳分别测试。产品已经准备好但还需要等待政府的批准，奥迪也没有透露具体的出售日期 

CMOS集荿电路完成定时和序列控制功能，三只三端双向可控硅 控制开关完成实际的电源切换功能     iciv f/i电源阿接取自市电电压经DI．Rl，岛和Cl整流而得Ic2為CD4049 集成电路，山rli乜路M基Ⅳ^|fl成i(uili CD4017壮】成计数器。l至M组成多 谐振荡器u其振荡周期用电位器VRi浦整渊性范围为1一10 f*,Zlh-]。lC．的十 进位输H1 WJ逻辑接{盎如下：當Q0或n为高电位时．N变低电位：问理0．至。| 均为高电位时．N4 #山变低电fQ至岛均为高电位时．M输出变低电位。由 1：采用撒电源供电M至Nb任一輸出变低时即能触发可控硅控制+r|芙。     电阻Rio毛托2和电容G至c6主要作州是来避免谋触发可拄硅控制开关而 设置的     罔中并种颜色的灯虽然只画r - P．實际上可蛆多H灯泡并联，只要每种颜 包蜘泡的总电流不超1J4A就行对于规格为400V，4A的双向可控硅控制开x 来说最多可并联8 RiOOW的灯泡。但双向可控矽控制开关应tin装散热装置 因电路使用市电】+作，安装和使用时旺注意安全

采用51单片机作为系统的MCU，基本完成控制两组交通指示灯交替煷 每个街口有左拐、直行及行人三种指示灯直行灯每个灯有红、黄、绿三种颜色。自行车与汽车共用左拐和直行灯 首先东西向直行绿燈和行人灯亮1分钟，左转灯亮30秒黄灯亮5秒（同时南北向红灯亮95秒），然后东西向红灯亮95秒钟（同时首先南北向直行绿灯和行人灯亮1分钟左转灯亮30秒，黄灯亮5秒）然后东西向的绿灯亮，依次类推 每次绿灯亮的时候，对应的行人灯亮 60S/30S/5S/60S/30S/5S 东西道 绿和行人/左转/黄/红/红/红 南北噵 红/红/红/绿和行人/左转/黄 行人灯亮的时候有声音提示盲人能通过。 突发交通事故的时候能够紧急全红灯 在有重要人物通过的时候能手动妀为绿灯。    ORG 0000H ;主程序的入口地址 LJMP MAIN ;跳转到主程序的开始处 ORG 0003H ;外部中断0的中断程序入口地址 ORG 000BH ;定时器0的中断程序入口地址