CN102289947A - 一种点阵式led人行信号及倒计时装置及信号灯控制方法 - Google Patents

Abstract

一种点阵式LED人行信号灯及倒计时装置及控制方法，安装于城市道路的人行横道处，以方便行人安全、有序地通过。该装置由主控单元、点阵式LED人行信号灯、点阵式LED倒计时显示屏和箱体组成。所述的主控单元由信号接收、控制、驱动模块组成；点阵式LED人行信号灯的红灯、绿灯人形由LED组成，绿灯时的人形动画走动频率会随着倒计时时间的减少而加快，以便提醒行人加快过街速度；点阵式LED倒计时显示屏是由按阵列分布的LED像素点组成，不仅能显示数字，还可以显示文字，所显示的数字或文字笔画圆滑、优美、清晰、亮度高，并能根据红（绿）灯控制信号就能自动计算倒计时时间，即倒计时的“自学习”功能；箱体采用了封装绝缘层设计，具有防水、防尘的能力，延长其使用寿命。

Description

一种点阵式LED人行信号及倒计时装置及信号灯控制方法

技术领域

本发明属于道路交通信号灯控制技术领域，具体涉及一种用于智能交通系统（ITS）的点阵式LED人行信号及倒计时装置。

背景技术

在大多城市道路的人行横道处都安装有人行信号灯或倒计时装置，它的主要作用是向行人提供红灯停绿灯行的信息及当前红绿灯的剩余时间，提醒行人适时通过和加快通过人行横道的速度，能极大地改善交通环境和减少交通事故。

传统人行信号及倒计时装置存在的不足：

一方面：传统的人行信号及倒计时装置的信号灯只能提供红灯停绿灯行的信息，绿闪时间短和绿闪人形走动的动画频率固定，使行人不能意识到过街时间紧迫从而可能导致的交通事故。

另一方面：传统的人行信号及倒计时装置的显示器大多采用七段数字显示，它是由七段式LED组成，利用字段的不同组合，可分别显示0~9的十个数字。这种成本低、控制简单的七段式LED人行倒计时器被普遍使用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种新型的、人性化的、笔划优美、清晰可见、高亮度、更加安全的人行信号灯及倒计时装置，并同时提出基于此装置的信号灯控制方法。

本发明的实现方式如下：

一种点阵式LED人行信号及倒计时装置，包括主控单元、点阵式LED人行信号灯、点阵式LED倒计时显示屏和箱体，其特征在于：

所述的主控单元、点阵式LED人行信号灯和点阵式LED倒计时显示屏安装在所述箱体内，将交通信号控制机输出的人行控制信号接入主控单元，由主控单元控制内部的驱动模块，使点阵式LED人行信号灯和点阵式LED倒计时显示屏工作。

所述主控单元由信号接收模块、控制模块、人行信号驱动模块和倒计时驱动模块组成；所述信号接收模块将交通信号控制机输出的交流220V人行控制信号，转换成+5V的直流信号输入到控制模块，作为点阵式LED人行信号灯及点阵式LED倒计时显示屏的控制信号；控制模块将该控制信号转换成人行信号和倒计时时间信号，并分别送到人行信号灯驱动模块和倒计时驱动模块，使点阵式LED人行信号灯以人形或人形走动的动画形式显示出来，同时在点阵式LED显示屏上显示出红/绿灯的倒计时时间，通过所述显示屏上显示出的倒计时时间，让行人及时知道其剩余时间，尽快通过。

所述的点阵式LED人行信号灯包括红色信号灯和绿色信号灯：红色信号灯只有人形站立的区域才安装有LED；绿色信号灯在人形动画走动的区域才安装有LED；所述人形走动的区域分为九个，顺序从人形区域1到人形区域9循环点亮，实现人形走动的动画效果，并根据绿灯剩余时间的减少逐渐减小交替点亮九个人形区域的时间间隔，使人形动画的走动频率加快，直到绿灯控制信号结束。

所述点阵式LED倒计时显示屏由按阵列均匀分布的LED像素点组成；每个LED像素点由一个红色LED和一个绿色LED构成，使其在显示屏上既能够显示红灯倒计时时间，也能够显示绿灯倒计时时间。

控制模块采用ATMEL公司生产的Atmega8单片机和相应的软件组成，所用Atmega8单片机带有多路A/D转换器、计数器/定时器和串行/并行接口等硬件电路，且价格低廉。控制模块的软件部分包含控制和数据处理两部分：软件的控制部分将控制ATmega8单片机循环地采集经信号接收（电压转换）模块输出的红、绿灯（+5V）信号，经ATmega8单片机处理后，由相应的驱动模块分别点亮人行信号灯和倒计时显示屏；软件的数据处理部分将根据红（绿）灯控制信号来自动计算倒计时时间，并在倒计时显示屏上显示出红（绿）灯倒计时时间。如是红灯，则直接显示人形；如是绿灯，将根据绿灯剩余时间的减少逐渐减小交替点亮绿灯九个人形区域的时间间隔（九个人形区域的形状如附图4所示，顺序从人形区域1到人形区域9循环点亮），使人形动画的走动频率加快。

人行信号灯的红灯只在人形站立的区域才安装有LED；绿灯也是在人形动画走动的区域才安装有LED，这样可大大降低成本。另外，通过控制绿灯人形走动的不同区域（共九个区域）LED交替亮或灭，可实现人形走动的动画效果，并可根据倒计时时间的减少来改变交替亮或灭的时间间隔，可以直观、形象地提醒行人适时通过人行横道。

由两块按8×16 LED像素点阵列组成的点阵式LED显示屏，可同时显示两位数字或一个汉字（道路提醒和警示短语可采用循环显示方式）。倒计时显示屏的每个像素点由一个红色LED和一个绿色LED构成。

箱体的前面采用了透明的PC聚碳酸脂，并用全硅胶密封；箱体内安装有点阵式LED人行信号灯和倒计时显示屏和主控单元电路板；箱体的背面有便于安装的安装架和多个螺孔。此外，在LED人行信号灯和倒计时显示屏上方均安装有遮光罩，用于遮挡阳光的直接照射，减少对LED像素点的发光影响，提高其显示效果。

可见，本装置的人行信号灯由高亮度的LED点阵组成，并以人体图形的形式显示出来。特别在绿灯时，绿色LED点阵所显示的人体图形将以走动的动画形式显示出来，而且人体图形动画的走动频率会随着倒计时时间的减少而加快，使其更加直观、形象地提醒行人适时通过人行横道；倒计时显示屏不但可以显示0~9的十个数字，还可以显示道路提醒和警示语等文字，所显示的数字或文字笔画圆滑、优美、清晰、亮度高。

附图说明

图1为点阵式LED人行信号灯及倒计时装置的原理框图；

图2为点阵式LED人行信号灯及倒计时装置的正视图；

图3为点阵式LED人行信号灯及倒计时装置的侧视图；

图4 为绿色人行信号灯的九个人形动画走动区域LED点阵图；

图5为控制和数据处理软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利的技术方案作进一步详细说明。

图1为点阵式LED人行信号及倒计时装置的原理框图。点阵式LED人行信号灯及倒计时装置将交通信号控制机输出的红、绿灯控制信号（～220V），经过信号接收模块转换后，得到红、绿二路控制信号（+5V），并根据红（绿）灯控制信号来自动计算红（绿）灯的倒计时时间；由控制模块将该控制信号转换成人行信号，并送到人行信号驱动模块进行显示。在红灯时：使人行信号以红色人形形式显示出来；在绿灯时：分别控制绿色人形中九个不同区域的LED交替亮和灭，实现人形走动的动画效果，并根据绿灯剩余时间的减少逐渐减小交替点亮九个区域LED的时间间隔，使人形动画的走动频率加快。同时控制模块也将倒计时时间送到倒计时显示屏驱动模块进行显示扫描，在显示屏上显示出倒计时时间。

具体工作流程如下：通电开机，信号接收模块获得绿红（绿）灯控制信号（～220V），经电压转换电路转换成的绿红（绿）灯控制信号（+5V），并输入到控制模块（ATmega8单片机）。当控制模块检测到红（绿）灯控制信号到来时，启动ATmega8单片机的内部时钟开始计时；等到红（绿）灯的控制信号结束后，内部时钟计时停止，并自动计算出红（绿）灯的倒计时时间。至此，开机后的点阵式LED倒计时的“自学习”过程完成。

（1）绿色信号灯：绿灯时，首先按照人形走动的初始时间间隔分别点亮绿灯中九个人形区域的LED（九个人形区域如附图4所示，顺序从人形区域1到人形区域9循环点亮），实现人形走动的动画效果，然后将根据绿灯剩余时间的减少逐渐减小交替点亮九个人形区域的时间间隔，使人形动画的走动频率加快，直到绿灯控制信号结束；

（2）红色信号灯：红灯时，点亮人形站立区域的红色LED，显示出红灯人形信号，直到红灯控制信号结束；

（3）倒计时显示屏：随着交通信号控制机的红、绿灯控制信号周期性变化，点阵式LED倒计时显示屏按已计算出的红（绿）灯的倒计时时间进行显示，直到红（绿）灯控制信号结束。

图2为点阵式LED人行信号及倒计时装置正视图。点阵式LED人行信号灯及倒计时装置的大小为1260mm*551mm。由点阵式LED绿色信号灯1、红色信号灯2和点阵式LED显示屏3组成。绿色信号灯1是直径为300mm的圆形点阵式绿色LED信号灯，且只有人形走动的区域才安装有绿色LED；红色信号灯2也是直径为300mm的圆形点阵式红色LED信号灯，且只有人形站立的区域才安装有红色LED；点阵式显示屏3的大小为300mm×300mm。点阵式LED显示屏的每个像素点由一个红色LED和一个绿色LED构成。

图3为点阵式LED人行信号及倒计时装置侧视图。点阵式LED人行信号灯及倒计时装置的厚度为327mm。其中：箱体4的厚度为119mm；遮光罩5的厚度为125mm。

图4为点阵式LED人行信号灯及倒计时装置的绿色人行信号灯的九个不同的人形走动姿势区域，通过控制点亮九个不同区域的时间间隔，形象的显示出人形走动的动画效果，并根据绿灯剩余时间的减少逐渐减小交替点亮绿灯九个不同区域LED的时间间隔，使人形动画的走动频率加快。

图5为控制和数据处理软件流程图。利用本装置实现人行信号控制的方法如下：

首先是上电，并初始化，然后开始循环地检测是否有红、绿灯信号到来。如果有信号到来，判断人行控制信号是红灯还是绿灯，并分别计算出红（绿）灯的倒计时时间，再判断对应的倒计时缓冲区是否已保存有倒计时时间。若没有，则计算、保存倒计时时间；若已保存有倒计时时间，此次获取的倒计时时间与倒计时缓冲区中已保存的时间求平均，并保存，然后将倒计时缓冲区的数据送入倒计时显示驱动模块进行显示扫描，在倒计时显示屏上显示出倒计时时间。同时控制人行信号的红（绿）灯工作。若是红灯，则直接点亮红色人形信号灯；若是绿灯，分别控制绿色人形中九个不同区域的LED交替亮和灭，实现人形走动的动画效果，并根据绿灯剩余时间的减少逐渐减小交替点亮九个不同区域的时间间隔，使人形动画的走动频率加快。当人行信号红（绿）灯的控制信号结束后返回，继续检测是否有红（绿）灯信号到来。

不断地重复以上处理过程，直至断电关机。

Claims (6)

1.一种点阵式LED人行信号及倒计时装置，包括主控单元、点阵式LED人行信号灯、点阵式LED倒计时显示屏和箱体，其特征在于：所述的主控单元、点阵式LED人行信号灯和点阵式LED倒计时显示屏安装在所述箱体内，将交通信号控制机输出的人行控制信号接入主控单元，由主控单元控制内部的驱动模块，使点阵式LED人行信号灯和点阵式LED倒计时显示屏工作。

2.根据权利要求1所述的点阵式LED人行信号及倒计时装置，其特征在于：所述主控单元由信号接收模块、控制模块、人行信号灯驱动模块和倒计时驱动模块组成；所述信号接收模块将交通信号控制机输出的交流220V人行控制信号，转换成+5V的直流信号输入到控制模块，作为点阵式LED人行信号灯及点阵式LED倒计时显示屏的控制信号；控制模块将该控制信号转换成人行信号和倒计时时间信号，并分别送到人行信号灯驱动模块和倒计时驱动模块，使点阵式LED人行信号灯以人形或人形走动的动画形式显示出来，同时在点阵式LED显示屏上显示出红/绿灯的倒计时时间，通过所述显示屏上显示出的倒计时时间，让行人及时知道其剩余时间，尽快通过。

3.根据权利要求1或2所述的点阵式LED人行信号灯及倒计时装置，其特征在于：所述的点阵式LED人行信号灯包括红色信号灯和绿色信号灯：红色信号灯只有站立人形的区域才安装有LED；绿色信号灯在人形走动的区域才安装有LED，所述人形走动的区域分为九个，顺序从人形区域1到人形区域9循环点亮，实现人形走动的动画效果，并根据绿灯剩余时间的减少逐渐减小交替点亮九个人形区域的时间间隔，使人形动画的走动频率加快，直到绿灯控制信号结束。

4.根据权利要求1或2所述的点阵式LED人行信号灯及倒计时装置，其特征在于：所述点阵式LED倒计时显示屏由按阵列均匀分布的LED像素点组成；每个LED像素点由一个红色LED和一个绿色LED构成，使其在显示屏上既能够显示红灯倒计时时间，也能够显示绿灯倒计时时间。

5.根据权利要求1或2所述的点阵式LED人行信号灯及倒计时装置，其特征在于：所述箱体前面采用了透明的PC聚碳酸脂，并用全硅胶密封；在安装点阵式LED人行信号灯、点阵式LED倒计时显示屏的箱体上方均安装有遮光罩；在箱体背面的安装架上设有多个螺孔，以便于将所述装置安装在合适的位置。

6.一种利用权利要求3所述的点阵式LED人行信号灯及倒计时装置的人行信号灯控制方法，其步骤如下：

首先是上电，并初始化，然后开始循环地检测是否有红、绿灯信号到来；

如果有信号到来，判断人行信号是红灯还是绿灯？并分别计算出红、绿灯的倒计时时间，再判断对应的倒计时缓冲区是否已保存有倒计时时间；

若没有，则计算、保存倒计时时间；

若已保存有倒计时时间，此次获取的倒计时时间与倒计时缓冲区中已保存的时间求平均，并保存，然后将倒计时缓冲区的数据送入倒计时显示驱动模块进行显示扫描，在倒计时显示屏上显示出红或绿灯的倒计时时间；

同时控制人行信号红、绿灯工作，若是红灯，则直接点亮红色人形信号灯；

若是绿灯，分别控制绿色人形中九个不同区域的LED交替亮和灭，实现人形走动的动画效果，并根据绿灯剩余时间的减少逐渐减小交替点亮九个不同区域的时间间隔，使人形动画的走动频率加快；

当人行信号红或绿灯的控制信号结束后返回，继续检测是否有红或绿灯信号到来。

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