CN105390007A - 基于模式识别的交通指挥系统 - Google Patents

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郑恩让
姚能强
张玲
任鹤
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Abstract

本发明提供一种基于模式识别的交通指挥系统，包括机器人部分、摄像头部分、交通灯部分、太阳能供电部分和微控制器部分。通过微控制器控制舵机使机器人完成指挥动作，并根据交通情况控制交通灯部分的放行时间。若有车辆超速则通过液晶显示板和语音输出装置提示车主减速，从而减轻了交警的劳动强度、降低身体危害，克服现有红绿灯不能调节放行时间，造成车辆无谓的等待和堵车的问题。

Description

基于模式识别的交通指挥系统
【技术领域】
本发明涉及服务机器人领域，特别涉及一种基于模式识别的交通指挥系统。
【背景技术】
目前，我国公路交通的车辆基本都是交警亲自指挥，而且交通控制大多采用固定定时方式，常出现车辆大量拥堵或车辆无谓的等待的问题、造成交警劳动强度高、长期疏导交通呼吸车辆尾气，危害身体健康。因此，急需一种能够根据交通流量自动调节车辆放行时间的指挥系统。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于模式识别的交通指挥系统，能够代替交警指挥交通，而且可以根据交通流量自动调节车辆放行时间。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
基于模式识别的交通指挥系统，包括机器人部分、摄像头部分、交通灯部分、太阳能供电部分和微控制器部分；所述机器人部分包括头部、颈部、躯干、双臂和底座，其中头部安装有超声波测距仪、电子测速仪和语音输出装置，颈部包含有转向装置，躯干的胸部位置设置有液晶显示板，双臂均包括肩部、肘部和腕部，肩部、肘部和腕部通过三个关节机构和转向机构连接、由6个舵机控制完成指挥动作，底座下面有四个方向轮；
所述摄像头部分用于采集交通路口的图像和视频；
所述交通灯部分主要包括交通灯和数码管；
所述太阳能供电部分包括太阳能电池板和太阳能供电装置，太阳能供电装置包括太阳能控制器、蓄电池和逆变器；
所述的微机控制部分包括微控制器，微控制器用于控制舵机使机器人完成指挥动作，微控制器对摄像头部分采集的图像信息进行处理后，控制交通灯部分的放行时间；超声波测距仪和电子测速仪对机器人面前的车辆进行距离、速度检测，微控制器判断车辆是否超速，若超速将车辆违规信息显示在液晶显示板上，机器人通过语音输出装置发出语音提示车主减速。
进一步，所述摄像头部分采用OV2640摄像头。
进一步，所述摄像头安装在交通灯和数码管的下方，摄像头的角度能够自动转动。
进一步，所述微控制器、交通灯部分和机器人间通过无线通讯，采用闭环控制。
进一步，所述语音输出装置安装在机器人头部的嘴部位置，电子测速仪和超声波测距仪安装在头部的眼睛位置。
进一步，液晶显示板和微控制器分别安装在机器人躯干的前面和背面。
进一步，机器人躯干通过调高杆安装在底座上，通过调高杆调节机器人的高度。
进一步，所述太阳能电池板通过电池板支撑柱固定在机器人头部上方。
进一步，所述底座的两侧安装有两个安全反光灯，安全反光灯里面的两个反射面设置为相互垂直。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明包括机器人部分、摄像头部分、交通灯部分、太阳能供电部分和微控制器部分，通过微控制器控制舵机使机器人完成指挥动作，并根据交通情况控制交通灯部分的放行时间，若有车辆超速通过液晶显示板和语音输出装置提示车主减速，克服了固定时长的交通灯造成无谓的等待、浪费油气资源的问题；本发明的机器人可以代替交警来指挥十字路口，完成交警规范动作，减轻了交警的劳动强度，减少人力成本，提高工作效率；本系统中的机器人还具有外观漂亮、安全性高、工作时间长、操作方便、高效率、智能化、人性化特点。
进一步的，摄像头安装在交通灯和数码管的下方，摄像头的角度能够自动转动，通过摄像头可以采集不同位置的车辆图片，并发送给微控制器部分计算车流情况，微控制器判断路面车流大小，控制交通灯部分的放行时间，控制更加准确，符合实际交通状况。
【附图说明】
图1是本发明基于模式识别的交通指挥系统中机器人的正面视图；
图2是本发明基于模式识别的交通指挥系统中机器人的背面视图；
图3是本发明基于模式识别的交通指挥系统中机器人的侧视图；
图4是本发明基于模式识别的交通指挥系统的系统结构图；
图5是本发明基于模式识别的交通指挥系统的交通路口布局图；
图6是本发明基于模式识别的交通指挥系统的车辆多少判断原理图；
图中：1为太阳能电池板，2为超声波测距仪，3为电子测速仪，4为语音输出装置，5为头部，6为颈部，7为肩部，8为肘部，9为腕部，10为躯干，11为液晶显示板，12为调高杆，13为底座，14为安全反光灯，15为方向轮，16为微控制器，17为太阳能供电装置，18为电池板支撑柱。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。
参见图1、图2和图3，本发明中的机器人包括太阳能电池板1、头部5、颈部6、躯干10、电池板支撑柱18、双臂和底座13；头部5包括超声波测距仪2、电子测速仪3和语音输出装置4，语音输出装置4安装在机器人头部5的嘴部位置，电子测速仪3和超声波测距仪2安装在头部5的眼睛位置，躯干包括前面的液晶显示板11和背面的微控制器16、太阳能供电装置17；双臂包括肩部7、肘部8和腕部9；机器人躯干通过调高杆12安装在底座13上，通过调高杆12可以调节机器人的高度；方向轮15可以使机器人在一定区域内运动；机器人的颈部6、肩部7、肘部8和腕部9各安装一个舵机，通过运行程序，微控制器控制舵机按照一定时序、转动一定角度，从而完成交通指挥的八种标准动作；超声波测距仪2和电子测速仪3可以将机器人面前的车辆进行速度检测，通过微控制器16判断车辆是否超速，如果超速，将车辆违规信息显示在液晶上，机器人通过语音输出装置4命令车牌为xxx的车主减速；所述底座13的两侧有两个安全反光灯14，利用直角平面镜的反射规律，在夜晚，汽车灯发出的光射到安全反光灯上时，经互成直角的两个反射面的反射，反射光将以平行于入射光的方向反向射入司机眼睛，使司机容易发现指挥中的机器人，有利于机器人夜间指挥安全。所述太阳能电池板1通过电池板支撑柱18固定在机器人头部上方，电池板支撑柱18使得太阳能电池板1固定不动。
参见图4，太阳能供电部分给机器人、交通灯、摄像头、微控制器各部分进行供电，微控制器是系统的核心，它实时控制机器人动作，通过对摄像头采集的图像信息进行处理后，控制交通信号灯的放行时间，它们之间通过无线通讯，采用闭环控制。
参见图5和图6，机器人位于十字路口的中心，摄像头安装在交通灯和数码管的下方，摄像头的角度可以自动转动。假设摄像头距离地面为H，当某一路为红灯时，摄像头先转动到角1的位置，此时拍照并进行灰度处理，如果判断出有车，则车队长度L1由几何图形可算出为：L1＝H*tan(角1)，认为此路车多；如果判断出无车，则摄像头自动转动到角2的位置，此时拍照并进行灰度处理，如果判断出有车，则车队长度L2为：L2＝H*tan(角1—角2)，认为此路车较多；如果判断出无车，则车队长度为默认最小值，认为此路车少。通过编程，设定车多时该路绿灯时间为60秒，车较多时为50秒，车少为30秒。从而根据车流量大小调整放行时间。
所述的摄像头部分主要使用OV2640摄像头，采用STM32底板，完成对交通路口的图像采集和拍照，并在上位机上显示；
所述的交通灯部分主要包括红绿灯和数码管显示；
所述的太阳能供电部分包括太阳能电池板1、太阳能供电装置17；
太阳能供电装置17又包括太阳能控制器、蓄电池和逆变器；
所述的微机控制部分主要用于三个方面：一是用AVR系列单片机和外围电路，通过串口或蓝牙通讯，使用上位机或手机软件，按照交通信号灯的指示状态，控制6个舵机转动一定角度从而完成交通指挥的八个标准动作；二是采用51单片机，通过STC89C52RC芯片的I/O口控制信号灯点亮的功能。交通灯的显示采用发光二极管实现，时间的显示采用七段数码管实现；三是用STM32芯片通过串口将OV2640摄像头采集的图像显示在上位机，然后用VS软件调用OPENCV进行图像处理，最后通过STM32芯片控制交通信号灯的时间，从而智能调节车辆的放行时间。
本发明的工作过程及原理：
太阳能供电部分给机器人、交通灯、摄像头、微控制器各部分进行供电，假定以东西方向红绿灯作为控制对象，当东西方向为红灯时，机器人执行红灯时可能出现的指挥动作，同时摄像头对东西方向车辆进行拍照，并在上位机上显示图像，然后经过图像处理，将判断结果发送给控制器，如果车辆多，则延长东西方向绿灯的时间，车辆少则减少。当东西方向为绿灯时，机器人执行绿灯时可能出现的指挥动作，从而智能调节车辆的放行时间。

Claims (9)

1.基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：包括机器人部分、摄像头部分、交通灯部分、太阳能供电部分和微控制器部分；
所述机器人部分包括头部(5)、颈部(6)、躯干(10)、双臂和底座(13)，其中头部(5)安装有超声波测距仪(2)、电子测速仪(3)和语音输出装置(4)，颈部(6)包含有转向装置，躯干(10)的胸部位置设置有液晶显示板(11)，双臂均包括肩部(7)、肘部(8)和腕部(9)，肩部(7)、肘部(8)和腕部(9)通过三个关节机构和转向机构连接、由6个舵机控制完成指挥动作，底座(13)下面有四个方向轮(15)；
所述摄像头部分用于采集交通路口的图像和视频；
所述交通灯部分主要包括交通灯和数码管；
所述太阳能供电部分包括太阳能电池板(1)和太阳能供电装置(17)，太阳能供电装置(17)包括太阳能控制器、蓄电池和逆变器；
所述的微机控制部分包括微控制器(16)，微控制器(16)用于控制舵机使机器人完成指挥动作，微控制器(16)对摄像头部分采集的图像信息进行处理后，控制交通灯部分的放行时间；超声波测距仪(2)和电子测速仪(3)对机器人面前的车辆进行距离、速度检测，微控制器(16)判断车辆是否超速，若超速将车辆违规信息显示在液晶显示板(11)上，机器人通过语音输出装置(4)发出语音提示车主减速。
2.根据权利要求1所述的基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：所述摄像头部分采用OV2640摄像头。
3.根据权利要求1所述的基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：所述摄像头安装在交通灯和数码管的下方，摄像头的角度能够自动转动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：所述微控制器、交通灯部分和机器人间通过无线通讯，采用闭环控制。
5.根据权利要求1-3任一项所述的基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：所述语音输出装置(4)安装在机器人头部(5)的嘴部位置，电子测速仪(3)和超声波测距仪(2)安装在头部(5)的眼睛位置。
6.根据权利要求1-3任一项所述的基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：液晶显示板(11)和微控制器(16)分别安装在机器人躯干(10)的前面和背面。
7.根据权利要求1-3任一项所述的基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：机器人躯干通过调高杆(12)安装在底座(13)上，通过调高杆(12)调节机器人的高度。
8.根据权利要求1-3任一项所述的基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：所述太阳能电池板(1)通过电池板支撑柱(18)固定在机器人头部上方。
9.根据权利要求1-3任一项所述的基于模式识别的交通指挥系统，其特征在于：所述底座(13)的两侧安装有两个安全反光灯(14)，安全反光灯(14)里面的两个反射面设置为相互垂直。
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