CN106485933B - 信号灯检测方法、装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种信号灯检测方法、装置和设备，应用于交通信号灯的检测，其中所述方法包括：转换所述信号灯的交流输入信号为方波信号；计算所述方波信号的低电平或高电平的实时占空比；将所述实时占空比与占空比阈值进行比较，判断所述信号灯的状态，当所述低电平的实时占空比>所述占空比阈值时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态；或者，当所述高电平的实时占空比<(1‑占空比阈值)时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态。本申请通过计算实时占空比来判断信号灯的状态，能够有效识别信号灯状态，可靠性高，检测时间快并且人力成本较低。
Description
技术领域
本申请涉及交通信号灯技术领域，尤其涉及一种信号灯检测方法、装置和设备。
背景技术
随着安防监控的普及，智能交通电子警察系统的应用也越来越广泛。闯红灯是常见的违章行为，而闯红灯的判罚是电子警察系统最基本的一项功能，其判罚的依据即为路口红绿信号灯的状态，因此如何准确有效的检测红绿灯状态尤为重要。
目前，智能交通电子警察系统中对交通信号灯状态的判断通常使用视频检测方式，根据摄像机拍摄到的图像信息，利用图像识别算法对信号灯状态进行识别。然而这种交通信号灯状态的判断方法会受天气等周边环境影响，容易出现误判断。
现有技术中的信号灯检测装置(专利公开号为CN201741288U)的信号硬件转换电路，通过采集信号灯输入的电压交流信号，经转换该信号硬件转换电路后形成持续高电平或低电平，从而识别信号灯状态。当信号灯亮时，产生220V的交流信号，将该220V的交流信号接入信号硬件转换电路中，则信号硬件转换电路输出信号为5V直流高电平，从而判断信号灯亮。当信号灯灭时，信号灯的输入信号为0V，这时硬件转换电路的输出信号为0V低电平，从而判断灯灭。
此方案是基于理想的灯亮上电220V、灯灭为0V的情况。然而，现有市电有时不能真正达到220V，例如，灯亮时可能只有150V左右。也可能存在灯灭的情况下，信号灯控制器传到信号灯检测装置的电压仍残留70V(即残压)，通过上述方案无法准确判断出此时信号等的实际状态。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种信号灯检测方法和装置、设备，以解决现有技术中存在的由于残压导致的信号灯状态误判的问题。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
根据本申请的第一方面，提供一种信号灯检测方法，应用于交通信号灯的检测，所述方法包括：
转换所述信号灯的交流输入信号为方波信号；
计算所述方波信号的低电平或高电平的实时占空比；
将所述实时占空比与占空比阈值进行比较，判断所述信号灯的状态；
当所述低电平的实时占空比>所述占空比阈值时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态；或者，
当所述高电平的实时占空比<(1-占空比阈值)时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态。
可选地，配置所述占空比阈值为：
所述信号灯输入预设信号值时所对应的方波信号的低电平的占空比，
其中，灯灭状态的最大残留信号值<所述预设信号值<灯亮状态的最低输入信号值。
可选地，所述方法还包括：
根据环境温度参数，自适应调节所述占空比阈值。
可选地，所述根据环境温度参数，自适应调节所述占空比阈值，具体包括：
根据所述环境温度参数，线性调节所述占空比阈值。
根据本申请的第二方面，提供一种信号灯检测装置，应用于交通信号灯的检测，所述装置包括：
信号转换模块，用于将所述信号灯的交流输入信号转换为方波信号；
占空比检测模块，用于计算所述方波信号的高电平或低电平的实时占空比；
判断模块，将所述实时占空比与占空比阈值进行比较，判断所述信号灯的状态；
当所述低电平的实时占空比>所述占空比阈值时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态；或者，
当所述高电平的实时占空比<(1-占空比阈值)时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态。
可选地，还包括：
阈值配置模块，配置所述占空比阈值为：
所述信号灯输入预设信号值时所对应的方波信号的低电平的占空比，
其中，灯灭状态的最大残留信号值<所述预设信号值<灯亮状态的最低输入信号值。
可选地，还包括用于获取环境温度参数的温度检测模块，所述阈值配置模块还根据所述温度检测模块获取的环境温度参数，自适应调节所述占空比阈值。
可选地，所述阈值配置模块根据所述环境温度参数，线性调节所述占空比阈值。
根据本申请的第三方面，提供一种信号灯检测设备，包括上述信号灯检测装置。
本申请的有益效果：通过计算实时占空比来判断信号灯的状态，防止残压导致的信号灯状态识别有误情况的发生，能够有效识别信号灯状态，可靠性高，且能够有效节省时间以及人力成本。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本实施例提供的信号灯检测方法的流程图；
图2(a)是本实施例提供的常温下，信号灯输入信号为220V时的方波信号示意图；
图2(b)是本实施例提供的常温下，信号灯输入信号为70V时的方波信号示意图；
图3(a)是本实施例提供的信号灯输入125V的电压，环境温度参数为负13℃时的方波信号示意图；
图3(b)是本实施例提供的信号灯输入125V的电压，环境温度参数为80℃时的方波信号示意图；
图4是本实施例提供的信号灯检测装置的结构示意图；
图5是本实施例提供的另一信号灯检测装置的结构示意图；
图6是本实施例提供的信号灯检测设备的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
参见图1，本申请提供的一种信号灯检测方法，应用于交通信号灯的检测，该信号灯的检测方法包括：
S101：转换所述信号灯的交流输入信号为方波信号。
其中，所述交流输入信号为市电电压，即0～220V的交流电压。
本实施例中，市电经硬件转换电路转换成方波信号。
可选地，硬件转换电路包括半波整流电路、光耦隔离电路和三极管。具体地，所述市电经半波整流电路、光耦隔离电路和三极管后，由三极管输出PWM(Pulse WidthModulation，脉宽调制)信号，即方波信号。
可选地，硬件转换电路包括比较器，所述市电经比较器转换成方波信号。
可选地，硬件转换电路包括微处理器，例如单片机、ARM(Advanced RISCMachines，RISC微处理器，其中RISC即Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)，所述市电经微处理器后转换成方波信号。
S102：计算所述方波信号的高电平或低电平的实时占空比。
如图2(a)和图2(b)所示，为常温下，信号灯输入信号分别为220V和70V时的方波信号。
参见图2(a)和图2(b)，在同一个周期内，记录所述方波信号的上升沿时间点a，并记录紧邻在时间点a后的下降沿时间点b和紧邻在时间点b后上升沿时间点c，由此，计算出所述方波的高电平持续时间A＝(b-a)，低电平持续时间B＝(c-b)，所述方波的周期则为A+B，高电平的占空比＝A/(A+B)，低电平的占空比＝B/(A+B)。可见，在一个周期中，方波的高电平的占空比＝1-低电平的占空比。
参见图2(a)，常温下，信号灯输入信号为220V时，方波信号的高电平的持续时间A、低电平的持续时间B分别为9.41ms和10.59ms，计算出低电平的占空比为52.95％。
参见图2(b)，常温下，信号灯输入信号为70V时，方波信号的高电平的持续时间A、低电平的持续时间B分别为8.13ms和11.87ms，计算出低电平的占空比为59.35％。
由此可见，在不同的电压下，方波信号的高电平和低电平的持续时间是不同的，从而使得高电平和低电平的占空比也随着电压的变化而变化。
S103：将所述实时占空比与占空比阈值进行比较，判断所述信号灯的状态(灯亮和灯灭两种状态)，当所述低电平的实时占空比>所述占空比阈值时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为认为所述信号灯为灯亮状态；或者，
当所述高电平的实时占空比<(1-占空比阈值)时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态。
其中，占空比阈值可为经验值。
本实施例中，配置所述占空比阈值为：所述信号灯输入预设信号值时所对应的方波信号的低电平的占空比，其中，灯灭状态的最大残留信号值<所述预设信号值<灯亮状态的最低输入信号值。
根据市电的特性，即使市电电压存在较大的变化，其频率基本不会改变，维持在50HZ左右，一个周期的时间大概在20ms，故本实施例通过检测实时占空比以准确判断信号灯的状态。
由于输入信号灯的是交流信号，即输入信号是变化的，故方波信号的高电平和低电平的占空比也是变化的，将当前获取的高电平的占空比或低电平的占空比与占空比阈值比较，即可判断信号灯的状态。
在一具体实施例中，红灯亮时的电压范围为150V～220V，红灯灭时的残留电压范围为0～70V。占空比阈值为所述信号灯输入大于70V且小于150V之间的电压大小时所获得的方波信号的高电平或低电平的占空比大小。
可选地，设置该红灯输入电压为100V时，经步骤S101所得到的方波信号的低电平的占空比x为占空比阈值。
将所述低电平的实时占空比与x进行比较，当所述实时占空比大于等于x，则判断该红灯为灯灭，反之，则判断该红灯为灯亮。
或者，设置该红灯输入电压为100V时，经步骤S101所得到的方波信号的高电平的占空比(1-x)为占空比阈值。将所述高电平的实时占空比与(1-x)进行比较，当所述实时占空比小于(1-x)，则判断该红灯为灯灭，反之，则判断该红灯为灯亮。
在一实施例中，所述信号灯检测方法还包括：
根据环境温度参数，自适应调节所述占空比阈值。
如图3(a)和图3(b)所示，为信号灯输入125V的电压，环境温度参数分别为负13℃和80℃时的方波信号。
参见图3(a)，信号灯输入125V电压，环境温度参数为负13℃时，方波信号的高电平的持续时间A、低电平的持续时间B分别为9.31ms和10.69ms，计算出低电平的占空比为53.45％。
参见图3(b)，信号灯输入125V电压，环境温度参数为80℃时，方波信号的高电平的持续时间A、低电平的持续时间B分别为8.67ms和11.33ms，计算出低电平的占空比为56.65％。
由此可见，随着环境温度参数的变化，所述方波信号的高电平和低电平的占空比也是变化的。如果步骤S103中的占空比阈值是预设的不变值，例如55％，那么在同一电压不同环境温度参数下，判断出的信号灯状态的结果就可能存在误差。故为避免因环境温度参数变化而产生信号灯状态的误判情况，本实施例是根据环境温度参数，动态调节占空比阈值的。
在一具体实施例中，所述信号灯检测方法根据环境温度参数，线性调节所述占空比阈值。
具体地，占空比阈值y的计算公式为：
y＝ax+k (1)
其中，x为环境温度参数值；
a为经验系数，a＝7/18750；
k为常量，即0℃时的初始占空比阈值，k可根据实际情况设置。
另外，所述信号灯的输入电压为0V时，方波信号一直处于低电平。当所述低电平的周期超出预设周期值(即输入信号的周期，例如20ms)，则判断所述信号灯处于灯灭状态，此时，所述信号灯的输入信号为0V或者所述信号灯的残留电压接近0V。
本实施例的信号灯检测方法通过计算实时占空比来判断信号灯的状态，防止残压导致的信号灯状态识别有误情况的发生，能够有效识别信号灯状态，可靠性高，且能够有效节省时间以及人力成本。
如图4所示，为本实施例提供的信号灯检测装置的结构示意图，与上述信号灯检测方法相对应，可参照上述信号灯检测方法的实施例来理解或解释该信号灯检测装置的内容。
参见图4，本实施例提供的一种信号灯检测装置，应用于交通信号灯的检测，所述装置包括信号转换模块101、占空比检测模块102和判断模块103。
其中，信号转换模块101用于将所述信号灯的交流输入信号转换为方波信号。
占空比检测模块102用于计算所述方波信号的高电平或低电平的实时占空比；
判断模块103将所述实时占空比与占空比阈值进行比较，判断所述信号灯的状态；
当所述低电平的实时占空比>所述占空比阈值时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态；或者，
当所述高电平的实时占空比<(1-占空比阈值)时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态。
其中，占空比阈值可为经验值。
且当所述低电平的周期超出预设周期值，所述判断模块103则判断所述信号灯处于灯灭状态，此时，所述信号灯的输入信号为0V或者所述信号灯的残留电压接近0V。
参见图5，本实施例中，所述信号灯装置还包括阈值配置模块104。
阈值配置模块104用于配置所述占空比阈值为：所述信号灯输入预设信号值时所对应的方波信号的低电平的占空比，其中，灯灭状态的最大残留信号值<所述预设信号值<灯亮状态的最低输入信号值。
又参见图5，所述信号灯装置还包括温度检测模块105。
所述温度检测模块105用于获取环境温度参数，所述阈值配置模块还根据温度检测模块获取的环境温度参数，自适应调节所述占空比阈值。可选地，所述阈值配置模块104根据环境温度参数，线性调节所述占空比阈值。
所述信号灯装置还包括用于检测环境温度参数的温度传感器，所述温度传感器实时检测环境温度参数，并将实时环境温度参数发送至阈值配置模块104，阈值配置模块104则根据实时环境温度参数，动态调节占空比阈值并发送至判断模块103。
值得一提的是，上述信号灯检测装置和方法可应用于信号灯检测设备中。如图6所示，为本实施例的信号灯检测设备的结构图。
参见图6，该信号灯检测设备包括硬件转换电路1、ARM芯片2。
其中，硬件转换电路1包括上述信号灯检测装置中的信号转换模块101，ARM芯片2包括上述信号灯检测装置中的占空比检测模块102和阈值配置模块104。
本实施例中，硬件转换电路1包括半波整流电路、光耦隔离电路和三极管。具体地，所述市电经半波整流电路、光耦隔离电路和三极管后，由三极管输出PWM信号，即方波信号。
信号灯交流输入信号(220V交流电)经硬件转换电路转换成方波信号后，将所述方波信号输入至ARM芯片2(例如HISI3518E)中，由ARM芯片2进行处理，获得信号灯的状态。
采用ARM芯片2可以外接多个类型接口4，例如网口、串口(例如485串口)等，从而增加信号灯检测设备的功能。以网口为例，除了通过网络方便数据的传输外，还可以随时登录web(即互联网)查看当前信号灯检测设备的状态以及各信号灯的状态，减少施工以及后续的麻烦，这就使得单片机无法与ARM媲美。ARM芯片2会将信号灯的状态通过网口、串口等发生至电子警察系统，从而作为判罚的依据。
ARM芯片2包括gpio口(General Purpose Input Output，通用输入/输出)，该gpio口可同时接入多个信号源，例如可接入多路(例如十路)信号灯，以满足多个路口多个信号灯同时接入，降低人力、物力上的成本。
所述方波信号的上升沿和下降沿均会触发所述ARM芯片2的gpio口产生中断，ARM芯片2会根据中断的产生时间点作为记录上升沿和下降沿时间点的依据，记录时间点的精度较高。
在信号灯的输入信号为0V时，gpio口输入低电平，不会产生中断。ARM中设有定时器。信号灯检测时，通过该定时器查询gpio口产生中断的时间，如gpio口超过预设周期(即输入信号的周期，例如20ms)未产生中断，则判断所述信号灯的输入信号为0V，且信号灯为灯灭状态。
另外，所述信号灯检测设备还包括用于检测环境温度参数的温度检测模块105，可选地，温度检测模块105为温度传感器3(例如数字式温度传感器，热敏电阻等)，实时获取环境温度参数并发送至ARM芯片2的阈值配置模块104，由ARM芯片2的阈值配置模块104根据温度传感器3检测的温度实时调节占空比阈值，从而提高信号灯状态检测的精度，保证信号灯检测设备在温差较大的环境下能够有效识别信号灯的状态。
在另一实施例中，去掉所述硬件转换电路，由ARM芯片2直接将信号灯交流输入信号转换为方波信号，即ARM芯片2包括上述信号灯检测装置中的信号转换模块101、占空比检测模块102和阈值配置模块104。
在一可替代的实现方式中，将信号灯的交流输入信号经过A/D转换(DigitalAnalog Converter)后，再检测具体电压值来判断信号灯状态。然而，有些ARM的A/D管脚较少，需要用到外部模拟多路开关、输入电压保护电路等支持，这就会增加额外的成本，由此可见，占空比检测方式判断断信号灯状态还存在成本较低的优势。
综上所述，本申请通过计算实时占空比来判断信号灯的状态，防止残压导致的信号灯状态识别有误情况的发生，能够有效识别信号灯状态，可靠性高，且能够有效节省时间以及人力成本。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种信号灯检测方法，应用于交通信号灯的检测，其特征在于，所述方法包括：
转换所述信号灯的交流输入信号为方波信号；
计算所述方波信号的低电平或高电平的实时占空比；
将所述实时占空比与占空比阈值进行比较，判断所述信号灯的状态；
当所述低电平的实时占空比>所述占空比阈值时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态；或者，
当所述高电平的实时占空比<(1-占空比阈值)时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态；
其中，所述占空比阈值根据环境温度参数调节。
2.如权利要求1所述的信号灯检测方法，其特征在于，配置所述占空比阈值为：
所述信号灯输入预设信号值时所对应的方波信号的低电平的占空比，
其中，灯灭状态的最大残留信号值<所述预设信号值<灯亮状态的最低输入信号值。
3.如权利要求2所述的信号灯检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据环境温度参数，自适应调节所述占空比阈值。
4.如权利要求3所述的信号灯检测方法，其特征在于，所述根据环境温度参数，自适应调节所述占空比阈值，具体包括：
根据所述环境温度参数，线性调节所述占空比阈值。
5.一种信号灯检测装置，应用于交通信号灯的检测，其特征在于，所述装置包括：
信号转换模块，用于将所述信号灯的交流输入信号转换为方波信号；
占空比检测模块，用于计算所述方波信号的高电平或低电平的实时占空比；
判断模块，将所述实时占空比与占空比阈值进行比较，判断所述信号灯的状态；
当所述低电平的实时占空比>所述占空比阈值时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态；或者，
当所述高电平的实时占空比<(1-占空比阈值)时，则认为所述信号灯处于灯灭状态，反之，则认为所述信号灯为灯亮状态；
还包括：用于获取环境温度参数的温度检测模块，所述阈值配置模块还根据温度检测模块获取的环境温度参数，调节所述占空比阈值。
6.如权利要求5所述的信号灯检测装置，其特征在于，还包括：
阈值配置模块，配置所述占空比阈值为：
所述信号灯输入预设信号值时所对应的方波信号的低电平的占空比，
其中，灯灭状态的最大残留信号值<所述预设信号值<灯亮状态的最低输入信号值。
7.如权利要求6所述的信号灯检测装置，其特征在于，还包括用于获取环境温度参数的温度检测模块，所述阈值配置模块还根据温度检测模块获取的环境温度参数，自适应调节所述占空比阈值。
8.如权利要求7所述的信号灯检测装置，其特征在于，所述阈值配置模块根据所述环境温度参数，线性调节所述占空比阈值。
9.一种信号灯检测设备，其特征在于，包括上述权利要求5-8任一项权利要求所述的信号灯检测装置。
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2016
- 2016-10-24 CN CN201610939099.0A patent/CN106485933B/zh active Active
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