CN207425115U

CN207425115U - 一种行人过街智能交通灯控制系统

Info

Publication number: CN207425115U
Application number: CN201721553657.6U
Authority: CN
Inventors: 周文军; 叶远坚
Original assignee: Nanning College for Vocational Technology
Current assignee: Nanning College for Vocational Technology
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-05-29
Anticipated expiration: 2027-11-20

Abstract

本实用新型公开了一种行人过街智能交通灯控制系统,包括主控制器和副控制器，所述主控制器和副控制器均包括一个控制单元；所述控制单元包括：微处理器、红外测距模块阵列、超声波测距模块、高亮LED灯组、蓝牙传输模块、警笛识别模块和电源模块，微处理器分别与红外测距模块阵列、超声波测距模块、高亮LED灯组、蓝牙传输模块、警笛识别模块和电源模块连接。本实用新型采用红外+超声波组合传感器来识别行人并使用警笛识别模块来识别救援车辆，进而控制交通灯的自动切换，最大程度的利用交通资源，及时应对突发路况，提升行人过街的安全系数。

Description

一种行人过街智能交通灯控制系统

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域,特别涉及到一种行人过街智能交通灯控制系统。

背景技术

交通灯自发明以来，有效的解决了路口交通秩序混乱及安全问题，当前的路口交通灯多采用定时控制的行人过街信号系统，通过预设的时长，定时切换交通灯。但是，现行的行人过街信号系统提供的通行时间是基于行人每秒1.2米的行走速度，随着城市的人口增多和车流量的加大，预设的通行时间对部分残疾人士和老年人及小孩来说很不充裕，如果司机因为视线等因素无法看到行人，做到行人优先，仍按照交通灯的指示行驶，极易发生交通事故；而且，当路口在交通拥堵时段，现行的行人过街信号系统无法根据路口的人车流向，及时进行调整，仍旧按照预算的时长切换交通灯，不利于路口拥堵的快速疏导，降低了通行效率。

其次，当路口处有110、119、120救援车辆需要紧急通过时，现有的交通灯控制系统无法及时进行交通灯切换，尤其在交通拥堵时段，无法对救援车辆行驶方向的车流进行快速疏导，容易造成路口处的堵塞，影响了救援车辆的通行，而且行人过街时，视线容易受到阻挡，存在较大的安全隐患。

另外，现有的行人过街信号系统通常是依靠视觉相机进行行人识别，视觉相机对行人的识别，仅限于背景单一且行人密度很少的情况，其对环境光线要求较高。一旦光线强度变化较大时，将难以准确识别行人。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种行人过街智能交通灯控制系统，它能够准确识别等待过街和正在过街的行人并进行数据采集和分析，通过分析结果控制交通灯切换，而且，遇到救援车辆紧急通过时，能够根据警笛声及时识别相关车辆并控制交通灯临时切换，从而最大程度的利用交通资源，及时应对突发路况，提升行人过街的安全系数。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种行人过街智能交通灯控制系统,包括主控制器和副控制器，所述主控制器和副控制器均包括一个控制单元；所述控制单元包括：微处理器、红外测距模块阵列、超声波测距模块、高亮LED灯组、蓝牙传输模块、警笛识别模块和电源模块，微处理器分别与红外测距模块阵列、超声波测距模块、高亮LED灯组、蓝牙传输模块、警笛识别模块和电源模块连接；所述警笛识别模块包括声音采集器和声音识别器，声音采集器和声音识别器连接，声音识别器与微处理器连接；声音采集器安装在交通灯柱上，用于采集救援车辆发出的警笛声；声音识别器内存储有110、120、119三种警笛信号的基频，用于识别警笛声并向微处理器发送确认信号；所述主控制器和副控制器通过进行蓝牙传输模块进行无线数据传输；所述主控制器还包括一个GPRS数据传输模块，GPRS数据传输模块与微处理器连接，GPRS数据传输模块用于主控制器与城市交通控制中心服务器之间的数据传输。所述微处理器采用STC12C5A60S2单片机。

进一步，所述红外测距模块阵列包括8个GP2Y0A02YK0F红外测距传感器，所述微处理器与红外测距模块阵列通过红外测距模块接口电路连接；所述红外测距模块接口电路包括：微处理器U1、型号为ADC0808的数模转换器U2和用于接收8个GP2Y0A02YK0F传感器输出信号的接口模块J3；接口模块J3的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚与数模转换器U2的IN-0脚、IN-1脚、IN-2脚、IN-3脚、IN-4脚、IN-5脚、IN-6脚、IN-7脚依次对应连接；数模转换器U2的ADD-A脚、ADD-B脚、ADD-C脚、2-8脚、2-7脚、2-6脚、2-5脚、2-4脚、2-3脚、2-2脚、2-1脚与微处理器U1的P20脚、P21脚、P22脚、P07脚、P06脚、P05脚、P04脚、P03脚、P02脚、P01脚、P00脚依次对应连接；在数模转换器U2上，EOC脚分别于ALE脚和START脚连接；数模转换器U2的CLOCK脚与微处理器U1的P4.5/ALE/P脚连接。

进一步，所述超声波测距模块采用KS109超声波测距传感器模块，所述微处理器与超声波测距模块通过超声波测距传感器接口电路连接；所述超声波测距传感器接口电路包括：在超声波测距传感器模块U7上，MODE脚和VCC脚分别连接到5V电源上，SCL脚串联电阻R9后连接到5V电源上，SDA脚串联电阻R10后连接到5V电源上；微处理器U1的P10脚连接在SCL脚和电阻R9之间，微处理器U1的P11脚连接在SDA脚和电阻R10之间。

进一步，所述高亮LED灯组，包括安装在交通灯柱上的LED红灯、LED黄灯和LED绿灯。

进一步，所述8个GP2Y0A02YK0F红外测距传感器在交通灯柱1米处环交通灯柱一周均布安装。

进一步，所述KS109超声波测距传感器模块安装在交通灯柱2.5米高处，KS109超声波测距传感器模块的超声波束与水平面成20度。

对比现有技术，本实用新型有益效果在于：本实用新型提供的行人过街智能交通灯控制系统，主控制器和副控制器分别安装在公路两侧的灯柱上，分别负责公路两侧的数据分析及交通灯控制，通过红外测距模块阵列实时采集灯柱下的行人数量，通过超声波测距模块实时采集行人的行走时离开灯柱的距离及变化趋势，并将采集到的数据信息传送至微处理器；主副两个控制器通过蓝牙传输模块无线通信，完成两个微处理器的数据交换及综合，微处理器根据所计算的行人数量和通行最优化原则来设置行人通行控制策略，行人通行后，实时测量行人在斑马线上的位置，根据该数据、行人安全优先和通行效率来设置车辆通行策略，进而控制高亮LED灯组的显示；主控制器通过GPRS数据传输模块将高亮LED灯组实时显示状态的数据发送至城市交通控制中心服务器并接收统一调度指令。

声音采集器安装在交通灯柱上，用于采集救援车辆发出的警笛声，由于110、120、119三种警笛声音信号的波形、周期变化范围的唯一性，通过检测声音信号的基频可以准确识别救援车辆，声音采集器将声音信号实时传递至声音识别器，声音识别器会将接收到的声音信号与预存的警笛声音信号的基频进行比对，一旦认定为救援车辆，再结合所确认的声音信号的强度变化确定救援车辆的行驶方向，及时将确认信号和方向识别信号传送至微处理器，微处理器根据救援车辆的行驶方向控制交通灯的切换，保障救援车辆的快速通过。而且，过街行人根据交通灯的指示，能够及时进行避让，保证了安全。

红外测距模块阵列包括8个GP2Y0A02YK0F红外测距传感器，该红外测距传感器的分辨率为1mm，测量范围是20㎝-150㎝，有效的测量角度大于40°，在交通灯柱1米处环交通灯柱一周均布安装，将能360°无死角检测在灯柱下的等待过街行人的有无及其数量。超声波测距模块采用KS109超声波测距传感器模块，测量范围为8厘米至10米，超声波采用收发一体装置，其波束角约为10°，测量精度可达3毫米，探测频率可达500Hz，即每秒可探测500次，将该超声波测距传感器安装在灯柱2.5米高处，使其超声波束与水平面成20度。这样，超声波将仅检测斑马线上的行人，而灯柱下的人员将不会影响传感器的检测。

附图说明

图1是本实用新型的电气框图。

图2是本实用新型的红外测距模块接口电路的电路原理图。

图3是本实用新型的超声波测距传感器接口电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做出说明。

如图1所示的一种行人过街智能交通灯控制系统,包括主控制器和副控制器，所述主控制器和副控制器均包括一个控制单元；所述控制单元包括：微处理器、红外测距模块阵列、超声波测距模块、高亮LED灯组、蓝牙传输模块、警笛识别模块和电源模块，微处理器分别与红外测距模块阵列、超声波测距模块、高亮LED灯组、蓝牙传输模块、警笛识别模块和电源模块连接；所述警笛识别模块包括声音采集器和声音识别器，声音采集器和声音识别器连接，声音识别器与微处理器连接；声音采集器安装在交通灯柱上，用于采集救援车辆发出的警笛声；声音识别器内存储有110、120、119三种警笛信号的基频，用于识别警笛声并向微处理器发送确认信号；所述主控制器和副控制器通过进行蓝牙传输模块进行无线数据传输；所述主控制器还包括一个GPRS数据传输模块，GPRS数据传输模块与微处理器连接，用于主控制器与城市交通控制中心服务器之间的数据传输。所述微处理器采用STC12C5A60S2单片机。

所述红外测距模块阵列包括8个GP2Y0A02YK0F红外测距传感器，8个GP2Y0A02YK0F红外测距传感器在交通灯柱1米处环交通灯柱一周均布安装；微处理器与红外测距模块阵列通过红外测距模块接口电路连接；如图2所示，红外测距模块接口电路包括：微处理器U1、型号为ADC0808的数模转换器U2和用于接收8个GP2Y0A02YK0F传感器输出信号的接口模块J3；接口模块J3的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚与数模转换器U2的IN-0脚、IN-1脚、IN-2脚、IN-3脚、IN-4脚、IN-5脚、IN-6脚、IN-7脚依次对应连接；数模转换器U2的ADD-A脚、ADD-B脚、ADD-C脚、2-8脚、2-7脚、2-6脚、2-5脚、2-4脚、2-3脚、2-2脚、2-1脚与微处理器U1的P20脚、P21脚、P22脚、P07脚、P06脚、P05脚、P04脚、P03脚、P02脚、P01脚、P00脚依次对应连接；在数模转换器U2上，EOC脚分别于ALE脚和START脚连接；数模转换器U2的CLOCK脚与微处理器U1的P4.5/ALE/P脚连接。

所述超声波测距模块采用KS109超声波测距传感器模块，KS109超声波测距传感器模块安装在交通灯柱2.5米高处，KS109超声波测距传感器模块的超声波束与水平面成20度；所述微处理器与超声波测距模块通过超声波测距传感器接口电路连接；如图3所示，所述超声波测距传感器接口电路包括：在超声波测距传感器模块U7上，MODE脚和VCC脚分别连接到5V电源上，SCL脚串联电阻R9后连接到5V电源上，SDA脚串联电阻R10后连接到5V电源上；微处理器U1的P10脚连接在SCL脚和电阻R9之间，微处理器U1的P11脚连接在SDA脚和电阻R10之间。

警笛识别模块能够对警笛声准确识别，基于警笛声具有以下声学特征：

(1)声音强弱不变，只有振荡频率的变化；

(2)信号源单一，不是混合多种信号声音；

(3)音调是连续重复改变，其音调频率改变规律近似于锯齿波。

下表为国家标准GB8108-1999规定的特种车辆警报声的声学特征。

音调名称	音调频率(Hz)	重复周期(s)	主要用途
				紧急调频调	F：600-1500	0.333-0.385	治安警车
慢速双音转换调	F1:800±50，F2:1000±50	1.67-2.50	救护车
				连续调频调	F：600-1500	3.00-5.00	消防车

表1特征车辆警报音的声学特征(GB8108-1999音响频率和重复变调周期)

从表1可知，110、120和119三种警笛声的周期变化范围已知，并且互相不重叠，所以通过检测声音信号的基频，可以准确判断出警笛声。

现有的行人过街信号系统通常是依靠视觉相机进行行人识别，视觉相机对行人的识别，仅限于背景单一且行人密度很少的情况，其对环境光线要求较高。一旦光线强度变化较大时，将难以准确识别行人。实际的路测效果如表2。该表中的识别准确率每一项所测量的总次数为20次。

表2视觉的识别准确率

从表2可以看出，在灯柱下方采用识别人头的方式，其准确率较高，在斑马线上的较低。当行人数量较多时，其整体识别准确率都很低。

采用前述红外测距模块阵列+超声波测距传感器的方式，实际的测试效果如表3。该表中的识别准确率每一项所测量的总次数为20次。

表3红外+超声波组合的识别准确率

从表3可以看出，红外+超声波组合传感器测量的准确率与天气基本无关，所测人数对其结果影响较小。其整体的识别准确率较稳定，约为75％。

对比表2和表3，整体上看，红外+超声波组合传感器测量的准确率与比视觉识别准确率要稳定。当被识别的行人数量较多时，红外超声波组合传感器测量的准确率与比视觉识别准确率要高得多。

从软硬件设计及其成本上看，视觉识别的成本也是比红外超声波组合传感器成本高得多，且硬件连接和软件处理都比较复杂。从对环境的适应情况来看，视觉识别对天气及光线的适应性较差。因此，本实用新型采用红外+超声波组合传感器来识别行人并使用警笛识别模块来识别救援车辆，进而控制交通灯的自动切换，具有实质性的特点和进步。

结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

Claims

1.一种行人过街智能交通灯控制系统, 其特征在于：包括主控制器和副控制器，

所述主控制器和副控制器均包括一个控制单元；

所述控制单元包括：微处理器、红外测距模块阵列、超声波测距模块、高亮LED灯组、蓝牙传输模块、警笛识别模块和电源模块，微处理器分别与红外测距模块阵列、超声波测距模块、高亮LED灯组、蓝牙传输模块、警笛识别模块和电源模块连接；

所述警笛识别模块包括声音采集器和声音识别器，声音采集器和声音识别器连接，声音识别器与微处理器连接；声音采集器安装在交通灯柱上，用于采集救援车辆发出的警笛声；声音识别器内存储有110、120、119三种警笛信号的基频，用于识别警笛声并向微处理器发送确认信号；

所述主控制器和副控制器通过进行蓝牙传输模块进行无线数据传输；

所述主控制器还包括一个GPRS数据传输模块，GPRS数据传输模块与微处理器连接，GPRS数据传输模块用于主控制器与城市交通控制中心服务器之间的数据传输；

所述微处理器采用STC12C5A60S2单片机。

2.根据权利要求1所述的行人过街智能交通灯控制系统, 其特征在于：所述红外测距模块阵列包括8个GP2Y0A02YK0F红外测距传感器，所述微处理器与红外测距模块阵列通过红外测距模块接口电路连接；

所述红外测距模块接口电路包括：微处理器U1、型号为ADC0808的数模转换器U2和用于接收8个GP2Y0A02YK0F传感器输出信号的接口模块J3；

接口模块J3的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚与数模转换器U2的IN-0脚、IN-1脚、IN-2脚、IN-3脚、IN-4脚、IN-5脚、IN-6脚、IN-7脚依次对应连接；数模转换器U2的ADD-A脚、ADD-B脚、ADD-C脚、2-8脚、2-7脚、2-6脚、2-5脚、2-4脚、2-3脚、2-2脚、2-1脚与微处理器U1的P20脚、P21脚、P22脚、P07脚、P06脚、P05脚、P04脚、P03脚、P02脚、P01脚、P00脚依次对应连接；在数模转换器U2上， EOC脚分别于ALE脚和START脚连接；数模转换器U2的CLOCK脚与微处理器U1的P4.5/ALE/P脚连接。

3.根据权利要求1所述的行人过街智能交通灯控制系统, 其特征在于：所述超声波测距模块采用KS109超声波测距传感器模块，所述微处理器与超声波测距模块通过超声波测距传感器接口电路连接；

所述超声波测距传感器接口电路包括：在超声波测距传感器模块U7上，MODE脚和VCC脚分别连接到5V电源上，SCL脚串联电阻R9后连接到5V电源上，SDA脚串联电阻R10后连接到5V电源上；微处理器U1的P10脚连接在SCL脚和电阻R9之间，微处理器U1的P11脚连接在SDA脚和电阻R10之间。

4.根据权利要求1所述的行人过街智能交通灯控制系统, 其特征在于：所述高亮LED灯组，包括安装在交通灯柱上的LED红灯、LED黄灯和LED绿灯。

5.根据权利要求2所述的行人过街智能交通灯控制系统, 其特征在于：所述8个GP2Y0A02YK0F红外测距传感器在交通灯柱1米处环交通灯柱一周均布安装。

6.根据权利要求3所述的行人过街智能交通灯控制系统, 其特征在于：所述KS109超声波测距传感器模块安装在交通灯柱2.5米高处，KS109超声波测距传感器模块的超声波束与水平面成20度。