一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统的制作方法
【专利摘要】一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统。涉及被动毫米波辐射探测领域。解决了现有交通灯控制系统中的车辆检测器存在电磁污染、安装复杂和探测性能较差导致探测精度低的问题。本发明所述的反射面通信天线的毫米波信号输出端与毫米波辐射计毫米波信号输入端连接，毫米波辐射计的电压信号输出端与单片机控制系统的电压信号输入端连接，电源模块用于给毫米波辐射计、单片机控制系统、数码管显示模块和红绿灯显示模块提供工作电源，单片机控制系统的第一显示控制信号输出端与数码管显示模块的显示控制信号输入端连接，单片机控制系统的第二显示控制信号输出端与红绿灯显示模块的显示控制信号输入端连接。本发明具体应用在交通灯控制领域。
【专利说明】一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统【技术领域】
[0001]本发明具体涉及被动毫米波辐射探测领域。
【背景技术】
[0002]随着城市机动车辆的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况。自20世纪80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，日益成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。
[0003]目前，国内大部分中小城市仍采用传统的交通灯控制模式，传统的交通信号灯，通常采用定时分配方式控制，主要存在三方面的缺陷:
[0004](I)车道放行车辆时，十字路口经常出现不同相位上车辆放行时间相同，车辆多的一方容易出现车辆堆积，造成下一路口的交通阻塞。
[0005](2)当某相位上无车时，恰好是该相位上的车辆通行时间，则在这段时间内，就出现了交通指挥盲点。
[0006](3)当一路口车流量很大时，不能够自动延长路口的绿灯时间，导致在一个周期内此路口的车辆不能完全通过。
[0007]可见，随着城市的不断发展，基于车流量的智能交通灯控制系统必将受到广大人民的青睐。·
[0008]目前，国内各城市使用传统交通灯的占绝大部分，根据车流量信号控制的智能交通灯产品较少。现存的车流量检测智能交通灯主要有以下三种方案。
[0009](一)遥感微波检测器(RTMS)
[0010]微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为10.525GHz或24.200GHz的连续频率调制微波(FMCW);在检测路面上，投映一个宽度为3_4米，长度为64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTMS反射一个微波信号，RTMS接收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息，尽管RTMS的检测精度高，但是成本高，且容易受到环境影响，存在电磁污染。
[0011](二)磁感应车辆检测器
[0012]这种环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。这些埋设在道路表面下的线圈可以检测到车辆通过时的电磁变化进而精确地算出交通流量。交通流量是交通统计和交通规划的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算占用率(表征交通密度)，在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车型分类等数据，但该系统的缺点是需将检测器埋入地底下，对已建成道路使用不方便。
[0013](三)红外线车辆检测器
[0014]红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测物体有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。如当汽车通过光扫描区域时，部分或全部光束被遮挡，从而实现对车辆数据的综合检测。但是该系统的缺点是在云、雾、雨、雪天气探测性能较差。
【发明内容】
[0015]本发明是为了解决现有交通灯控制系统中的车辆检测器存在电磁污染、安装复杂和探测性能较差导致探测精度低的问题，本发明提供了一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统。
[0016]一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统，它包括反射面通信天线、毫米波辐射计、单片机控制系统、数码管显示模块、红绿灯显示模块和电源模块；
[0017]所述的反射面通信天线的毫米波信号输出端与毫米波辐射计毫米波信号输入端连接，毫米波辐射计的电压信号输出端与单片机控制系统的电压信号输入端连接，电源模块用于给毫米波辐射计、单片机控制系统、数码管显示模块和红绿灯显示模块提供工作电源，单片机控制系统的第一显示控制信号输出端与数码管显示模块的显示控制信号输入端连接，单片机控制系统的第二显示控制信号输出端与红绿灯显示模块的显示控制信号输入端连接。
[0018]所述的毫米波辐射计包括I号高频放大器、2号高频放大器、3号高频放大器、平方检波器、滤波器、I号低频放大器和2号低频放大器，
[0019]所述的I号高频放大器的毫米波信号输入端为毫米波辐射计的毫米波信号输入端，I号高频放大器的毫米波信号输出端与2号高频放大器的毫米波信号输入端连接，2号高频放大器的毫米波信号输出端与3号高频放大器的毫米波信号输入端连接，3号高频放大器的毫米波信号输出端与平方检波器的高频信号输入端连接，平方检波器的低频信号输出端与滤波器的信号输入端连接，滤波器的信号输出端与I号低频放大器的电压信号输入端连接，I号低频放大器的电压信号输出端与2号低频放大器的电压信号输入端连接，2号低频放大器的电压信号输出端为毫米波辐射计的电压信号输出端。
[0020]原理分析:本发明采用被动毫米波成像探测技术，通过毫米波辐射计被动的检测目标点(车辆)和背景(道路)的亮温，探测出目标点和背景的亮温差异，从而检测出车流量的大小，然后用单片机控制系统对路口车流量进行统计，并执行相应的处理程序，来实现智能交通灯控制，从而实现根据车流量大小实时控制路口的通行情况。
[0021]被动毫米波成像技术探测车流量原理:自然界各种物质都不断向外辐射和反射电磁波，且不同物质的毫米波辐射与反射特性都不相同。一般来说，相对介电系数较高或导电率较高的物质，辐射率较小，反射系数较高。在相同的温度下，高导电材料较低导电材料的辐射温度低，即较冷。毫米波辐射计能分辨这些差异，具有很高的灵敏度，对收到的信号进行处理后，就能识别不同的目标。
[0022]如图3所示，X表示目标点(即车辆)T0, Ts, Tb分别代表目标点自身的物理温度、环境噪声温度和目标点背景的噪声温度。根据能量守恒定律，物体的反射率P、吸收率α以及透射率t有如下关系:
[0023]P + a +t=l (I)
[0024]根据克希荷夫定理，在热力学平衡条件下任何物质的发射等于它的吸收，即处于热力学稳定的物体其辐射率ε等于吸收率α。故(I)式可转化为:
[0025]ε +ρ +t=l (2)
[0026]因此，目标点的亮温值Ta可由式(I)所示:
[0027]Ta= ε T0+ P Ts+tTb (3)
[0028]由于金属的反射率接近1，当汽车在户外行驶或停车时，天空的亮温很低，在毫米波段，约为150K，而地面的亮温较高，约为270K?320K，汽车几乎完全反射天空的亮温，因此，与地面的亮温差异超过100K，可以很好的分辨汽车与路面。因此，我们可以通过汽车亮温的输出峰值的大小与数值，智能探测路口的车流量，通过单片机控制系统给出显示控制信号。
[0029]本发明所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统跟三种现存流量控制智能交通灯技术相比具有很大技术优势:
[0030]>现有交通灯控制系统中遥感微波检测器(RTMS)造价高，且需要对车辆发射电磁波，存在电磁污染，而本发明采用的技术是被动探测，更加环保；
[0031]>现有交通灯控制系统中磁感应车辆检测器需要将检测器埋入地底下，对已建成道路使用不方便；而本发明不需要埋入地下，且安装方便；
[0032]>现有交通灯控制系统中红外线车辆检测器在云、雾、雨、雪天气探测性能较差，而本发明采用毫米波辐射计，探测性能强，且探测性能提高了 30%以上。
[0033]本发明采用的被动毫米波成像技术探测车流量克服了现有技术中被动毫米波成像技术应用在车流量的探测上，我们是首次将被动毫米波成像探测技术应用在智能交通灯的控制上。在这之前的智能交通灯控制系统都不是应用的被动毫米波成像技术。交通灯控制系统在十字路口要监测4个方向的车流量，需要实时的监测车流量信号，并且汽车都是运动的，有一定的速度，车流量也有大小之分，这就要求辐射计具有较高的灵敏度和精度。现有的辐射计的灵敏度和精度无法满足交通灯系统的要求，首要现有的辐射计内包括本震结构，这就使得辐射计尺寸变的很大，重量很重，很难架设在高空中。其次，现有的辐射计积分时间是I秒时，才能达到灵敏度为1K，在车流量很大，车速很快的情况下，不能满足实时监控的要求。本发明所述的毫米波辐射计没有本震结构，尺寸较小，重量轻且本方法所述的毫米波辐射计的积分时间是500微秒，就能达到灵敏度为1K，是现有辐射计灵敏度的2000倍，提高了本发明所述的基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统的探测精度。完全可以满足实时监控车流量大小的要求。
[0034]本发明所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统与传统的交通灯控制系统相比，本发明可以通过车流量检测信号进行控制，更加智能，可以更好地解决路口拥堵问题，且安装方便，不具有破坏性，更加环保，可靠性强，成本适中，具有很大的技术优势和市场竞争力。
【专利附图】
【附图说明】[0035]图1为本发明所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统的原理示意图；
[0036]图2为【具体实施方式】二所述的毫米波辐射计的原理示意图；
[0037]图3为本发明通过毫米波辐射计采集车辆的毫米波信号的原理示意图。
【具体实施方式】
[0038]【具体实施方式】一:参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统，它包括反射面通信天线1、毫米波辐射计2、单片机控制系统3、数码管显示模块4、红绿灯显示模块5和电源模块6 ；
[0039]所述的反射面通信天线I的毫米波信号输出端与毫米波辐射计2毫米波信号输入端连接，毫米波辐射计2的电压信号输出端与单片机控制系统3的电压信号输入端连接，电源模块6用于给毫米波辐射计2、单片机控制系统3、数码管显示模块4和红绿灯显示模块5提供工作电源，单片机控制系统3的第一显示控制信号输出端与数码管显示模块4的显示控制信号输入端连接，单片机控制系统3的第二显示控制信号输出端与红绿灯显示模块5的显示控制信号输入端连接。
[0040]本实施方式中，单片机控制系统3对接收的电压信号进行处理获得路面车流量信息，并控制红绿灯显示模块5的这一过程可通过现有技术实现。
[0041]反射面通信天线I用于接收路面信息。
[0042]【具体实施方式】二:参见图2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统的区别在于，所述的毫米波辐射计2包括I号高频放大器2-1、2号高频放大器2-2、3号高频放大器2-3、平方检波器2-4、滤波器2-5、I号低频放大器2-6和2号低频放大器2-7，
[0043]所述的I号高频放大器2-1的毫米波信号输入端为毫米波辐射计2的毫米波信号输入端，I号高频放大器2-1的毫米波信号输出端与2号高频放大器2-2的毫米波信号输入端连接，2号高频放大器2-2的毫米波信号输出端与3号高频放大器2-3的毫米波信号输入端连接，3号高频放大器2-3的毫米波信号输出端与平方检波器2-4的高频信号输入端连接，平方检波器2-4的低频信号输出端与滤波器2-5的信号输入端连接，滤波器2-5的信号输出端与I号低频放大器2-6的电压信号输入端连接，I号低频放大器2-6的电压信号输出端与2号低频放大器2-7的电压信号输入端连接，2号低频放大器2-7的电压信号输出端为毫米波辐射计2的电压信号输出端。
[0044]本实施方式中所述的I号高频放大器2_1、2号高频放大器2-2和3号高频放大器2-3均为高频低功率噪声放大器。
[0045]本实施方式中所述的I号低频放大器2-6和2号低频放大器2-7均为低频低功率噪声放大器。
[0046]【具体实施方式】三:参见图1和2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一或二所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统的区别在于，所述的单片机控制系统3采用AT89C51实现。
[0047]【具体实施方式】四:参见图2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】二所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统的区别在于，I号高频放大器2-1、2号高频放大器2-2和3号高频放大器2-3的型号相同。
[0048]【具体实施方式】五:参见图2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】二所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统的区别在于，所述的I号低频放大器2-6和2号低频放大器2-7的型号相同。
【权利要求】
1.一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统，其特征在于，它包括反射面通信天线(I)、毫米波辐射计(2)、单片机控制系统(3)、数码管显示模块(4)、红绿灯显示模块(5)和电源模块(6)； 所述的反射面通信天线(I)的毫米波信号输出端与毫米波辐射计(2)毫米波信号输入端连接，毫米波辐射计(2)的电压信号输出端与单片机控制系统(3)的电压信号输入端连接，电源模块(6)用于给毫米波辐射计(2)、单片机控制系统(3)、数码管显示模块(4)和红绿灯显示模块(5)提供工作电源，单片机控制系统(3)的第一显示控制信号输出端与数码管显示模块(4)的显示控制信号输入端连接，单片机控制系统(3)的第二显示控制信号输出端与红绿灯显示模块(5)的显示控制信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统，其特征在于，所述的毫米波辐射计(2)包括I号高频放大器(2-1)、2号高频放大器(2-2)、3号高频放大器(2-3)、平方检波器(2-4)、滤波器(2-5)、1号低频放大器(2-6)和2号低频放大器(2-7)， 所述的I号高频放大器(2-1)的毫米波信号输入端为毫米波辐射计(2)的毫米波信号输入端，I号高频放大器(2-1)的毫米波信号输出端与2号高频放大器(2-2)的毫米波信号输入端连接，2号高频放大器(2-2)的毫米波信号输出端与3号高频放大器(2-3)的毫米波信号输入端连接，3号高频放大器(2-3)的毫米波信号输出端与平方检波器(2-4)的高频信号输入端连接，平方检波器(2-4)的低频信号输出端与滤波器(2-5)的信号输入端连接，滤波器(2-5)的信号输出端与I号低频放大器(2-6)的电压信号输入端连接，I号低频放大器(2-6)的电压信号输出端与2号低频放大器(2-7)的电压信号输入端连接，2号低频放大器(2-7)的电压信号输出端为毫米波辐射计(2)的电压信号输出端。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统，其特征在于，所述的单片机控制系统(3)采用AT89C51实现。
4.根据权利要求2所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统，其特征在于，I号高频放大器(2-1)、2号高频放大器(2-2)和3号高频放大器(2-3)的型号相同。
5.根据权利要求2所述的一种基于车流量的被动毫米波智能交通灯控制系统，其特征在于，所述的I号低频放大器(2-6)和2号低频放大器(2-7)的型号相同。
【文档编号】G08G1/08GK103680161SQ201310737983
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】付彦志, 王楠楠, 邱景辉, 亚历山大·杰尼索夫, 刘浩, 褚红军, 董佳鑫, 特尼格尔, 张鹏宇 申请人:哈尔滨工业大学