基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统及其控制方法，所述系统包括信号灯状态检测电路、超声波发射探头、超声波发射电路、超声波接收探头、超声波接收电路、微处理器以及摄像头，所述微处理器的输出端还连接有摄像头快门控制电路，该摄像头快门控制电路驱动所述摄像头的快门实现闯红灯车辆的抓拍；其中，所述超声波发射探头与超声波接收探头均设置在道路停车线与斑马线之间缓冲区的上方；所述摄像头设置在道路的上方且靠近停车线。其显著效果是：基于超声波测距的原理，不用在地面下埋设感应线圈，安装便利，使用成本低，出现故障后维修方便；不会受到天气等因素的影响，检测精度高。
【专利说明】基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到交通执法管理【技术领域】，具体地说，是一种基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的快速发展，人民的生活水平逐渐提高，汽车对我们来说越来越重要了。然而汽车越多，交通事故的发生率也就越严重。现实生活中闯红灯的现象非常严重，很多司机根本就不看红绿灯，直接横冲直撞，或者在绿灯快要结束的时候尽自己最大的可能经过这个路口，这就给行人造成严重的安全隐患。
[0003]现阶段智能交通系统的技术已经相当的成熟，在全球的各个国家的交通管理中都应用广泛，尤其是闯红灯抓拍系统的不断普及，解决了传统的只能由交警来发现违规的车辆，因此省了很多的人力物力。这种系统是在人行道和停车线之间的地下安装检测线圈，采用电磁感应原理对红灯时经过的车辆进行拍照。
[0004]然而，这种闯红灯抓拍系统有一定的局限性:线圈埋于地下，检测灵敏度较低；出现故障时维修不便、影响交通；使用成本高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统及其控制方法，该系统检测灵敏度较高，出故障后维修方便，使用成本低。
[0006]为达到上述目的，本发明表述一种基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统，其关键在于:包括信号灯状态检测电路、超声波发射探头、超声波接收探头、微处理器以及摄像头，所述信号灯状态检测电路与所述微处理器的一个输入端连接，该微处理器经过超声波发射电路驱动所述超声波发射探头发出超时波信号，所述超声波接收探头接收障碍物返回的超声波信号并通过超声波接收电路送入所述微处理器中，在所述微处理器的控制信号输出端还连接有摄像头快门控制电路，该摄像头快门控制电路驱动所述摄像头的快门实现闯红灯车辆的抓拍；
[0007]所述超声波发射探头与超声波接收探头均设置在道路停车线与斑马线之间的缓冲区上方，用于检测红灯时有无车辆通过所述缓冲区；所述摄像头设置在道路停车线的后上方，用于抓拍车辆闯红灯时的违章图像。
[0008]本系统在具体使用过程中，首先通过信号灯状态检测电路检测信号灯的状态，当绿灯结束时，微处理器则通过超声波发射电路驱动超声波发射探头持续发出超声波信号，并通过超声波接收探头接收障碍物返回的超声波信号，微处理器通过计算发送与接收超声波信号的时间差以及声音在空气中的传播速度，即可计算出障碍物与超声波接收探头间的距离，若此时有车辆闯红灯，测得的距离则相较于超声波探头与路面的距离变短，此时微处理器则判定有车闯红灯，并通过摄像头快门控制电路驱动所述摄像头的快门实现闯红灯车辆的抓拍。本系统不用在地面下埋设感应线圈，安装便利，使用成本低，出现故障后维修方便；通过超声波检测不会受到天气等因素的影响，检测灵敏度高。
[0009]作为更进一步的技术方案，所述摄像头快门控制电路包括三极管Ql与三极管Q2，三极管Ql的基极与所述微处理器的控制信号输出端相连，三极管Ql的集电极经电阻Rl后连接第一直流电源，三极管Ql的发射极接地，三极管Q2的基极与所述三极管Ql的集电极相连，三极管Ql的集电极经电阻R2与快门驱动电机M后接第二直流电源，三极管Q2的发射极接地。
[0010]作为更进一步的技术方案，所述信号灯检测电路通过信号灯控制信号或对信号灯进行图像采集获取信号灯状态。
[0011]作为更进一步的技术方案，在所述微处理器上还连接有显示模块，该显示模块采用IXD液晶显不屏。
[0012]通过将闯红灯车辆的信息通过显示屏公布，能够对后续经过的车辆起到警示的作用，有助于减小闯红灯的概率。
[0013]为了节省成本且不影响控制效果，所述微处理器采用STC12C5A6S2单片机。
[0014]结合上述的基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统的结构，本发明还提供了一种基于该闯红灯抓拍系统的控制方法，其关键在于按照以下步骤进行:
[0015]步骤1:系统初始化；
[0016]步骤2:所述微处理器通过信号灯状态检测电路获取信号灯状态，当绿灯结束时，所述微处理器发出信号通过超声波发射电路驱动超声波发射探头发生超声波信号；
[0017]步骤3:所述超声波接收探头接收障碍物发射的超声波信号，并通过超声波接收电路传输至所述微处理器中；
[0018]步骤4:所述微处理器按照I = l/2*c*t计算出超声波探头与障碍物之间的距离1，其中，t为超声波发送与接收的时间差，c为超声波传播速度；
[0019]步骤5:所述微处理器将步骤3获得的距离I与预设阈值L进行比较，若1〈L则判定为有车辆闯红灯，并发出控制信号通过摄像头快门控制电路驱动摄像头对该闯红灯车辆进行抓拍，若I = L则返回步骤I循环。
[0020]为简化计算，步骤4中所述超声波传播速度c取值为340m/s。
[0021]作为更进一步的技术方案，步骤5中所述预设阈值L为超声波探头与路面之间的距离。
[0022]本发明基于超声波测距的原理，当有车辆闯红灯时，测得的超声波接收探头与车顶之间的距离必定小于超声波接收探头与路面之间的距离，则可以判定该车辆为闯红灯车辆，随即通过摄像头进行抓拍，记录车辆闯红灯的证据。
[0023]本发明的显著效果是:基于超声波测距的原理，不用在地面下埋设线圈，安装便利，使用成本低，出现故障后维修方便；通过超声波检测不会受到天气等因素的影响，检测灵敏度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明的结构示意图；
[0025]图2是本发明的安装使用示意图；
[0026]图3是本发明中超声测距原理示意图；
[0027]图4是本发明中超声波发射电路与超声波接收电路原理图；
[0028]图5是本发明中微处理器与显示模块的电路原理图；
[0029]图6是本发明中摄像头快门控制电路原理图；
[0030]图7是本发明的控制方法流程图。
[0031]附图标记说明:1为道路，2为摄像头，3为超声波发射探头，4为超声波接收探头，5为斑马线。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】以及工作原理作进一步详细说明。
[0033]参见附图1-图2，一种基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统，包括信号灯状态检测电路、超声波发射探头、超声波接收探头、微处理器以及摄像头，所述信号灯状态检测电路与所述微处理器的一个输入端连接，该微处理器经过超声波发射电路驱动所述超声波发射探头发出超时波信号，所述超声波接收探头接收障碍物返回的超声波信号并通过超声波接收电路送入所述微处理器中，在所述微处理器的控制信号输出端还连接有摄像头快门控制电路，该摄像头快门控制电路驱动所述摄像头的快门实现闯红灯车辆的抓拍；所述信号灯状态检测电路用于获取信号灯状态，而为了减少成本，本例中将该信号灯状态检测电路直接与信号灯控制电路相连；所述超声波发射探头与超声波接收探头用于检测红灯时有无车辆通过缓冲区；所述摄像头用于对闯红灯车辆进行抓拍；所述微处理器用于信号处理并根据处理结果控制所述摄像头工作。
[0034]从图1中还可以看出，在所述微处理器上还连接有显示模块，该显示模块采用IXD液晶显示屏；所述微处理器采用STC12C5A6S2单片机。
[0035]如图2所示，图中标记I为道路，标记2为摄像头，标记3为超声波发射探头，标记4为超声波接收探头，标记5为斑马线，由此可以知道，所述超声波发射探头与超声波接收探头设置在道路停车线与斑马线之间缓冲区的上方，所述摄像头设置在道路的上方且靠近停车线。
[0036]本实施例中，超声波测距原理如附图3所示，首先通过超声波发射探头向道路发射超声波，然后通过超声波接收探头接收道路路面发射回超声波，根据发射与接收超声波的时间差以及声速即可计算得到超声波探头与道路路面的距离L。若此时有车辆经过，则发射与接收超声波的时间差变短，测得的超声波探头与车顶的距离为1，由图可以看出1〈L，则判定该车为闯红灯车辆，控制摄像头对该车辆进行抓拍。
[0037]如图4所示，微处理器通过发出控制信号至控制器U3，控制器U3发出高电平信号驱动三极管Q3导通，U4芯片工作从而通过超声波发射探头即图中的SI发出超声波信号，超声波接收探头即图中的S2接收障碍物反射回的超声波，并通过U5芯片进行放大和滤波后输出至控制器U3，然后将数字信号送至微处理器中进行计算处理。
[0038]参见附图5，图中单片机Ul即为微处理器，芯片U2为显示器，用于显示抓拍的车辆闯红灯时的违章图像。
[0039]如图6所示，所述摄像头快门控制电路包括三极管Ql与三极管Q2，三极管Ql的基极与所述微处理器的控制信号输出端相连，三极管Ql的集电极经电阻Rl后连接第一直流电源，三极管Ql的发射极接地，三极管Q2的基极与所述三极管Ql的集电极相连，三极管Ql的集电极经电阻R2与快门驱动电机M后接第二直流电源，三极管Q2的发射极接地。
[0040]绿灯结束时，若微处理器判定某车辆为闯红灯车辆，P30管脚输出高电平信号驱动三极管Ql导通，则三极管Q2导通，快门驱动电机带电工作，驱动摄像头的快门对车辆闯红灯时的违章图像进行抓拍。
[0041]如图7所示，结合上述基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统的结构，本实施例还表述了一种基于该闯红灯抓拍系统的控制方法，按照以下步骤进行:
[0042]步骤1:系统初始化；
[0043]步骤2:所述微处理器通过信号灯状态检测电路获取信号灯状态，当绿灯结束时，所述微处理器发出信号通过超声波发射电路驱动超声波发射探头发生超声波信号；
[0044]步骤3:所述超声波接收探头接收障碍物发射的超声波信号，并通过超声波接收电路传输至所述微处理器中；
[0045]步骤4:所述微处理器按照I = l/2*c*t计算出超声波传感器与障碍物之间的距离1，其中，t为超声波发送与接收的时间差，c为超声波传播速度；
[0046]步骤5:所述微处理器将步骤3获得的距离I与预设阈值L即超声波探头与路面之间的距离进行比较，若1〈L则判定为有车辆闯红灯，并发出控制信号通过摄像头快门控制电路驱动摄像头对闯红灯车辆进行抓拍，并将抓拍图片通过显示模块进行显示，若I = L则返回步骤I循环。
[0047]另外，本发明中为便于计算，所述超声波传播速度c取值为340m/s。
[0048]本方案基于超声波测距原理，当有车辆闯红灯时，测得的超声波探头与车顶之间的距离必定小于超声波探头与路面之间的距离，则可以判定该车辆为闯红灯车辆，随即通过摄像头对闯红灯违章图像进行抓拍，记录车辆闯红灯的证据。
【权利要求】
1.一种基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统，其特征在于:包括信号灯状态检测电路、超声波发射探头、超声波接收探头、微处理器以及摄像头，所述信号灯状态检测电路与所述微处理器的一个输入端连接，该微处理器经过超声波发射电路驱动所述超声波发射探头发出超时波信号，所述超声波接收探头接收障碍物返回的超声波信号并通过超声波接收电路送入所述微处理器中，在所述微处理器的控制信号输出端还连接有摄像头快门控制电路，该摄像头快门控制电路驱动所述摄像头的快门实现闯红灯车辆的抓拍； 所述超声波发射探头与超声波接收探头均设置在道路停车线与斑马线之间的缓冲区上方，用于检测红灯时有无车辆通过所述缓冲区；所述摄像头设置在道路停车线的后上方，用于抓拍车辆闯红灯时的违章图像。
2.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统，其特征在于:所述摄像头快门控制电路包括三极管Ql与三极管Q2，三极管Ql的基极与所述微处理器的控制信号输出端相连，三极管Ql的集电极经电阻Rl后连接第一直流电源，三极管Ql的发射极接地，三极管Q2的基极与所述三极管Ql的集电极相连，三极管Ql的集电极经电阻R2与快门驱动电机M后接第二直流电源，三极管Q2的发射极接地。
3.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统，其特征在于:所述信号灯检测电路通过信号灯控制信号或对信号灯进行图像采集获取信号灯状态。
4.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统，其特征在于:在所述微处理器上还连接有显示模块，该显示模块采用LCD液晶显示屏。
5.根据权利要求1或4所述的基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统，其特征在于:所述微处理器采用STC12C5A6S2单片机。
6.—种如权利要求1所述的基于超声波传感器的闯红灯抓拍系统的控制方法，其特征在于按照以下步骤进行: 步骤1:系统初始化； 步骤2:所述微处理器通过信号灯状态检测电路获取信号灯状态，当绿灯结束时，所述微处理器发出信号通过超声波发射电路驱动超声波发射探头发生超声波信号； 步骤3:所述超声波接收探头接收障碍物发射的超声波信号，并通过超声波接收电路传输至所述微处理器中； 步骤4:所述微处理器按照I = l/2*c*t计算出超声波探头与障碍物之间的距离1，其中，t为超声波发送与接收的时间差，c为超声波传播速度； 步骤5:所述微处理器将步骤3获得的距离I与预设阈值L进行比较，若1〈L则判定为有车辆闯红灯，并发出控制信号通过摄像头快门控制电路驱动摄像头对该闯红灯车辆进行抓拍，若I = L则返回步骤I循环。
7.根据权利要求6所述的超声波传感器的闯红灯抓拍系统的控制方法，其特征在于:步骤4中所述超声波传播速度c取值为340m/s。
8.根据权利要求6所述的超声波传感器的闯红灯抓拍系统的控制方法，其特征在于:步骤5中所述预设阈值L为超声波探头与路面之间的距离。
【文档编号】G08G1/01GK104318771SQ201410606257
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】张小云, 柏俊杰, 吴英, 向毅 申请人:重庆科技学院