本实用新型涉及交通系统领域，是一种基于单片机的图像识别与智能交通灯控制系统。
背景技术：
近年来经济发展迅速，私家车得到普及，家庭小轿车拥有量增长迅速，交通越来越繁忙，对于交通安全措施的要求也越来越高，但是城市中的道路发展未能很好地跟上道路车辆增长。传统老旧的道路有以下安全隐患。
首先，道路一般都比较狭窄且多小路口，很多情况在道路中还停满小汽车，在夜晚光线欠缺的情况下很难察觉，特别在转弯路段更是容易发生事故。
其次，有部分转角处安装了凸面反光镜，但是晚上的车灯照明经凸面反光镜的反射会影响对向行驶的司机视觉，而且凸面反光镜一般安装在转角的最远方且显示效果不够简洁直白，观察凸面反光镜会使司机的注意力从路面状况转移到凸面反光镜上，带来很多交通安全隐患。
技术实现要素：
本实用新型为一种基于单片机的图像识别与智能交通灯控制系统，包括负责图像识别和警示灯控制的单片机101、用于采集外部道路图像的摄像头模块102、用于显示警示灯状态以及道路状况的警示灯模块110以及用于给系统供电和利用太阳能发电的电源模块109，所述的摄像头模块102、警示灯模块110均与单片机101相连接，所述的电源模块109为摄像头模块102、警示灯模块110、单片机101供电。
所述的单片机101负责图像识别和警示灯控制，单片机101与电源模块109相连。
所述的摄像头模块102包括前后方的摄像头以及摄像头图像采集控制电路。摄像头具备红外功能，前后方向的摄像头均经摄像头图像采集控制电路与单片机101相连。摄像头模块102与电源模块109相连。
所述的警示灯模块110包括前后方向的红、黄、绿警示灯104以及警示灯开关控制电路103，前后方向的红、黄、绿警示灯104的信号源输入端经警示灯开关控制电路103接收单片机101的开关控制信号，前后方向的红、黄、绿警示灯104的电源输入端经警示灯开关控制电路103均与电源模块109相连。
所述的电源模块109包括电池106、电压采样电路107、太阳能充电板105以及外接电源充电口108，电池106向单片机101、摄像头模块102以及警示灯模块110提供能源，单片机101通过电压采样电路107检测电池106电压，太阳能充电板105利用太阳能转化来的电能为电池106充电，外接电源充电口108可外接电源为电池106充电。
摄像头模块102采集实时图像并通过摄像头控制电路传到单片机101上，单片机101的内部程序对图像进行识别，检测是否有车辆驶进，根据检测结果，单片机101向相应警示灯104发出信号，对应警示灯104响应信号实现亮灯。
本实用新型为一种基于单片机的图像识别与智能交通灯控制系统。摄像头具备红外功能，在白天夜晚均能工作，能够检测摄像头所拍摄方向是否有汽车驶进。在转弯处安装本系统能够在车辆驶进前提前预警双向车道，降低对向行驶事故发生几率，适用于任何道路狭小、多弯的道路。
附图说明
图1为本实用新型的控制电路结构图。
图2为本实用新型的单片机101与摄像头模块102间线路连接示意图。
图3为本实用新型的工作流程图。
图4为本实用新型的工作场景示意图。
具体实施方式
以下将结合图1至图4，对本实用新型所描述的一种基于单片机的图像识别与智能交通灯控制系统的优选实例进行详细的描述。
下文中如出现“前”、“后”字样，仅表示相对一个双向转弯路口的一侧驶入路口的来车方向而言另一侧驶入路口的来车方向，并不对结构起限定作用。
本实用新型为一种基于单片机的图像识别与智能交通灯控制系统，其功能模块如图1所示，包括负责图像识别和警示灯控制的单片机101、用于采集外部道路信息的摄像头模块102、用于显示警示灯状态以及道路状况的警示灯模块110、用于给系统供电和利用太阳能发电的电源模块109。所述的摄像头模块102、警示灯模块110均与单片机101相连接，所述的摄像头模块102、警示灯模块110、单片机101均与电源模块109相连接。
单片机101实现图像分析和信号灯控制的功能，本实例中采用单片机型号为STM32F103RCT6。
摄像头模块102包括前后方的摄像头以及摄像头图像采集控制电路。本实例中采用摄像头型号为OV7670。摄像头图像采集控制电路分为摄像头数据线路和摄像头控制线路。摄像头数据线路与单片机101连接，实现向单片机101传输图像功能。摄像头控制线路与单片机101连接，实现向单片机101发送图像采集控制信号的功能。
单片机101通过摄像头数据线路和摄像头控制线路与摄像头相连，实现摄像头控制信号和摄像头图像的接收，单片机与摄像头模块间的线路连接方式如图2所示。摄像头控制线路负责向单片机101发送来自摄像头的控制信号，主要包含RCLK和VSYNC，其中RCLK负责读FIFO时钟，VSYNC为帧同步信号。摄像头数据线路负责接收摄像头传输过来的图像，并将图像传输到单片机101内，最终通过单片机101内部的程序对图像进行处理。摄像头数据线路主要包含D0~D7，为8位一组的8位FIFO图像输出线路。
当单片机101进行图像采集时，单片机101先通过摄像头控制线路获取摄像头发送的2次帧同步信号VSYNC，此时FIFO内存放了完整的一帧图像，然后根据从摄像头控制线路获取的读FIFO时钟RCLK，从D0~D7的8位FIFO图像数据输出线路获取摄像头传来的图像，等到图像获取完成后开始等待下一次的2个帧同步信号VSYNC。
警示灯模块110包含前后方向的红、黄、绿三种颜色的警示灯104和警示灯开关控制电路103。单片机101与警示灯104经警示灯开关控制电路103相连接，实现单片机101控制警示灯104亮、灭功能。
具体警示灯开关控制电路103包含红、黄、绿三种颜色警示灯104的开关控制电路，分别与对应的警示灯相连。每一个开关控制电路内部采用功率开关管实现，当单片机101向警示灯开关控制电路103输出其输出高电平时，功率开关管导通，电池106向警示灯104供电。
具体单片机101使用三根数字信号线分别接入警示灯开关控制电路103内对应的红、黄、绿三种颜色警示灯104的开关控制电路，以控制三个颜色的警示灯104的亮、灭。每根数字信号线输出高电平时则对应的警示灯104亮起；每根信号线输出低电平时则对应的警示灯104熄灭。
当单片机101根据图像处理结果向其中一根数据信号线发出高电平时，连接对应数据信号线的警示灯开关控制电路103向所连接的警示灯104发出亮灯信号，并延时一段时间。
电源模块109包括电池106、电压采样电路107、太阳能充电板105以及外接电源充电口108。单片机101与电压采样电路107连接，获取到电池106的电压值，单片机101再通过电压值推算出电池106电量水平。太阳能充电板105与电池106连接，实现利用太阳能转化来的电能给电池106充电的功能。外接电源充电口108与电池106连接，实现可外接电源给电池106充电的功能。
本实用新型描述的一种基于单片机的图像识别与智能交通灯控制系统的工作过程如图3所示。
启动该系统首先进入初始化202的处理，单片机101通过摄像头数据线路D0~D7以及控制线路RCLK和VSYNC获取一副图像，作为初始背景帧。然后进入图像采集和识别及信号灯控制的循环。
在循环内，第一个处理是图像采集203，图像采集203的程序逻辑是单片机101通过摄像头数据线路D0~D7以及控制线路RCLK和VSYNC获取一副图像，作为当前前景帧。
然后进入是否到达背景帧更新周期的判断204。背景帧更新周期选取范围为1~5分钟，背景帧更新周期具体取值在选取范围内视实际情况选取。
若已经到达背景帧更新周期，则进行背景帧更新205的处理。背景帧更新205的处理的内部程序逻辑是：上述当前前景帧与上述背景帧的差异小于一个预设的阈值，则使用当前前景帧作为新的背景帧，否则不更新背景帧。在背景帧更新205的处理完成之后，进入关闭系统的判断208。
若未达到背景帧更新周期，则进入图像识别206的处理。图像识别206的处理的内部程序逻辑是：使用上述当前前景帧与上述背景帧进行比较，若差异超过另一个预设的阈值，则认为有车辆驶入，否则认为没有车辆驶入。
上述图像识别206的处理完成之后，再进入转变警示灯207的处理。转变警示灯207的处理的内部程序逻辑是：根据警示灯模块110当前亮灯状态和亮灯时间，以及上述图像识别206的处理对于是否存在车辆驶入的判断结果，警示灯模块110将有四种反应动作。四种反应动作如下。
反应一：当前警示灯模块110的状态为亮起红灯，若判断为有车辆驶入，则保持红灯亮起状态，且重置延时时间。
反应二：当前警示灯模块110的状态为亮起红灯，若判断为无车辆驶入，则不改变警示灯模块110的状态，继续计算延时时间。若延时时间结束，则转换警示灯104的状态为亮起绿灯，绿灯亮起状态下不计算延时时间。
反应三：当前警示灯模块110的状态为亮起绿灯，若判断为有车辆驶入，则转换警示灯104的状态为亮起红灯，且开始计算延时时间。
反应四：当前警示灯模块110的状态为亮起绿灯，若判断为无车辆驶入，则保持绿灯亮起状态，绿灯亮起状态下不计算延时时间。
以上转换警示灯207的处理完成之后，进入是否关闭系统的判断208。
循环内最后一个处理是是否关闭系统的判断208：若需要关闭系统，则退出循环，进行关闭系统209的操作，否则进入下一次循环。
本实用新型所描述的一种基于单片机的图像识别与智能交通灯控制系统的优选实例的实际场地部署示意图如图4所示。
警示灯模块110以正对来车方向安装在弯道两侧距离弯道5米处，通过信号线与单片机101相连。
图像采集处理部分301安装在弯道外侧内角上方，组成部分包含单片机101，电源模块109，摄像头模块102。
摄像头模块102的前、后摄像头分别正对两侧车道，安装在电源模块109以及单片机101下方。摄像头模块102的俯视角度根据镜头焦距适当调整，以确保摄像头拍摄范围302的宽度与道路的宽度相等。
电源模块109中的太阳能充电板105安装在摄像头模块102上方，便于更充分的接收太阳光照；电源模块109其他部分以及单片机101安装在太阳能充电板105下方。