摘要：文章介绍了目前交通灯存在的问题，利用MATLAB进行图像信号处理，并通过单片机对程序进行控制，交通灯根据道路车辆情况自动调整红绿灯停留时间，缓解城市主要道路的交通堵塞情况，同时对道路资源的浪费也起到一定改善作用。
关键词：MATLAB,信号处理,AT89C51单片机,交通灯
当今我国经济、科技水平迅速发展，汽车制造业也发生着日新月异的变化，生活水平的提高使大众对汽车的购买欲越来越强烈。同时，汽车数量的快速增长带来一系列社会问题，引起广泛关注的便是城市交通堵塞。每个城市的交通部门在路口都设置了交通灯，在重要道路甚至设立不止一个，依然避免不了拥堵的发生，而非主干道却畅通无阻，尽管红绿灯设置的时间不同，但道路突发状况不可掌控，无法及时根据实际进行调整。本文利用MATLAB进行图像信号处理将通过路口车流量转换成数字信号的形式，再通过单片机进行编程控制，合理调整时间从而减少道路资源及车主时间的浪费。
一、硬件、软件结构及功能
(1)AT89C51芯片。AT89C51，俗称单片机，是一种有4KB字节的FLASH存储器，同时也是CMOS 8位微处理器，其电压低、性能优势良好。AT89C51全静态工作范围为0Hz-24MHz，可以实现三级程序存储器锁定。其主要结构为128×8位内部RAM、可编程I/O线32个、16位定时器/计数器2个、中断源5个以及可编程串行通道，此外，AT89C51芯片内部有片内振荡器和时钟电路，低功耗的闲置和掉电模式让其在控制系统在应用更加广泛。（2)MATLAB软件。MATLAB是一个商业数学软件，MATLAB和Simulink两部分组成，应用宽泛，算法开发、数据可视化、数据剖析以及数值计算等都可以用MATLAB进行处理。MATLAB在工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测等方面应用广泛。本文主要利用其图像转换功能，将图像信号转换成数字信号进行计算从而确定交通灯工作方案。
二、设计思路
目前我国大部分交通灯使用单片机控制，本设计同样用51系列单片机中的AT89C51对交通信号灯进行控制，51系列单片机具有指令简单，外围电路不复杂，硬件设计简洁，IO接口操作方便等优点，适合在交通灯设计过程中使用。国内现有交通灯变化周期一般在20s-120s之间，绿灯停留时间决定了车流量，也影响着司机的行车体验，设计的智能交通灯可以根据车辆通过数量自行调整转换周期，下表为交通灯相位周期分类。
三、MATLAB图像处理
道路东西方向为X，南北方向为Y，交通灯摄像头拍摄的照片会传到工作电脑，通过MATLAB进行图形图像处理。MATLAB处理工作流程：(1)读取照片；(2)利用MATLAB进行操作，处理灰度、阈值；(3)得出X轴方向车流量密度P x;(4)得出Y轴方向车流量密度P y;(5)进行混合差分处理。
将X方向与Y方向进行比值处理：若P x/P y≥3，说明X方向非常拥堵，绿灯停留90s-120 s；若2≤P x/P y<3，说明X方向车流量较大，绿灯停留70s-90s；若1≤P x/P y<2，说明X方向不太拥堵，绿灯停留20s-70s。
四、单片机编程控制交通灯
主程序为主体，再加上延时子程序、显示子程序、中断子程序等就可以实现对交通灯的控制。
五、实际存在问题
此设计还存在一些无法避免的问题，在实际分析应用中会造成一些影响。原因有如下几点：(1)天气原因导致图像抓拍不清楚，另一方面，一天中时间不同，光强不同，拍出的照片清晰度也不同。(2)车辆颜色对读取产生影响，颜色越浅光感越强。(3)距离交通灯近的车辆数目可全部获得，远处只可以拍到车尾或者小型车被前面大车挡住无法识别。这些都会导致MATLAB在进行信号转换时无法根据图片进行准确处理，信号反馈给单片机时，单片机只能根据不精确的信号进行调整。
结语
智能交通灯的设计，使各个道路车流量达到平衡状态，减轻城市交通阻塞，节省道路资源，为人们出行提供了方便，减少堵塞的同时也减少了尾气排放，保护环境。
