呂 亮 李鵑偉

（上海地鐵維護保障有限公司車輛分公司，上海 200232）

0 引言

道路、橋梁及交通設備經常需要維修保養(yǎng)，例如地鐵電梯等，經常要在公共場合隔離維修，有時很多建材要臨時堆放在路邊。而由于現(xiàn)在人們的生活節(jié)奏快，做事爭分奪秒，很多人在走路時看書、看手機，如果在其行走的路線上有障礙物就會非常危險。正是由于這個原因，我們探討設計出一個障礙物主動報警器。當人們距障礙物過近時，主動警告人們障礙物的存在。下面將具體對設計方案及可實現(xiàn)的功能進行介紹。

1 方案設計

研究該種障礙物主動報警器的目的就是用其來檢測人員或物體與障礙物的距離，進而語音提醒人員與障礙物的安全距離，以此來保障行人的安全。由于環(huán)境不同，所以要求的安全距離也不同，可以跟據(jù)需要進行調節(jié)，或將某角度的探測器關閉。

首先，我們研究的設備要能探測人和物體，所以設備組成肯定要有距離探測元件。其次，要對探測到的信號進行收集和處理，所以設備要有一個中央控制器單元，進行信號的輸入、輸出處理。夜間警示燈要自動亮起，所以設備還需要有感光元件及警示燈。最后我們還需要語音模塊，能夠儲存語音內容，可以被中央控制單元控制，可以發(fā)出各種不同的報警語音。最后報警器還要有聲音播報能力的揚聲器（喇叭）。

障礙物主動報警器由一個中央控制單元（MCU）、4 個距離探測器（4 個方向360°）、1 個語音模塊、1 個感光器及夜間警示燈組成。

1.1 設備選材討論

障礙物主動報警器為了能實現(xiàn)其設計目的，我們需要使用一些電子元件來實現(xiàn)設備的功能。

首先，要選擇設備的中央控制器MCU，PLC 或單片機因其控制能力優(yōu)秀都可以被選用，但結合元件的大小、價格、耗能方面的因素，單片機優(yōu)勢明顯，所以決定采用AVR單片機作為設備的MCU[1]。

其次，電源的選取，因為使用單片機作為中央控制器，所以采用5 V 可充電電池作為設備電源。

再次，測距探頭可選用激光測距、雷達測距、紅外線測距等，由于激光測距探頭使用簡單、精度高、探測距離調節(jié)方便等優(yōu)點，所以最終設備采用激光測距方法檢測人員及物體。

最后，還有需要1 個感光器，控制設備上的夜晚指示燈及一個語音提醒模塊等。

1.2 設備的總體結構

障礙物主動報警器由5 V 電池、ATMEG16A 單片機、光電探測模塊、語音模塊、光感模塊，警示燈及一些開關元件等組成。

該障礙物主動報警器設計為4 路，4 個方向進行探測（可跟據(jù)需要設計成6 路、8 路）。每路探測距離為0.2 m～1.5 m，可根據(jù)需要調節(jié)或著關閉。在該設備上裝有光感器，在夜間會有紅色指示燈亮起，指示障礙物的位置，對人員進行警示。

2 工作原理驗證及說明

如圖1 所示，其為障礙物主動報警器電路原理圖[2]，按原理圖所示，我們進行設備功能驗證與說明。

電路圖元件：U1-單片機，U2～U5-探測器，U6-電源，U7-感光器，U8-語音模塊，U9-數(shù)據(jù)下載，S1～S4-單路開關，S5-復位開關，C1～C4-為調探測距離電容，B1-擴音器，L1-夜晚警示燈，Q1-PNP 三極管，Y1-12 MHz 晶振。

2.1 電路功能說明

以第1 路探測回路舉例說明其工作原理。在設備通電后，探測器發(fā)出漫反射信號，當有物體進入其有效探測距離（調節(jié)C1 旋鈕，探測可調距離為0.5 m～1.5 m）后，其會向單片機P10 口輸出一路低電平信號，當單片機接收到后會把P10 ＝0 作為標志位，經內部程序處理，單片機會持續(xù)將P23 口置零，向語音模塊輸出一個低電平觸發(fā)信號，語音模塊接到信號后就會對外發(fā)出報警語音（其播報內容可提前設置在模塊芯片內）。

當人員或物體離開探測器的有效探測距離后，其向單片機P10 口輸出的低電平信號消失，單片機內部P10 口電位變成高電平，退出執(zhí)行向P23 口置零的操作，P23 口輸出電平從低電平變?yōu)楦唠娖?，語音模塊的觸發(fā)信號消失，停止語音警報。同樣其他回路的探測器也是如此工作，當探測到物體時都會觸發(fā)語音模塊的播報。

圖1 障礙物主動報警器電路圖

夜間感光模塊（感光度可調）工作，其輸出低電平信號，使單片機P22 口置零，當單片機收到P22 ＝0 信號后，會持續(xù)的向P27 口輸出一個低電平觸發(fā)信號，使PNP 三極管觸發(fā)導通，這時紅色指示燈亮。當天亮光線好后，P22 口低電平信號消失后，單片機P27 口的觸發(fā)信號也消失，指示燈熄滅[3]。

2.2 小結

通過硬件設計，電路圖驗證，障礙物主動報警器可以達到其設計功能，可以實現(xiàn)當設備檢測到人員、物體靠近時會主動發(fā)出語音報警的設計目的。運用AVR Studio 軟件進行單片機的程序編寫，用看門狗程序來增加程序的穩(wěn)定性。

3 結語

障礙物主動報警器自帶電源，元器件全部集成在箱體內，可隨意移動、多角度探測。使用單片機進行編程控制，可以關閉不需要探測方向的探頭。使用起來非常靈活，可跟據(jù)具體地理情況對設備進行方向及探測距離的設定。其可放置在障礙物內或面上，設備小巧，可以和障礙物融為一體，在人或物接近到障礙物危險距離時主動向人或物報警。

障礙物主動報警器，是障礙物主動探測報警，主動向行人及物體報警。與以往障礙物的被動、被探測有本質區(qū)別，這在安全運用上是一個創(chuàng)新，由一慣的被動變主動提示報警來保證人員及物品安全。

圖1 為障礙物主動報警器樣圖，是運用單片機來集中控制測距模塊、光感模塊、語音模塊，是一個新的技術嘗試和運用，是一次新的實踐和技術上的運用。

障礙物主動報警器特別適用于公共場所的施工及物品的臨時堆放處，以及道路、橋梁、交通設備需要維修保養(yǎng)處。例如地鐵電梯，經常要在公共場合隔離維修，工地很多建材要臨時堆放在路邊，經常由于防護不到位及人員本身疏忽等原因，造成人身傷害，有了障礙物主動報警器可以有效減少人身傷害事故的發(fā)生。