北京聯(lián)合大學(xué) 李唯唯 王丹丹 唐 達(dá) 霍宇健 郭煥萍

當(dāng)前，國內(nèi)外車禍發(fā)生率依舊居高不下，沒有人希望車禍發(fā)生，但總有人闖紅燈。人民物質(zhì)生活水平提高的同時(shí)，人們對(duì)安全越來越重視。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了安全過馬路系統(tǒng)。該研究能在一定程度上做到減少闖紅燈的現(xiàn)象的發(fā)生，降低因?yàn)殛J紅燈發(fā)生交通事故事件的概率，減少安排在斑馬線處的交通員和志愿者們的壓力。該項(xiàng)目研究系統(tǒng)簡(jiǎn)單方便，功能多且實(shí)用，能夠普遍應(yīng)用于生活之中，該項(xiàng)目具有較強(qiáng)的適用性和廣泛的應(yīng)用前景。

項(xiàng)目主要是根據(jù)現(xiàn)在過斑馬線發(fā)生的意外的情況，制定出了一些措施，在一定程度上減少意外的發(fā)生。系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)與紅外感應(yīng)對(duì)行人的安全進(jìn)行了監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)。

1 紅外感應(yīng)過馬路系統(tǒng)的創(chuàng)想

1.1 當(dāng)前過斑馬線的現(xiàn)狀

“低頭族”忙著玩手機(jī)，總是不知道自己會(huì)走到哪個(gè)地方，即使走到了斑馬線很多人都不會(huì)看紅路燈直接就過馬路，不但容易發(fā)生危險(xiǎn)事故還容易造成交通擁堵。我們希望研究出一套切實(shí)完善的安全過馬路的系統(tǒng)，做到杜絕闖紅燈現(xiàn)象，改掉中國式過馬路的壞習(xí)慣，減少交通事故的發(fā)生，希望每個(gè)過斑馬線的人都做到：寧讓三分，不搶一分，共同維護(hù)好交通規(guī)則減少交通事故的發(fā)生。

1.2 現(xiàn)狀提出的創(chuàng)想

過斑馬線的現(xiàn)狀，我們想到“低頭族”不小心闖紅燈是因?yàn)闆]有人去提醒他，“中國式過馬路”的現(xiàn)象是因?yàn)槿狈Π踩R(shí)，所以我們從這些根源上提出解決方法。對(duì)于行人過馬路問題，該項(xiàng)目能做到檢測(cè)—提醒—警告的三步走策略。在斑馬線處的一定區(qū)域內(nèi)的安全系統(tǒng)，及距離斑馬線有一定距離處，人走進(jìn)這段區(qū)域內(nèi)，會(huì)被紅外感應(yīng)檢測(cè)出來，不聽勸阻過馬路的人，會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器然后發(fā)出鳴響聲，起到提醒作用。依舊闖紅燈者，蜂鳴器會(huì)持續(xù)鳴響，起到警示作用。這樣就能在紅燈亮起的時(shí)候，“低頭族”踏進(jìn)這一塊的安全區(qū)域蜂鳴器發(fā)出提醒，也能減少中國式過馬路的現(xiàn)象。

2 紅外感應(yīng)過馬路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 紅外感應(yīng)過馬路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

以斑馬線等待的安全區(qū)域?yàn)橹?，紅外感應(yīng)和紅綠燈相互傳遞信息，當(dāng)該區(qū)域紅外感應(yīng)檢測(cè)到有行人闖入，則會(huì)傳送信號(hào)，這時(shí)候會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出聲音以起到提示作用；闖入者如果無視警告音繼續(xù)前進(jìn)，蜂鳴器會(huì)持續(xù)鳴響起到警告作用。這是我們項(xiàng)目根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能想的設(shè)計(jì)思路，具體實(shí)現(xiàn)還需要考察實(shí)用性、標(biāo)準(zhǔn)性、供求性、技術(shù)性等因素，需要確保實(shí)現(xiàn)這些功能不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程有很大影響。

2.2 紅外感應(yīng)過馬路系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)

考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性以及將來的發(fā)展趨勢(shì)，我們選用單片機(jī)來進(jìn)行開發(fā)，單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)很多功能的操控，可移植力強(qiáng)并且很適合硬件進(jìn)行編程，我們選擇市場(chǎng)上最常見的M51單片機(jī)，用它去實(shí)現(xiàn)安全過馬路系統(tǒng)，單片機(jī)編程器成本低但開發(fā)力度強(qiáng)的軟件，適合用于實(shí)現(xiàn)一些硬件的設(shè)計(jì)，能夠接受其他軟件傳來的信息，并且編譯的語言不復(fù)雜。對(duì)于實(shí)現(xiàn)一些比較簡(jiǎn)單的功能，用單片機(jī)就會(huì)比較適用。在市面上很容易買到這些材料，容易實(shí)現(xiàn)安全過馬路系統(tǒng)。

圖1 紅燈和黃燈亮的時(shí)候工作狀態(tài)圖片

3 紅外感應(yīng)過馬路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 紅外感應(yīng)過馬路系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)述

紅外感應(yīng)安全過馬路系統(tǒng)，其研究主要目的是防范行人闖紅燈，減少交通事故。我們?cè)O(shè)置一個(gè)相對(duì)比較安全的過馬路區(qū)域，在這個(gè)安全區(qū)域里面用紅外感應(yīng)對(duì)人體進(jìn)行檢測(cè)。為禁止行人闖紅燈，我們?cè)O(shè)置了如下操作：（1）行人在紅燈期間走入安全區(qū)域會(huì)被紅外感應(yīng)檢測(cè)到；（2）行人還是繼續(xù)走近斑馬線時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出鳴響聲音，起到提醒作用；（3）對(duì)于依舊闖紅燈的行人，我們的蜂鳴器將持續(xù)發(fā)出鳴叫起到警告作用。安全過馬路系統(tǒng)的研究能有效提高人們的安全意識(shí)、幫助行人安全過馬路，該項(xiàng)目的研究能有效防范闖紅燈現(xiàn)象、減少因?yàn)殛J紅燈導(dǎo)致的交通事故的發(fā)生。

啟動(dòng)電路之后需要1-2min的系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。啟動(dòng)后會(huì)有指示燈亮起時(shí)，代表系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)處于工作的狀態(tài)中，按下開關(guān)系統(tǒng)就開啟工作，先是紅綠燈的指示信號(hào)開始工作，當(dāng)交通信號(hào)燈跳到紅燈的時(shí)候，紅外感應(yīng)開始工作：在一定范圍內(nèi)檢測(cè)行人；如果在這一片區(qū)域里面檢測(cè)出有行人，就會(huì)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出鳴叫對(duì)過馬路的人做一個(gè)提醒，工作的兩個(gè)狀態(tài)如圖1和圖2所示。

3.2 檢測(cè)區(qū)域的實(shí)現(xiàn)

圖2 紅燈亮起的時(shí)候工作狀態(tài)圖片

檢測(cè)區(qū)域的實(shí)現(xiàn)主要是通過紅外感應(yīng)，紅外線傳感器是近幾年發(fā)展起來的一種高靈敏度探測(cè)元件，是一種通過檢測(cè)是否有障礙阻礙而發(fā)射紅外線輸出電信號(hào)的傳感器。在紅外線探測(cè)器中，熱電元件檢測(cè)人體的存在或移動(dòng)，并把熱電元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。然后，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行波形分析。在系統(tǒng)中，首先紅外發(fā)射二極管一直向外發(fā)射紅外線，當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，阻礙了紅外線的發(fā)射，就會(huì)有一部分紅外線反射回來，人體吸收小部分紅外接收二極管就會(huì)接到，經(jīng)過模塊電路的處理，就會(huì)轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)輸出，從而與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，由于紅外發(fā)光，二極管的發(fā)射功率較小，所以接收端就要增加高增益放大電路。一般紅外線傳感器是集紅外發(fā)射，紅外接收放大電路為一體的集成模塊，這樣便能檢測(cè)到人體經(jīng)過。

3.3 報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在選擇蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)三極管選用pnp型的，而不是npn型的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)加電的時(shí)候所有的IO口會(huì)有一個(gè)短暫的高電平。用npn型的，即使程序上將IO口拉低，蜂鳴器或繼電器也會(huì)響一小下或吸合一下。因此我們選用了pnp型的。因?yàn)槲覀兿肟刂品澍Q器或繼電器工作單片機(jī)的IO口要低電平，選用pnp型就避免了該情況的發(fā)生。當(dāng)啟動(dòng)系統(tǒng)之后，有行人走進(jìn)之前設(shè)定好的安全區(qū)域內(nèi)，就會(huì)有紅外感應(yīng)檢測(cè)出來，把信號(hào)傳遞給蜂鳴器，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲。

4 系統(tǒng)功能

首先設(shè)計(jì)出單元模塊的功能，對(duì)每個(gè)單一模塊進(jìn)行調(diào)試。再把每個(gè)單一模塊進(jìn)行合并，并且進(jìn)行了多次綜合的測(cè)試和調(diào)試，最后通過單片機(jī)將所有的功能連接起來。最終形成完整系統(tǒng)，系統(tǒng)加單片機(jī)先進(jìn)行內(nèi)部的啟動(dòng)，單片機(jī)啟動(dòng)成功后指示燈亮起，代表系統(tǒng)無故障進(jìn)入正常工作狀態(tài)，交通信號(hào)燈的模擬部分。綠燈和黃燈和紅燈之間切換的時(shí)間都在單片機(jī)里面設(shè)計(jì)好，在紅燈亮起來的時(shí)候，就會(huì)啟動(dòng)紅外感應(yīng)開始在設(shè)計(jì)好的安全區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，再根據(jù)檢測(cè)信息通過單片機(jī)傳達(dá)給蜂鳴器，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果決定是否啟動(dòng)蜂鳴器。系統(tǒng)沒有檢測(cè)到行人會(huì)重置單片機(jī)恢復(fù)初始的設(shè)置。

5 總結(jié)和展望

5.1 總結(jié)

如今這個(gè)科技快速發(fā)展的時(shí)代，人們的生活充斥著電子設(shè)備，它們大大地便利了人們的生活。但也正是由于電子設(shè)備，我們的生活節(jié)奏也變得飛快，出現(xiàn)了低頭族，他們?cè)谖ｋU(xiǎn)的道路上穿插著，還有忙碌的人群，對(duì)危險(xiǎn)的事物視而不見。我們就希望能夠通過我們這項(xiàng)研究能為他們?cè)黾映鲂邪踩?。我們希望研究出一?xiàng)能普遍應(yīng)用且造價(jià)低廉的安全過馬路系統(tǒng)，對(duì)未來人們過馬路時(shí)能有一份保障貢獻(xiàn)一點(diǎn)微薄之力。

5.2 展望

目前我們所研究的紅外感應(yīng)過馬路系統(tǒng)在一定程度上還是有局限性，只能是規(guī)定的某個(gè)安全范圍之內(nèi)。馬路系統(tǒng)項(xiàng)目是為了提高過馬路的安全性而設(shè)計(jì)，在現(xiàn)在交通便利的時(shí)代車禍發(fā)生的次數(shù)也是逐年遞增，但是很多人就是不重視。該馬路安全系統(tǒng)在一定程度上起到監(jiān)督行人遵守交通規(guī)則的作用，減少安全事故的發(fā)生也能減少交通堵塞。系統(tǒng)所需要的材料常見，成本低，但是帶來的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于制作成本，在斑馬線的旁邊加裝這樣安全過馬路系統(tǒng)，大大提高行人的安全。