具有語音播報功能的新型智能交通燈控制電路設計

劉國進

（山西大同大學 機電工程學院，山西 大同 037000）

0 引 言

根據統計數據可知，2017年8月國內發生6.8萬起交通事故[1]，相比于2016年雖然明顯下降，但依舊觸目驚心。其中，中國式過馬路的方式引起眾多詬病，同時引發很多交通事故。僅依靠國民素質自制解決問題是不夠的，需要通過一定技術手段強制控制，力求在人們的心中逐漸形成行為習慣，最終達到自主自覺遵守交通規則的目的。

1 系統功能需求

本系統功能需求為行人闖紅燈時給予語音提示，系統可實時檢測人行道是否有人闖紅燈，有行人闖紅燈時警報燈閃爍，并語音警報“請遵守交通規則”。具體地，在人群中警示第一個把腳伸出危險之地的行人，使正在闖紅燈的行人意識到自己行為的危害，從而緩解交通壓力，減少事故發生次數，最終達到遵守規則的目的。

2 具有語音播報功能的新型智能交通燈控制電路設計

2.1 總體設計方案

本設計由單片機控制交通燈的控制系統。具體地，由單片機控制燈的變化狀態，具有測距、蜂鳴報警以及語音播報等功能，從而達到監控提醒的目的[2-3]。

本電路由AT89S52作為控制系統的核心控制器，由晶振電路和復位電路組成單片機的最小控制系統，然后配合交通燈模塊控制交通燈的狀態、報警模塊提示報警、語音模塊提示行人、測距傳感器測量行人狀態，再配合電源供電電路組成本控制系統的控制結構。

2.2 檢測電路設計

紅燈時，檢測到有人通過斑馬線時，系統具備發出報警和提示行人的功能。因此，本系統實現功能的關鍵是檢測周圍環境。當紅綠燈處于紅燈時，系統能檢測周圍環境，并將檢測結果反饋至單片機，做出警報處理；當紅綠燈處于綠燈時，系統傳感器的檢測無效。需要注意，傳感器只對行人檢測有效，對其他物體檢測無效，因此系統傳感器的選用很重要。

2.2.1 紅外測距傳感器模塊

在本次設計的系統中，通過紅外的測距傳感進行行人誤創的預防。通過這種檢測將人設置為障礙，并設定一定距離作為常數值。當測試的距離比預設的數值小時，會激發系統，啟動警報。

2.2.2 紅外測距的過程

紅外測距的主要工作是測量目標距離，測量后連接電源并啟動電路，利用相應的發射系統進行信號傳輸。通過采集信號啟動計數器，然后通過時鐘的震蕩向計數器傳輸數據。反射回的數據轉換成電脈沖信號，并經由放大器放大再次進入計數器，轉換為關閉計數器的信號。計算計數器從開啟到關閉期間的脈沖個數，可以得出：

其中，L為待測距離，C為光速，T為光脈沖在待測距離上往返傳輸所需要的時間[4]。

根據式（1）可知，通過光脈沖的來回時間計算相應的距離，具體過程如圖1所示。

圖1 紅外測距系統工作過程

系統運作時，首先由發射單元發射激光，然后激光到了等待測量的目標上反射回來，經過接收并放大后測算距離。

本文采用夏普的紅外傳感器，從上到下的接口分別為信號、接地以及電源接口。本文中的傳感器接口是P10接口，同時在地和電源之間加一個電阻，防止電源遭到擾動。

2.3 語音電路設計

方案中，基于人們的現代生活環境設置語音提醒裝置。眾所周知，在現在快節奏的生活方式下，人們習慣低頭走路。在行人不注意紅綠燈提醒時隨大流前行，易發生闖紅燈的現象。因此，本系統擬使用語音播報系統給予提示。

2.3.1 語音播放系統的功能與原理

語音播報系統通過單片機、A/D及D/A轉換實現。通過A/D采集語音信號，利用軟硬件壓縮為數據存在芯片內部的FLASH上，然后利用軟硬件解壓縮數據，再通過D/A轉換為模擬信號，最后通過喇叭播放形成語音。

2.3.2 WT588D語音播放模塊

WT588D作為一種語音芯片，有單片機內核，也叫做WT588D語音單片機。WT588D芯片音質好，使用范圍廣，能使用的模式有按鍵、MP3及各種線串口控制模式。WT588D的單片機語音芯片可通過相關配套軟件進行相應的語音播放和相應的陶冶靜音。靜音的時間長度能控制到無差別，能掌控的語音地址有220個，且每個地址都能由語音組成，達128段。在WT588D的語音單片機模塊中還有SPI-FLASH存儲器，便于切換芯片，同時支持內容的線上下載。

2.4 電源電路設計

單片機需在恒定的5 V電源下正常運行。大部分單片機供電電路是板上的電源，可通過連接計算機的USB接口供電。但在實際操作中并不采取這種供電方式，本文直接采用將220 V轉5 V的電源插頭。AT89C51單片機在5 V電壓下正常使用，故需設計良好的電源電路供單片機使用。本文采用220 V的市電，經過電源插頭轉變成5 V電壓。

3 系統功能可行性測試及應用前景

3.1 功能可行性測試

把交通燈模塊用杜邦線連接到開發板上，接通電源，編輯程序后，導入C52單片機內。本文的系統具有復位按鍵，交通燈為紅綠燈閃爍，紅燈30 s。紅燈狀態下，傳感器檢測到行人會發生語音報警“請遵守交通規則”且警報燈的閃爍。經程序導入后，對系統的整體功能進行測試。

經過8次測試試驗和記錄數據發現，結果正確，能夠完成設計功能，結果如表1所示。

表1 測試結果

3.2 應用前景分析

遏制行人不遵守交通規則現象的發生，關鍵是分析發生原因，主要是僥幸心理。為工作疲于奔波的人，面對行駛車輛的馬路會在不是綠燈時冒險通過。對于現在的交通法規，機動車往往是事故的責任者，變相地縱容了行人的氣焰，導致事故頻頻發生。根據數據顯示，僅2008年全國發生的265 204起道路交通事故中，行人不遵守規則的事故居多，死亡率最高占總體的80%左右。數據表明，行人闖紅燈時的語言警報功能的交通燈十分必要。

本裝置是具有行人闖紅燈時語言警報功能的交通燈。在現有交通燈的功能基礎上添加警報功能，可起到警示和監督作用，使行人意識到闖紅燈的危險性，保證了行人的交通安全，提高了國人素質，降低了交通事故率，具有廣闊的應用前景。

4 結 論

中國式過馬路不只是行人問題，更多是社會缺乏對行人的約束。因此，行人闖紅燈時提醒和報警裝置的研發和使用，可有效約束和警醒行人的行為，有較大的社會應用價值和市場發展空間。