基于物聯(lián)網(wǎng)的行人規(guī)范激光立柱

東南大學(xué)成賢學(xué)院 丁 祥 張益航 丁子昱 唐乾楷

本文采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)立于人行道同一側(cè)的立柱，利用單片機(jī)控制立柱激光狀態(tài)，通過(guò)光敏傳感器檢測(cè)行人闖紅燈現(xiàn)象并語(yǔ)音警告及攝像頭拍照。文中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要用于減少闖紅燈現(xiàn)象，進(jìn)而減少交通意外事故。

隨著科技的發(fā)展，交通的便捷，汽車已經(jīng)成為人們出行的主要交通工具，但與之相對(duì)的人們的交通安全意識(shí)卻沒(méi)有相應(yīng)增長(zhǎng)，無(wú)論是過(guò)去還是現(xiàn)在，交通安全始終是人們關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一，而闖紅燈現(xiàn)象作為造成交通安全隱患的重大因素，盡管人行道兩側(cè)安裝了紅綠燈并配用語(yǔ)音警告功能，闖紅燈的現(xiàn)象仍然大量存在。本文在查閱了相關(guān)資料后決定制作基于物聯(lián)網(wǎng)的行人規(guī)范激光立柱，該項(xiàng)目主要針對(duì)不遵循人行道行人規(guī)范的路人，除了增加語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)來(lái)緩解行人等紅燈時(shí)的焦慮心情，還能通過(guò)該物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)闖紅燈的行人拍照進(jìn)而減少闖紅燈現(xiàn)象，為人們的出行安全做出進(jìn)一步的保障。

1 物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)最早是由麻省理工大學(xué)Ashton教授提出，其理念是基于射頻識(shí)別（RFID）、電子代碼（EPC）等技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)造全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)，隨著對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷研究，在2005年的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”概念。物聯(lián)網(wǎng)有三個(gè)特征：

全面感知：可以利用射頻識(shí)別、二維碼、智能傳感器等感知設(shè)備感知獲取物體的各類信息。

可靠傳送：通過(guò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的融合，將物體的信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的傳送，以便信息交流、分享。

智能處理：使用各種智能技術(shù)，對(duì)感知和傳送到的數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與控制的智能化。

目前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，如智慧校園、智能交通、智能家居等，方便了我們的生活，使我們的衣食住行都更加智能化。

2 硬件部分設(shè)計(jì)

圖1 硬件整體框架圖

硬件部分主要包括以下模塊：紅綠燈模塊，激光反饋模塊，語(yǔ)音模塊和攝像頭模塊。各模塊由單片機(jī)控制，通電后可自行運(yùn)行，根據(jù)單片機(jī)設(shè)定的紅綠燈狀態(tài)開(kāi)啟和關(guān)閉其他模塊，通過(guò)光敏傳感器檢測(cè)激光照射狀態(tài)判斷闖紅燈行為的發(fā)生，然后控制語(yǔ)音模塊和攝像頭模塊的運(yùn)行。

硬件整體框架如圖1所示。

2.1 紅綠燈模塊

紅綠燈模塊使用5mmLED燈發(fā)光二極管，極管又稱晶體二極管，它是一種具有兩個(gè)電極的裝置，單向傳導(dǎo)電流的電子器件，具有壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保、低電壓下工作安全等特點(diǎn)，通常用于整流電路，檢波電路，穩(wěn)壓電路以及各種調(diào)制電路。該發(fā)光二極管工作電壓為1.8v-2.0v，一般為了獲得大功率而多個(gè)并聯(lián)使用，通過(guò)89c51單片機(jī)控制紅綠燈燈亮?xí)r長(zhǎng)。

2.2 激光反饋模塊

激光反饋模塊主要分為兩大部分：激光發(fā)射模塊和傳感器接收模塊。激光發(fā)射模塊使用6mm外徑激光頭，半導(dǎo)體激光器利用電子在能帶間躍遷發(fā)光，利用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光震蕩、反饋，產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光，其具有單色性好、相干性好、方向性好等普通光不具備的特點(diǎn)。所使用激光頭工作電壓為5v功率為5MW，激光頭由發(fā)光管芯、聚光透鏡、銅可調(diào)套筒三部分組成，可根據(jù)距離調(diào)節(jié)透鏡焦距。傳感器接收模塊使用基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)工作的光敏電阻傳感器，工作電壓3.3v-5v，內(nèi)配可調(diào)電位器可以調(diào)節(jié)檢測(cè)光線亮度，使用寬電壓LM393比較器，輸出方式有數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出和模擬電壓輸出兩種。

2.3 語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音模塊主要分兩部分：語(yǔ)音警報(bào)模塊和語(yǔ)音播報(bào)模塊。語(yǔ)音警報(bào)模塊使用ISD1820錄音語(yǔ)音模塊，工作電壓3v-5v，可使用按鍵控制和單片機(jī)控制，播放模式分為觸發(fā)模式放音和點(diǎn)動(dòng)模式放音，事先錄制好警告標(biāo)語(yǔ)即可。語(yǔ)音播報(bào)模塊使用YX5200-24SSmp3模塊，5v直流供電，支持TF插卡和micro USB插口，集成音頻放大芯片和自帶喇叭接口，可以直接外接喇叭，通過(guò)按鍵和單片機(jī)控制音量大小和播放模式。

2.4 攝像頭模塊

攝像頭模塊使用微型插卡攝像頭，利用景物通過(guò)鏡頭生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，再送到數(shù)字信號(hào)處理芯片中加工處理，最后存儲(chǔ)在sd卡中。微型插卡攝像頭工作電壓3.7v，信號(hào)線短觸地一下為拍照短觸兩秒后為錄像。

3 軟件部分設(shè)計(jì)

軟件部分的設(shè)計(jì)思路相較于硬件部分更為清晰，但軟件部分代碼的編寫卻是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所有模塊均由一片89c51單片機(jī)控制，采用程序控制，節(jié)省了成本的同時(shí)也為代碼的編寫創(chuàng)造了難度。

軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示：

圖2 軟件設(shè)計(jì)流程圖

紅燈時(shí)工作，當(dāng)有人闖紅燈時(shí)，激光反饋模塊反饋1給單片機(jī)，單片機(jī)給攝像頭發(fā)送信號(hào)1，攝像頭拍照存儲(chǔ)在sd卡中，方便后續(xù)調(diào)取。

激光反饋模塊也是由89c51單片機(jī)控制，紅燈時(shí)激光發(fā)射模塊和傳感器接收模塊同時(shí)開(kāi)始工作，激光照射在光敏傳感器上，傳感器接收模塊反饋信號(hào)1給單片機(jī)，語(yǔ)音模塊和攝像頭模塊不工作，當(dāng)有人闖紅燈時(shí)遮蔽了激光，光敏傳感器接收不到光信號(hào)，傳感器接收模塊反饋信號(hào)0給單片機(jī)，語(yǔ)音模塊和攝像頭模塊開(kāi)始工作；綠燈時(shí)激光發(fā)射模塊和傳感器接收模塊不工作。

語(yǔ)音模塊工作方式為：紅燈時(shí)，語(yǔ)音模塊開(kāi)始工作，語(yǔ)音播報(bào)模塊開(kāi)始播放新聞、歌曲等信息緩解路人等紅燈時(shí)的焦慮心情，當(dāng)激光反饋模塊檢測(cè)到有人闖紅燈時(shí)，反饋信號(hào)0給單片機(jī)，單片機(jī)給語(yǔ)音警報(bào)模塊發(fā)送信號(hào)1，給語(yǔ)音播報(bào)模塊發(fā)送信號(hào)0，語(yǔ)音播報(bào)結(jié)束，語(yǔ)音警報(bào)模塊開(kāi)始提醒路人闖紅燈行為。

總結(jié)：本文主要介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的行人規(guī)范激光立柱，相對(duì)于國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)人行道紅綠燈而言，這一道激光線是建立在人們心中的紅線，能夠更有效地樹立禁闖紅燈的標(biāo)準(zhǔn)。目前已有的由韓國(guó)設(shè)計(jì)師HOJOON Lim設(shè)計(jì)的人行道激光安全線，但HOJOON Lim的設(shè)計(jì)并不會(huì)產(chǎn)生如同他設(shè)計(jì)圖中那樣可見(jiàn)的激光線條，并且這種人行道激光安全線僅僅通過(guò)聲音加以警示，不具有威懾力，所以在本文的設(shè)計(jì)中加入了物聯(lián)網(wǎng)功能，對(duì)闖紅燈的人或車拍照。