基于物聯(lián)網(wǎng)的行人規(guī)范激光立柱

東南大學成賢學院 丁 祥 張益航 丁子昱 唐乾楷

本文采用物聯(lián)網(wǎng)技術設計立于人行道同一側的立柱，利用單片機控制立柱激光狀態(tài)，通過光敏傳感器檢測行人闖紅燈現(xiàn)象并語音警告及攝像頭拍照。文中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設計主要用于減少闖紅燈現(xiàn)象，進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，但與之相對的人們的交通安全意識卻沒有相應增長，無論是過去還是現(xiàn)在，交通安全始終是人們關注的重點問題之一，而闖紅燈現(xiàn)象作為造成交通安全隱患的重大因素，盡管人行道兩側安裝了紅綠燈并配用語音警告功能，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，該項目主要針對不遵循人行道行人規(guī)范的路人，除了增加語音播報系統(tǒng)來緩解行人等紅燈時的焦慮心情，還能通過該物聯(lián)網(wǎng)設備對闖紅燈的行人拍照進而減少闖紅燈現(xiàn)象，為人們的出行安全做出進一步的保障。

1 物聯(lián)網(wǎng)簡介

物聯(lián)網(wǎng)最早是由麻省理工大學Ashton教授提出，其理念是基于射頻識別（RFID）、電子代碼（EPC）等技術，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上構造全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)，隨著對物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷研究，在2005年的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯(lián)盟（ITU）正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”概念。物聯(lián)網(wǎng)有三個特征：

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

可靠傳送：通過對互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡的融合，將物體的信息實時、準確的傳送，以便信息交流、分享。

智能處理：使用各種智能技術，對感知和傳送到的數(shù)據(jù)、信息進行分析處理，實現(xiàn)監(jiān)測與控制的智能化。

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 硬件部分設計

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，語音模塊和攝像頭模塊。各模塊由單片機控制，通電后可自行運行，根據(jù)單片機設定的紅綠燈狀態(tài)開啟和關閉其他模塊，通過光敏傳感器檢測激光照射狀態(tài)判斷闖紅燈行為的發(fā)生，然后控制語音模塊和攝像頭模塊的運行。

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，它是一種具有兩個電極的裝置，單向傳導電流的電子器件，具有壽命長、節(jié)能環(huán)保、低電壓下工作安全等特點，通常用于整流電路，檢波電路，穩(wěn)壓電路以及各種調制電路。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并聯(lián)使用，通過89c51單片機控制紅綠燈燈亮時長。

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，半導體激光器利用電子在能帶間躍遷發(fā)光，利用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光震蕩、反饋，產生光的輻射放大，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。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、銅可調套筒三部分組成，可根據(jù)距離調節(jié)透鏡焦距。傳感器接收模塊使用基于半導體光電效應工作的光敏電阻傳感器，工作電壓3.3v-5v，內配可調電位器可以調節(jié)檢測光線亮度，使用寬電壓LM393比較器，輸出方式有數(shù)字開關量輸出和模擬電壓輸出兩種。

2.3 語音模塊

語音模塊主要分兩部分：語音警報模塊和語音播報模塊。語音警報模塊使用ISD1820錄音語音模塊，工作電壓3v-5v，可使用按鍵控制和單片機控制，播放模式分為觸發(fā)模式放音和點動模式放音，事先錄制好警告標語即可。語音播報模塊使用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，通過按鍵和單片機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，利用景物通過鏡頭生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉化為電信號，經(jīng)過A/D轉換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片中加工處理，最后存儲在sd卡中。微型插卡攝像頭工作電壓3.7v，信號線短觸地一下為拍照短觸兩秒后為錄像。

3 軟件部分設計

軟件部分的設計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)的關鍵，所有模塊均由一片89c51單片機控制，采用程序控制，節(jié)省了成本的同時也為代碼的編寫創(chuàng)造了難度。

軟件設計流程圖如圖2所示：

圖2 軟件設計流程圖

紅燈時工作，當有人闖紅燈時，激光反饋模塊反饋1給單片機，單片機給攝像頭發(fā)送信號1，攝像頭拍照存儲在sd卡中，方便后續(xù)調取。

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

語音模塊工作方式為：紅燈時，語音模塊開始工作，語音播報模塊開始播放新聞、歌曲等信息緩解路人等紅燈時的焦慮心情，當激光反饋模塊檢測到有人闖紅燈時，反饋信號0給單片機，單片機給語音警報模塊發(fā)送信號1，給語音播報模塊發(fā)送信號0，語音播報結束，語音警報模塊開始提醒路人闖紅燈行為。

總結：本文主要介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的行人規(guī)范激光立柱，相對于國內傳統(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準。目前已有的由韓國設計師HOJOON Lim設計的人行道激光安全線，但HOJOON Lim的設計并不會產生如同他設計圖中那樣可見的激光線條，并且這種人行道激光安全線僅僅通過聲音加以警示，不具有威懾力，所以在本文的設計中加入了物聯(lián)網(wǎng)功能，對闖紅燈的人或車拍照。