紅外感應過馬路系統

北京聯合大學 李唯唯 王丹丹 唐 達 霍宇健 郭煥萍

當前，國內外車禍發生率依舊居高不下，沒有人希望車禍發生，但總有人闖紅燈。人民物質生活水平提高的同時，人們對安全越來越重視。為此，我們設計了安全過馬路系統。該研究能在一定程度上做到減少闖紅燈的現象的發生，降低因為闖紅燈發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。該項目研究系統簡單方便，功能多且實用，能夠普遍應用于生活之中，該項目具有較強的適用性和廣泛的應用前景。

項目主要是根據現在過斑馬線發生的意外的情況，制定出了一些措施，在一定程度上減少意外的發生。系統運用單片機與紅外感應對行人的安全進行了監控。整個系統操作簡便，實用性強。

1 紅外感應過馬路系統的創想

1.1 當前過斑馬線的現狀

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

1.2 現狀提出的創想

過斑馬線的現狀，我們想到“低頭族”不小心闖紅燈是因為沒有人去提醒他，“中國式過馬路”的現象是因為缺乏安全知識，所以我們從這些根源上提出解決方法。對于行人過馬路問題，該項目能做到檢測—提醒—警告的三步走策略。在斑馬線處的一定區域內的安全系統，及距離斑馬線有一定距離處，人走進這段區域內，會被紅外感應檢測出來，不聽勸阻過馬路的人，會啟動蜂鳴器然后發出鳴響聲，起到提醒作用。依舊闖紅燈者，蜂鳴器會持續鳴響，起到警示作用。這樣就能在紅燈亮起的時候，“低頭族”踏進這一塊的安全區域蜂鳴器發出提醒，也能減少中國式過馬路的現象。

2 紅外感應過馬路系統的設計

2.1 紅外感應過馬路系統的設計思路

以斑馬線等待的安全區域為主，紅外感應和紅綠燈相互傳遞信息，當該區域紅外感應檢測到有行人闖入，則會傳送信號，這時候會啟動蜂鳴器，發出聲音以起到提示作用；闖入者如果無視警告音繼續前進，蜂鳴器會持續鳴響起到警告作用。這是我們項目根據要實現的功能想的設計思路，具體實現還需要考察實用性、標準性、供求性、技術性等因素，需要確保實現這些功能不會對實驗進程有很大影響。

2.2 紅外感應過馬路系統的開發平臺

考慮到系統的實用性以及將來的發展趨勢，我們選用單片機來進行開發，單片機能夠實現很多功能的操控，可移植力強并且很適合硬件進行編程，我們選擇市場上最常見的M51單片機，用它去實現安全過馬路系統，單片機編程器成本低但開發力度強的軟件，適合用于實現一些硬件的設計，能夠接受其他軟件傳來的信息，并且編譯的語言不復雜。對于實現一些比較簡單的功能，用單片機就會比較適用。在市面上很容易買到這些材料，容易實現安全過馬路系統。

圖1 紅燈和黃燈亮的時候工作狀態圖片

3 紅外感應過馬路系統的實現

3.1 紅外感應過馬路系統的功能簡述

紅外感應安全過馬路系統，其研究主要目的是防范行人闖紅燈，減少交通事故。我們設置一個相對比較安全的過馬路區域，在這個安全區域里面用紅外感應對人體進行檢測。為禁止行人闖紅燈，我們設置了如下操作：（1）行人在紅燈期間走入安全區域會被紅外感應檢測到；（2）行人還是繼續走近斑馬線時，就會啟動蜂鳴器，發出鳴響聲音，起到提醒作用；（3）對于依舊闖紅燈的行人，我們的蜂鳴器將持續發出鳴叫起到警告作用。安全過馬路系統的研究能有效提高人們的安全意識、幫助行人安全過馬路，該項目的研究能有效防范闖紅燈現象、減少因為闖紅燈導致的交通事故的發生。

啟動電路之后需要1-2min的系統啟動時間。啟動后會有指示燈亮起時，代表系統內部已經處于工作的狀態中，按下開關系統就開啟工作，先是紅綠燈的指示信號開始工作，當交通信號燈跳到紅燈的時候，紅外感應開始工作：在一定范圍內檢測行人；如果在這一片區域里面檢測出有行人，就會觸發蜂鳴器發出鳴叫對過馬路的人做一個提醒，工作的兩個狀態如圖1和圖2所示。

3.2 檢測區域的實現

圖2 紅燈亮起的時候工作狀態圖片

檢測區域的實現主要是通過紅外感應，紅外線傳感器是近幾年發展起來的一種高靈敏度探測元件，是一種通過檢測是否有障礙阻礙而發射紅外線輸出電信號的傳感器。在紅外線探測器中，熱電元件檢測人體的存在或移動，并把熱電元件的輸出信號轉換成電壓信號。然后，對電壓信號進行波形分析。在系統中，首先紅外發射二極管一直向外發射紅外線，當有人經過時，阻礙了紅外線的發射，就會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接到，經過模塊電路的處理，就會轉化為電平信號輸出，從而與單片機實現通信，由于紅外發光，二極管的發射功率較小，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射，紅外接收放大電路為一體的集成模塊，這樣便能檢測到人體經過。

3.3 報警系統的實現

在選擇蜂鳴器的驅動三極管選用pnp型的，而不是npn型的。因為單片機加電的時候所有的IO口會有一個短暫的高電平。用npn型的，即使程序上將IO口拉低，蜂鳴器或繼電器也會響一小下或吸合一下。因此我們選用了pnp型的。因為我們想控制蜂鳴器或繼電器工作單片機的IO口要低電平，選用pnp型就避免了該情況的發生。當啟動系統之后，有行人走進之前設定好的安全區域內，就會有紅外感應檢測出來，把信號傳遞給蜂鳴器，蜂鳴器就會發出警報聲。

4 系統功能

首先設計出單元模塊的功能，對每個單一模塊進行調試。再把每個單一模塊進行合并，并且進行了多次綜合的測試和調試，最后通過單片機將所有的功能連接起來。最終形成完整系統，系統加單片機先進行內部的啟動，單片機啟動成功后指示燈亮起，代表系統無故障進入正常工作狀態，交通信號燈的模擬部分。綠燈和黃燈和紅燈之間切換的時間都在單片機里面設計好，在紅燈亮起來的時候，就會啟動紅外感應開始在設計好的安全區域進行檢測，再根據檢測信息通過單片機傳達給蜂鳴器，根據檢測結果決定是否啟動蜂鳴器。系統沒有檢測到行人會重置單片機恢復初始的設置。

5 總結和展望

5.1 總結

如今這個科技快速發展的時代，人們的生活充斥著電子設備，它們大大地便利了人們的生活。但也正是由于電子設備，我們的生活節奏也變得飛快，出現了低頭族，他們在危險的道路上穿插著，還有忙碌的人群，對危險的事物視而不見。我們就希望能夠通過我們這項研究能為他們增加出行安全。我們希望研究出一項能普遍應用且造價低廉的安全過馬路系統，對未來人們過馬路時能有一份保障貢獻一點微薄之力。

5.2 展望

目前我們所研究的紅外感應過馬路系統在一定程度上還是有局限性，只能是規定的某個安全范圍之內。馬路系統項目是為了提高過馬路的安全性而設計，在現在交通便利的時代車禍發生的次數也是逐年遞增，但是很多人就是不重視。該馬路安全系統在一定程度上起到監督行人遵守交通規則的作用，減少安全事故的發生也能減少交通堵塞。系統所需要的材料常見，成本低，但是帶來的好處遠遠大于制作成本，在斑馬線的旁邊加裝這樣安全過馬路系統，大大提高行人的安全。