红外感应过马路系统

北京联合大学 李唯唯 王丹丹 唐 达 霍宇健 郭焕萍

当前，国内外车祸发生率依旧居高不下，没有人希望车祸发生，但总有人闯红灯。人民物质生活水平提高的同时，人们对安全越来越重视。为此，我们设计了安全过马路系统。该研究能在一定程度上做到减少闯红灯的现象的发生，降低因为闯红灯发生交通事故事件的概率，减少安排在斑马线处的交通员和志愿者们的压力。该项目研究系统简单方便，功能多且实用，能够普遍应用于生活之中，该项目具有较强的适用性和广泛的应用前景。

项目主要是根据现在过斑马线发生的意外的情况，制定出了一些措施，在一定程度上减少意外的发生。系统运用单片机与红外感应对行人的安全进行了监控。整个系统操作简便，实用性强。

1 红外感应过马路系统的创想

1.1 当前过斑马线的现状

“低头族”忙着玩手机，总是不知道自己会走到哪个地方，即使走到了斑马线很多人都不会看红路灯直接就过马路，不但容易发生危险事故还容易造成交通拥堵。我们希望研究出一套切实完善的安全过马路的系统，做到杜绝闯红灯现象，改掉中国式过马路的坏习惯，减少交通事故的发生，希望每个过斑马线的人都做到：宁让三分，不抢一分，共同维护好交通规则减少交通事故的发生。

1.2 现状提出的创想

过斑马线的现状，我们想到“低头族”不小心闯红灯是因为没有人去提醒他，“中国式过马路”的现象是因为缺乏安全知识，所以我们从这些根源上提出解决方法。对于行人过马路问题，该项目能做到检测—提醒—警告的三步走策略。在斑马线处的一定区域内的安全系统，及距离斑马线有一定距离处，人走进这段区域内，会被红外感应检测出来，不听劝阻过马路的人，会启动蜂鸣器然后发出鸣响声，起到提醒作用。依旧闯红灯者，蜂鸣器会持续鸣响，起到警示作用。这样就能在红灯亮起的时候，“低头族”踏进这一块的安全区域蜂鸣器发出提醒，也能减少中国式过马路的现象。

2 红外感应过马路系统的设计

2.1 红外感应过马路系统的设计思路

以斑马线等待的安全区域为主，红外感应和红绿灯相互传递信息，当该区域红外感应检测到有行人闯入，则会传送信号，这时候会启动蜂鸣器，发出声音以起到提示作用；闯入者如果无视警告音继续前进，蜂鸣器会持续鸣响起到警告作用。这是我们项目根据要实现的功能想的设计思路，具体实现还需要考察实用性、标准性、供求性、技术性等因素，需要确保实现这些功能不会对实验进程有很大影响。

2.2 红外感应过马路系统的开发平台

考虑到系统的实用性以及将来的发展趋势，我们选用单片机来进行开发，单片机能够实现很多功能的操控，可移植力强并且很适合硬件进行编程，我们选择市场上最常见的M51单片机，用它去实现安全过马路系统，单片机编程器成本低但开发力度强的软件，适合用于实现一些硬件的设计，能够接受其他软件传来的信息，并且编译的语言不复杂。对于实现一些比较简单的功能，用单片机就会比较适用。在市面上很容易买到这些材料，容易实现安全过马路系统。

图1 红灯和黄灯亮的时候工作状态图片

3 红外感应过马路系统的实现

3.1 红外感应过马路系统的功能简述

红外感应安全过马路系统，其研究主要目的是防范行人闯红灯，减少交通事故。我们设置一个相对比较安全的过马路区域，在这个安全区域里面用红外感应对人体进行检测。为禁止行人闯红灯，我们设置了如下操作：（1）行人在红灯期间走入安全区域会被红外感应检测到；（2）行人还是继续走近斑马线时，就会启动蜂鸣器，发出鸣响声音，起到提醒作用；（3）对于依旧闯红灯的行人，我们的蜂鸣器将持续发出鸣叫起到警告作用。安全过马路系统的研究能有效提高人们的安全意识、帮助行人安全过马路，该项目的研究能有效防范闯红灯现象、减少因为闯红灯导致的交通事故的发生。

启动电路之后需要1-2min的系统启动时间。启动后会有指示灯亮起时，代表系统内部已经处于工作的状态中，按下开关系统就开启工作，先是红绿灯的指示信号开始工作，当交通信号灯跳到红灯的时候，红外感应开始工作：在一定范围内检测行人；如果在这一片区域里面检测出有行人，就会触发蜂鸣器发出鸣叫对过马路的人做一个提醒，工作的两个状态如图1和图2所示。

3.2 检测区域的实现

图2 红灯亮起的时候工作状态图片

检测区域的实现主要是通过红外感应，红外线传感器是近几年发展起来的一种高灵敏度探测元件，是一种通过检测是否有障碍阻碍而发射红外线输出电信号的传感器。在红外线探测器中，热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后，对电压信号进行波形分析。在系统中，首先红外发射二极管一直向外发射红外线，当有人经过时，阻碍了红外线的发射，就会有一部分红外线反射回来，人体吸收小部分红外接收二极管就会接到，经过模块电路的处理，就会转化为电平信号输出，从而与单片机实现通信，由于红外发光，二极管的发射功率较小，所以接收端就要增加高增益放大电路。一般红外线传感器是集红外发射，红外接收放大电路为一体的集成模块，这样便能检测到人体经过。

3.3 报警系统的实现

在选择蜂鸣器的驱动三极管选用pnp型的，而不是npn型的。因为单片机加电的时候所有的IO口会有一个短暂的高电平。用npn型的，即使程序上将IO口拉低，蜂鸣器或继电器也会响一小下或吸合一下。因此我们选用了pnp型的。因为我们想控制蜂鸣器或继电器工作单片机的IO口要低电平，选用pnp型就避免了该情况的发生。当启动系统之后，有行人走进之前设定好的安全区域内，就会有红外感应检测出来，把信号传递给蜂鸣器，蜂鸣器就会发出警报声。

4 系统功能

首先设计出单元模块的功能，对每个单一模块进行调试。再把每个单一模块进行合并，并且进行了多次综合的测试和调试，最后通过单片机将所有的功能连接起来。最终形成完整系统，系统加单片机先进行内部的启动，单片机启动成功后指示灯亮起，代表系统无故障进入正常工作状态，交通信号灯的模拟部分。绿灯和黄灯和红灯之间切换的时间都在单片机里面设计好，在红灯亮起来的时候，就会启动红外感应开始在设计好的安全区域进行检测，再根据检测信息通过单片机传达给蜂鸣器，根据检测结果决定是否启动蜂鸣器。系统没有检测到行人会重置单片机恢复初始的设置。

5 总结和展望

5.1 总结

如今这个科技快速发展的时代，人们的生活充斥着电子设备，它们大大地便利了人们的生活。但也正是由于电子设备，我们的生活节奏也变得飞快，出现了低头族，他们在危险的道路上穿插着，还有忙碌的人群，对危险的事物视而不见。我们就希望能够通过我们这项研究能为他们增加出行安全。我们希望研究出一项能普遍应用且造价低廉的安全过马路系统，对未来人们过马路时能有一份保障贡献一点微薄之力。

5.2 展望

目前我们所研究的红外感应过马路系统在一定程度上还是有局限性，只能是规定的某个安全范围之内。马路系统项目是为了提高过马路的安全性而设计，在现在交通便利的时代车祸发生的次数也是逐年递增，但是很多人就是不重视。该马路安全系统在一定程度上起到监督行人遵守交通规则的作用，减少安全事故的发生也能减少交通堵塞。系统所需要的材料常见，成本低，但是带来的好处远远大于制作成本，在斑马线的旁边加装这样安全过马路系统，大大提高行人的安全。