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單片機開發

斑馬線安全島設計


基于單片機的斑馬線安全島的設計

我國在改革開放以來雖然大力加強交通設施建設,但是和發達國家相比還是有不少差距,在靠近市中心車流量較大的地方交通設施投入比較多,大量的天橋落地而起,許多地道從道路下而過,既疏導了交通,又可靠地保障了行人過路的安全。稍遠離市中心的十字路口,紅綠燈和人行橫道的配合,也很大程度上保障了行人的安全。在遠離市中心的路口或一些路段,雖有斑馬線,但是沒有紅綠燈,這樣的地方白天還好,視線比較好,不容易出現事故;一旦到了晚上,特別是下雨天的晚上,視線不好,就容易發生交通事故,在這樣的地方設置安全島就很有必要。

發達國家在安全島方面的研究起步較早,美國《行人安全設施設計》中給出安全島的設置條件為在一定條件下才能發揮它的作用,而在一些濫用安全島的情況下會造成道路協調性破壞和一些不好的影響造成安全隱患。我國在安全島的研究方面起步較晚,使用也較少。

單片機作為一種成本低、體積小的芯片,可以在安全島本身的功能上,加上智能檢測技術,當有行人通過人行橫道時,給予亮起紅燈提醒。

一、斑馬線安全島總體設計方案

安全島本身的功能是讓行人通過馬路中間時有個暫時落腳的地方,防止車輛撞到行人。本設計在安全島原有基礎上增加夜間照明、指示牌提醒斑馬線、紅燈亮提醒車主有行人通行等功能。功能如圖1所示。

圖1 安全島總體設計框圖

1.1太陽能模塊

該模塊可以作為選配,當該路段不方便引入市電,可以采用太陽能電池供電。當然,在有市電的情況下,也可以用太陽能供電。太陽能作為清潔能源之一,越來越多應用在我們的生活中;同時圖1中其他模塊都采用直流電供電,作為直流電能源直接對直流電模塊供電,能減少電路損耗。當感光模塊感受到光時,該模塊對蓄電池充電。

1.2紅外檢測模塊

該模塊類似于當前斑馬線處的行人違章報警檢測裝置,最好放置在正對斑馬線的路邊,距離路邊1.5m左右,提前警示車輛將有行人通過,當該模塊檢測到行人時,向單片機發送行人即將穿過馬路的信號,單片機控制紅燈亮10s,提醒車主停車讓行。

1.3感光模塊

該模塊包含感光元件,當天黑時,向單片機發送天黑信號,單片機啟動夜晚照明模塊和斑馬線夜晚指示模塊,為斑馬線提供照明和指示。當車主駛近時,會看到燈火通明的斑馬線和“減速慢行”的紅色指示燈。

1.4夜晚照明模塊

夜晚車輛往往很難發現行人,特別是雨天夜晚,該模塊實現夜晚照明功能。當感光模塊感受不到光時,夜晚照明模塊開始工作。照明模塊選用壽命長、亮度大的若干LED燈進行照明,照明燈安裝在安全島的頂部,分別45°斜向下朝向安全島兩側的斑馬線路面,便于行人通行,也便于車主發現斑馬線。

感光模塊要作避燈光處理,防止把燈光當成太陽光,可以安裝在頂棚上,同時做防水處理。

1.5斑馬線夜晚指示模塊

該模塊提供安全島地基指示、斑馬線指示和行人通過指示三項功能。安全島地基指示在天黑后工作,安全島地基周圍有一圈若干紅燈指示安全島地基,防止車主和安全島地基發生碰撞。斑馬線指示也在天黑后工作,顯示出“減速慢行”紅色指示燈;行人指示為一紅色指示燈,全天工作,當紅外檢測模塊檢測到行人時,紅色指示燈亮10s,提醒車主停車讓行。

二、斑馬線安全島系統控制電路設計

太陽能模塊有現成的產品,這里就不進行太陽能模塊的詳細設計,按照12V來選用蓄電池和太陽能電池及相關配件。控制芯片采用STC89C52RC,下面分模塊介紹各部分電路。

2.1紅外檢測模塊

紅外檢測模塊采用紅外傳感器檢測行人有無通過,用P1.0來接收信號,通過接收0或1來指示有無人通過。該模塊分為紅外線發射部分和紅外線接收部分。紅外線發射部分不斷的發射紅外線,如果沒人通過,則紅外線接收部分傳回一種電平到P1.0,如果有人通過,則傳回另一種電平。

2.2感光模塊

感光模塊采用光敏電阻和比較器LM393來實現,用P1.1來接收數據,通過接收0或1來判斷是白天還是黑夜。滑動變阻器調在中間位置,比較器U-電壓為2.5V。天黑時,光敏電阻阻值非常大,其兩端相當于斷開狀態,比較器U+電壓接近于5V,這時通過比較器LM393輸出高電平;白天時,光敏電阻阻值非常小,其兩端相當于短路,比較器U+電壓接近于0V,這時通過比較器LM393輸出低電平0。

2.3夜晚照明和夜晚指示模塊

這兩個模塊的燈都采用直流LED燈,供電電壓為12V,采用繼電器電路控制燈的亮滅。多個LED照明燈可以并聯在一起。天黑時,單片機P1.1口接收到感光模塊的高電平信號,然后將P1.3置0,三極管導通,線圈通電,繼電器動作,接通夜晚照明燈、地基指示燈和“減速慢行”指示燈。當有行人通過時,繼電器動作原理同上,接通紅色指示燈并亮10s。

三、斑馬線安全島外觀設計

外觀設計包括安全島框架設計、地基防撞設計、安全島頂棚設計。

3.1安全島框架設計

安全島框架可以用水泥地基+鋼管支架+頂棚的設計。在設計時盡量做到簡潔、美觀和安全。為了夜晚能讓車主發現安全島,安全島的大部分可以涂上白色;當然白色在白天不是太顯眼,可以穿插一圈綠色的線條;安全島的兩端可以用紅色標記以提醒過往車輛。

3.2地基防撞設計

地基總體俯視形狀采用運動場跑道外形,高度可以比輪胎中心稍高一些,防止車輛沖上安全島,安全島的寬度可以是雙黃線的距離,這樣不占用車道。同時,為避免車輛和安全島碰擦受損,可以在安全島外圍用橡膠防護,廢舊輪胎可以拿來做橡膠的防護層,以廢物利用。地基的上沿設置一圈凹槽,放置若干紅燈作為晚上的安全島輪廓指示。

3.3安全島頂棚設計

安全島設置頂棚,一方面起著固定夜晚照明燈的作用,另一方面可以放置太陽能板。當然,遮陽擋雨的作用不是太明顯,因為頂棚也不能占用機動車道正上方空間,即頂棚寬度也是雙黃線的寬度。頂棚的高度可以設定為2.5~3m。頂棚的兩端分別設置“減速慢行”紅色指示燈,該標志也不能占用機動車道正上方空間,防止大車碰撞。如果想把該標志伸入到機動車道的正上方以醒目提醒,要在該道路限定高度以上。此外,行人通過時提醒車主的紅色指示燈,也設置在安全島的兩端,設置要求和“減速慢行”紅色指示燈一樣。

結語

本文設計了一種基于STC89C52RC單片機的斑馬線安全島,采用紅外傳感器檢測有無行人通過,通過光敏電阻檢測白天黑夜,實現了安全島的智能提醒功能。該設計能有效幫助車主避讓行人,特別是夜晚光線不好的時候。

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