紅外傳感智能交通勸導系統設計

喻興隆

（成都紡織高等專科學校 電子信息與電氣工程系，四川 成都 611731）

電子警察的出現有效控制了機動車闖紅燈的現象，但人行道上行人及自行車違規(guī)的問題未得到有效解決，行人闖紅燈極易導致交通事故。為減少行人、自行車的違規(guī)行為，多數城市安排交通勸導員現場指揮，一方面增加了城市交通管理費用；另一方面，受時間約束和氣候條件影響，交通勸導員較難做到全天候值守。

文中介紹的智能交通勸導系統能自動檢測交通信號燈及行人運動的狀態(tài)，通過交通燈及行人狀態(tài)綜合判定行人是否違規(guī)，并采用聲音信息輔助行人過馬路，若發(fā)現有人闖紅燈，系統可自動給予語音警示及教育，人性化的提醒違章行人遵守交通規(guī)則，同時也能為交通事故的取證提供重要依據，從而減少行人亂闖紅燈現象。

1 系統組成及硬件設計

智能交通勸導系統的組成如圖1所示，主要由交通燈狀態(tài)檢測模塊、行人狀態(tài)檢測模塊及語音提示模塊三部分組成。

圖1 智能交通勸導系統的組成

其中，交通燈狀態(tài)檢測模塊采用光頻轉換顏色傳感器TCS3200設計，用來檢測交通燈的狀態(tài)，自動識別當前紅綠燈所亮的顏色；行人狀態(tài)檢測模塊采用紅外熱釋電傳感器設計,用來檢測是否有行人通過人行橫道；微控制器P89LPC917根據當前交通燈及行人的狀態(tài)來綜合判定是否有行人違規(guī)；語音提示模塊采用ISD1700語音錄放芯片設計，用來儲存并播放語音，完成對行人的語音提示。

1.1 交通燈狀態(tài)檢測電路設計

交通燈狀態(tài)檢測電路用于識別當前交通燈信號的指示狀態(tài)，如紅燈、黃燈、綠燈等，文中采用TCS3200作為交通燈狀態(tài)檢測傳感器。TCS3200是TAOS公司2009年推出的可編程彩色光到頻率的轉換器，它將硅光電二極管、電流頻率轉換器和紅綠藍（RGB）三種濾波器集成在單一的CMOS電路上，在單一傳感芯片上包含了64只光電二極管，其中，帶有紅色、綠色、藍色及不帶任何濾波器的光電二極管各16只。光電二極管在芯片內交叉排列，能最大限度地減少入射光輻射的不均勻性，增加顏色識別的精確度；同類型的16只光電二極管并聯連接且均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差?；赥CS3200的交通燈狀態(tài)檢測電路如圖2所示。

采用微控制器P89LPC917作為CPU，通過LPC917的計數器端口0對顏色傳感器TCS3200輸出的頻率信號計數，采用定時器1產生定時時基，通過計數器0和定時器1完成顏色傳感器輸出信號的頻率測量。TCS3200的典型輸出頻率范圍從 2 Hz～500 kHz，通過引腳S0、S1可選擇不同的輸出頻率比例因子(100%、20%、2%)，對輸出頻率的范圍進行調整，使TCS3200的輸出頻率范圍和微控制器LPC917的測頻電路相匹配。通過引腳S2、S3選擇濾波器，根據三原色感應原理，顏色是由不同比例的三原色（紅色、綠色、藍色）混合而成，在測量時，依次選通紅、綠、藍三種顏色濾波器，然后對TCS3200的輸出頻率進行測量，可得到相應的RGB值，進而得出投射到TCS3200傳感器上的光的顏色，完成交通燈狀態(tài)的檢測和識別。

1.2 行人狀態(tài)檢測電路設計

行人狀態(tài)檢測電路基于人體紅外輻射及熱釋電傳感器設計，用來檢測是否有行人通過人行橫道。紅外輻射是一種波長介于可見光與微波之間的電磁波，在絕對零度以上的任何物體都能輻射紅外能量，人體輻射紅外線的本領很強，其中心波長在8～10 μm。熱釋電紅外傳感器基于熱釋電效應，它將吸收的紅外輻射能量轉化為電壓信號，當所吸收的紅外輻射的強度發(fā)生變化時才有信號輸出，它由探測單元、干涉濾光片和場效應管匹配電路等組成。干涉濾光片只通過特定波段的紅外輻射，以消除其余波段紅外線的干擾?；跓後岆娂t外傳感器的行人狀態(tài)檢測電路如圖3所示。

采用響應波長在5.5～14 μm的熱釋電紅外傳感器D205B作為行人狀態(tài)檢測模塊的探測傳感器，人體輻射的紅外線經過菲涅爾透鏡聚焦后，產生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)照射到熱釋電紅外傳感器D205B上。運算放大器U6A對D205B輸出的微弱電壓信號進行第一級放大，然后由C22耦合至運算放大器U6B進行第二級放大，同時將電位抬高至0.5 VCC，再經由電壓比較器U7A、U7B組成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效的觸發(fā)信號VSA并送至微控制器LPC917。

文中所述的智能交通勸導系統通過兩只熱釋電紅外傳感器構成的兩個探測平面來判別行人的行走方向，微控制器根據當前路口的紅綠燈狀態(tài)及行人行走方向來綜合判斷是否有闖紅燈現象發(fā)生。

1.3 語音提示電路設計

微處理器根據當前紅綠燈的狀態(tài)及行人是否違規(guī)來播放相應的語音段，以對行人進行語音提示。采用單片優(yōu)質語音錄放芯片ISD1700設計語音提示電路,如圖4所示。

采用編程拷貝機將設定的語音段內容存儲在ISD1700芯片內部，微控制器LPC917與ISD1700之間采用SPI總線進行通信,系統工作時，CPU通過對當前交通燈及行人狀態(tài)的檢測來判斷并確定應播放的語音段，如行人止步提示，行人前行提示，行人快速前行提示，行人闖紅燈警示等。

2 系統安裝及工作過程

系統安裝方法如圖5所示。交通燈狀態(tài)檢測模塊安裝在行人側紅綠燈的前端，使顏色識別傳感器TCS3200接收紅綠燈發(fā)出的光線。行人狀態(tài)檢測模塊安裝在支架上，在熱釋電紅外傳感器外罩的菲涅爾透鏡前端安裝寬約1 cm的平面狹縫，形成一個探測面，使人體輻射的紅外線通過平面探測狹縫到達熱釋電傳感器。行人狀態(tài)檢測模塊由兩組行人狀態(tài)檢測電路組成，用來構成兩個相互平行的探測面A和探測面B，實現行人過馬路的狀態(tài)檢測及行走方向判斷。

系統的工作過程如下：

(1)當檢測到當前交通燈為綠燈信號時，系統播放當前綠燈，行人前行提示語音段。

(2)當檢測到當前交通燈為紅燈信號時，播放當前紅燈，行人止步提示語音段。此時，若A、B探測面檢測到有行人時，表明有人闖紅燈，可通過語音進行警示。

(3)在紅燈狀態(tài)下，根據行人到達 A、B探測面的先后順序及時間間隔，可判定行人闖紅燈違規(guī)的各個階段。若探測到行人先后經過A、B探測面，則表明當前有行人即將走完人行橫道，可進行快速前行語音提示；若探測到行人先后經過B、A探測面,則表明有行人正在橫穿馬路，可進行語音勸告并警示。

文中介紹的智能交通勸導系統能夠自動檢測交通燈的信號狀態(tài)及行人的運動狀態(tài)，判定行人是否闖紅燈并采用語音輔助行人過馬路，人性化地提醒人們遵守交通規(guī)則。該系統能做到全天候值守，代替交通勸導員可降低城市交通管理費用，對減少行人亂闖紅燈現象、提高人們的文明交通意識具有積極意義。

[1]TCS3200 programmable color light-to-frequency converter user manual[Z].Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc.,2009.

[2]Pyroelectric Infrared Radial Sensor User Manual of D205B.PIR SENSOR CO.,LTD,2006.

[3]ISD1700 SERIES user manual[Z].Winbond Electronics Corporation,2005.

[4]陳永甫.紅外探測與控制電路[M].北京：人民郵電出版社,2004.