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单片机开发

斑马线安全岛设计


基于单片机的斑马线安全岛的设计

我国在改革开放以来虽然大力加强交通设施建设,但是和发达国家相比还是有不少差距,在靠近市中心车流量较大的地方交通设施投入比较多,大量的天桥落地而起,许多地道从道路下而过,既疏导了交通,又可靠地保障了行人过路的安全。稍远离市中心的十字路口,红绿灯和人行横道的配合,也很大程度上保障了行人的安全。在远离市中心的路口或一些路段,虽有斑马线,但是没有红绿灯,这样的地方白天还好,视线比较好,不容易出现事故;一旦到了晚上,特别是下雨天的晚上,视线不好,就容易发生交通事故,在这样的地方设置安全岛就很有必要。

发达国家在安全岛方面的研究起步较早,美国《行人安全设施设计》中给出安全岛的设置条件为在一定条件下才能发挥它的作用,而在一些滥用安全岛的情况下会造成道路协调性破坏和一些不好的影响造成安全隐患。我国在安全岛的研究方面起步较晚,使用也较少。

单片机作为一种成本低、体积小的芯片,可以在安全岛本身的功能上,加上智能检测技术,当有行人通过人行横道时,给予亮起红灯提醒。

一、斑马线安全岛总体设计方案

安全岛本身的功能是让行人通过马路中间时有个暂时落脚的地方,防止车辆撞到行人。本设计在安全岛原有基础上增加夜间照明、指示牌提醒斑马线、红灯亮提醒车主有行人通行等功能。功能如图1所示。

图1 安全岛总体设计框图

1.1太阳能模块

该模块可以作为选配,当该路段不方便引入市电,可以采用太阳能电池供电。当然,在有市电的情况下,也可以用太阳能供电。太阳能作为清洁能源之一,越来越多应用在我们的生活中;同时图1中其他模块都采用直流电供电,作为直流电能源直接对直流电模块供电,能减少电路损耗。当感光模块感受到光时,该模块对蓄电池充电。

1.2红外检测模块

该模块类似于当前斑马线处的行人违章报警检测装置,最好放置在正对斑马线的路边,距离路边1.5m左右,提前警示车辆将有行人通过,当该模块检测到行人时,向单片机发送行人即将穿过马路的信号,单片机控制红灯亮10s,提醒车主停车让行。

1.3感光模块

该模块包含感光元件,当天黑时,向单片机发送天黑信号,单片机启动夜晚照明模块和斑马线夜晚指示模块,为斑马线提供照明和指示。当车主驶近时,会看到灯火通明的斑马线和“减速慢行”的红色指示灯。

1.4夜晚照明模块

夜晚车辆往往很难发现行人,特别是雨天夜晚,该模块实现夜晚照明功能。当感光模块感受不到光时,夜晚照明模块开始工作。照明模块选用寿命长、亮度大的若干LED灯进行照明,照明灯安装在安全岛的顶部,分别45°斜向下朝向安全岛两侧的斑马线路面,便于行人通行,也便于车主发现斑马线。

感光模块要作避灯光处理,防止把灯光当成太阳光,可以安装在顶棚上,同时做防水处理。

1.5斑马线夜晚指示模块

该模块提供安全岛地基指示、斑马线指示和行人通过指示三项功能。安全岛地基指示在天黑后工作,安全岛地基周围有一圈若干红灯指示安全岛地基,防止车主和安全岛地基发生碰撞。斑马线指示也在天黑后工作,显示出“减速慢行”红色指示灯;行人指示为一红色指示灯,全天工作,当红外检测模块检测到行人时,红色指示灯亮10s,提醒车主停车让行。

二、斑马线安全岛系统控制电路设计

太阳能模块有现成的产品,这里就不进行太阳能模块的详细设计,按照12V来选用蓄电池和太阳能电池及相关配件。控制芯片采用STC89C52RC,下面分模块介绍各部分电路。

2.1红外检测模块

红外检测模块采用红外传感器检测行人有无通过,用P1.0来接收信号,通过接收0或1来指示有无人通过。该模块分为红外线发射部分和红外线接收部分。红外线发射部分不断的发射红外线,如果没人通过,则红外线接收部分传回一种电平到P1.0,如果有人通过,则传回另一种电平。

2.2感光模块

感光模块采用光敏电阻和比较器LM393来实现,用P1.1来接收数据,通过接收0或1来判断是白天还是黑夜。滑动变阻器调在中间位置,比较器U-电压为2.5V。天黑时,光敏电阻阻值非常大,其两端相当于断开状态,比较器U+电压接近于5V,这时通过比较器LM393输出高电平;白天时,光敏电阻阻值非常小,其两端相当于短路,比较器U+电压接近于0V,这时通过比较器LM393输出低电平0。

2.3夜晚照明和夜晚指示模块

这两个模块的灯都采用直流LED灯,供电电压为12V,采用继电器电路控制灯的亮灭。多个LED照明灯可以并联在一起。天黑时,单片机P1.1口接收到感光模块的高电平信号,然后将P1.3置0,三极管导通,线圈通电,继电器动作,接通夜晚照明灯、地基指示灯和“减速慢行”指示灯。当有行人通过时,继电器动作原理同上,接通红色指示灯并亮10s。

三、斑马线安全岛外观设计

外观设计包括安全岛框架设计、地基防撞设计、安全岛顶棚设计。

3.1安全岛框架设计

安全岛框架可以用水泥地基+钢管支架+顶棚的设计。在设计时尽量做到简洁、美观和安全。为了夜晚能让车主发现安全岛,安全岛的大部分可以涂上白色;当然白色在白天不是太显眼,可以穿插一圈绿色的线条;安全岛的两端可以用红色标记以提醒过往车辆。

3.2地基防撞设计

地基总体俯视形状采用运动场跑道外形,高度可以比轮胎中心稍高一些,防止车辆冲上安全岛,安全岛的宽度可以是双黄线的距离,这样不占用车道。同时,为避免车辆和安全岛碰擦受损,可以在安全岛外围用橡胶防护,废旧轮胎可以拿来做橡胶的防护层,以废物利用。地基的上沿设置一圈凹槽,放置若干红灯作为晚上的安全岛轮廓指示。

3.3安全岛顶棚设计

安全岛设置顶棚,一方面起着固定夜晚照明灯的作用,另一方面可以放置太阳能板。当然,遮阳挡雨的作用不是太明显,因为顶棚也不能占用机动车道正上方空间,即顶棚宽度也是双黄线的宽度。顶棚的高度可以设定为2.5~3m。顶棚的两端分别设置“减速慢行”红色指示灯,该标志也不能占用机动车道正上方空间,防止大车碰撞。如果想把该标志伸入到机动车道的正上方以醒目提醒,要在该道路限定高度以上。此外,行人通过时提醒车主的红色指示灯,也设置在安全岛的两端,设置要求和“减速慢行”红色指示灯一样。

结语

本文设计了一种基于STC89C52RC单片机的斑马线安全岛,采用红外传感器检测有无行人通过,通过光敏电阻检测白天黑夜,实现了安全岛的智能提醒功能。该设计能有效帮助车主避让行人,特别是夜晚光线不好的时候。

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