一种新型道路交叉口电子栅栏设计

尹玉梅，田东亮

（荆州理工职业学院，湖北荆州 434000）

0 引言

近年来，随着经济及农业人口城镇化的迅速发展，城市的交通状况正面临着严峻的考验，交通问题日趋严重，特别是在大中型城市道路交叉口，已经成为交通网中通行的瓶颈和事故多发地[1]。据统计每年交通事故近80%是由于行人或非机动车不遵守交通规则造成的，其中行人或非机动车闯红灯是重要原因之一[2]。作为交通监管系统的重要组成部分，传统的交通信号灯此时已显得力不从心。特别是在路况复杂的十字路口，有掉头、有左转、有右转、有直行、有机动车、有非机动车、有行人。在这个复杂的交通道路上，在快速行驶的机动车面前，行人是弱势群体，往往会置身危险之中，严重的可能致人重伤甚至死亡。

不少城市采取播放影音多媒体、拉绳劝解、甚至罚款等措施，但都不能有效地管理控制行人闯红灯的行为。针对上述问题，结合某市道路路口实际情况，提出一种针对行人或非机动车辆闯红灯违章情形的自动警报系统。该装置是在斑马线的边沿设置一道看不见的屏障，通用性、灵活性比较高，并且成本低，技术维护简单，工作可靠性好。

1 方案的提出

主要以焦电型红外线人体传感器、处理器、高分贝扬声器等组件，设计一款新型道路交叉口电子栅栏[3]。首先处理器根据路口交通信号灯信息，分析红外线人体传感器采集到的数据，通过信息数据处理，最终驱动高分贝扬声器发出安全通行或警报提示。电子栅栏系统框架如图1 所示。

图1 电子栅栏系统框架

2 系统配置

2.1 PaPIRs 红外线人体传感器

由于产品应用在户外，受温度、人体移动速度、身高等多种因素影响，综合考虑选用Panasonic 公司生产的焦电型红外线人体传感器（PaPIRs）作为系统的核心元件，该传感器属于被动型检测传感器，通过接收物体表面辐射的红外线能量检出人体。其因检出角度广、功耗低，以及高感度、高可靠性而得到市场的高度评价。PaPIRs 电路结构如图2 所示。

图2 PaPIRs 电路结构

如果有行人闯入检测区域，焦电元件的温度就会发生变化，处在稳定的电荷就会发生变动，产生相应的模拟波形，如果此模拟波形，超过经优化的阈值，就能形成电路，获得数字检测信号，即可判断是否有行人进入了检测区域。PaPIRs 工作原理如图3 所示。

图3 PaPIRs 工作原理

2.2 语音模块

现行道口警报声单一，存在容易被人忽略的缺点，装置在设计的过程中，就语音模块部分采用持续变化的警报声，不仅能告知行人不能闯红灯，还令人印象深刻，如突然响起的急刹车声、亲人呼唤声、连续的违规提示声和车辆撞击声等，明确的警示可以有效降低违规行为。

语音模块选用美国ISD（Information Storage DevICe）公司的2500 芯片，该芯片采用独特的直接存储模拟信号技术，从而大大提高存储密度，且使模拟信号得到永久保存。ISD 系列芯片具有音质自然、使用方便、单片存储、反复录放、低功耗、抗断电等众多优点，在语音应用领域应用广泛[4]。结合实际情况，选用录放时间120 s、型号为25120 的芯片。装置主要在户外恶劣环境工作，由于噪声大等因素影响，选用LM386 音频功率放大器驱动高分贝扬声器[5]，语音模块原理如图4 所示。

图4 语音模块原理

2.3 软件设计

系统的软件流程如图5 所示。此装置是处理器将交通道口红绿灯的信号与人体红外传感器传回的信息进行计算，之后将处理后的数据写入声音驱动模块，最终驱动扬声器发音。

图5 系统的软件流程

3 系统测试及结果

Panasonic 公司生产的EKMC1604111型号的红外线人体传感器为数字输出模式，可以直接与处理器进行通信。将编写程序编译后，烧录到处理器中，重启运行，设备运行正常。

随后将装置安装在某路口，进行实地测试，在信号交通灯循环变化的周期中，无论行人是否穿越电子栅栏，设备均能按照预先设定的模式正常工作。经过一段时间的观测，设置电子栅栏装置的路口，行人及非机动车辆闯红灯的违章状况有了明显的改善。

4 结束语

基于PaPIRs 红外线人体传感器，设计一款高性能、低功耗、智能化的新型道路交叉口电子栅栏，该装置可以对违章的行人有针对性的发出持续变化警报声，克服现行路口警报声单一，容易被人忽略的缺点，大大降低交通路口违章的行为。该系统适合露天的户外环境，应用范围较广，具有一定的实用价值，同时也为交管部门提供交通管理新思路。