CN101763723B - 一种基于激光检测斑马线行人监测警告装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于激光检测斑马线行人监测警告装置。现有装置使用效果不好。本发明装置包括行人监测装置、控制盒和信号灯。行人监测装置包括分设在斑马线起点和终点的两组触发门；每组触发门包括设置在人行道上并分设在斑马线两端的一个激光发射柱和一个激光接收柱，每组触发门的激光发射柱发射激光光束、由激光接收柱接收激光光束，当行人穿过触发门时便切断该激光光束；两行信号灯分别排列在斑马线的两侧，控制盒安置在的人行道的电线杆上。本发明装置采用在斑马线两端设置行人监测系统，而且每套行人监测系统增加了进出方向判断，提高了系统运行的效率。本发明装置更有利于提醒司机注意避让，降低交通事故隐患。

Description

一种基于激光检测斑马线行人监测警告装置

技术领域

本发明属于激光检测和信息传输领域，具体是一种通过激光检测技术识别和判断，将行人位于斑马线上的信息反映在路面信号灯上，提醒过往斑马线的车辆司机注意避让的装置。

背景技术

随着社会的日益发展，城市道路上行驶的车辆越来越多；虽然部分斑马线附近安装有行人红绿灯，但是行人在横穿马路(即使在斑马线上)仍然变得越来越危险。当天气不好、天色较暗的情况下，遇到超速行驶车辆、闯红灯车辆和违规变道车辆时，行人穿过斑马线变得尤其危险。有时即使司机在较近距离发现了斑马线上的行人，也常常因为反应时间不够或者视线不够清晰而无法及时避让。此外，由于目前城市公交车等大型车辆的车道一般位于道路边上，容易遮挡中间车道司机的视线，行人穿越斑马线时存在安全隐患、容易发生事故。因此目前城市交通道路安全迫切需要有一种安全斑马线系统，而这种系统在安全距离之外就能将斑马线上有无行人的信息，清晰地反映给过往司机。

另一方面，虽然由于多方面的原因，目前在城市中过往马路的行人对于是否走斑马线并不十分重视；然而一种安全系数更高的斑马线系统无疑会提高行人对道路斑马线的信任感，使行人在横穿马路时更愿意走斑马线；进而减少交通事故发生的隐患，提高道路交通的效率并促进社会稳定和谐。

中国实用新型专利200620008409(公开日为2006年03月05日)公开了一种太阳能斑马线信号灯。该装置由两根灯杆组成，一根灯杆装有红外线发射装置，另一支灯杆装有接收装置；根据过往行人是否对红外线的遮挡判断控制太阳能信号灯和警示音的开闭。该装置没有详细涉及系统的开始运行时间和关闭运行时间，因此整体系统的使用效率较低。第二，该装置仅凭单个红外激光发射器和单个红外激光接受器座行人监测工作，不能判断行人是进去或是出来斑马线，使得整体系统的误判率较高。第三，该装置将信号灯安装于灯杆并悬挂于路面上方数米处，容易让司机将其与交通灯混淆，不能给过往车辆司机起到非常明显的警示作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种适用于城市道路交通的行人监测警告装置，帮助行人安全、便捷地通过斑马线；同时帮助司机及时地发现斑马线上的行人，解决背景技术中所存在的问题。

斑马线行人监测警告装置主要用于横穿道路的斑马线、十字路口的斑马线以及其他如小区路段的斑马线等。当行人进入斑马线时，行人通过触发门并触发整体系统；系统驱动LED路面信号灯闪烁，用于提醒过往司机正在穿越或者即将穿越斑马线的行人；LED路面信号灯的光束投射方向对准过往司机的视线方向，以更好的引起过往司机的注意。整体装置可以由独立的太阳能系统和蓄电池供电，也可以由路灯系统的交流电供电。

本发明装置包括行人监测装置、控制盒和信号灯。

行人监测装置包括分设在斑马线起点和终点的两组触发门；每组触发门包括设置在人行道上并分设在斑马线两端的一个激光发射柱和一个激光接收柱，每组触发门的激光发射柱发射激光光束、由激光接收柱接收激光光束，当行人穿过触发门时便切断该激光光束；两行信号灯分别排列在斑马线的两侧，控制盒安置在的人行道的电线杆上。

每个激光发射柱包括激光发射器和激光发射电路；激光发射器包括激光器本体和激光器出口的光学整形镜头组；激光发射电路包括发射器驱动电路、发射柱无线通信模块和发射附属电路；工作状态下，控制盒向发射柱无线通信模块发射信号，发射柱无线通信模块接收到信号之后命令发射器驱动电路启动激光发射器，激光发射器发射脉冲序列的激光信号；发射附属电路为激光发射电路提供接入电源和线路保护。

每个激光接收柱包括横向设置的两只激光接收器以及激光接收电路；激光接收器包括红外激光传感器、置于红外激光传感器之前的窄带滤波片以及激光会聚镜；激光接收电路包括分别与两只激光接收器连接的外接收器驱动电路和内接收器驱动电路、方向逻辑判断电路、接收柱无线通信模块以及接收附属电路；工作状态下，控制盒向接收柱无线通信模块发射信号，使外接收器驱动电路和内接收器驱动电路、方向逻辑判断电路处于工作状态；接收附属电路为激光接收电路提供接入电源和线路保护。

当没有行人通过触发门时，激光接收柱中的外接收器驱动电路和内接收器驱动电路输出低电平信号，方向逻辑判断电路判断输出没有人通过的信号，判断结果通过接收柱无线通信模块实时送往控制盒，控制盒不启动地面的信号灯闪烁；当行人通过触发门时，外接收器驱动电路和内接收器驱动电路先后输出激光束被遮断的高电平信号到方向逻辑判断电路，方向逻辑判断电路判断有行人进入斑马线或者走出斑马线，判断结果通过接收柱无线通信模块实时送往控制盒；当有行人进入斑马线时，控制盒通过信号灯驱动模块启动地面的信号灯开始闪烁。

控制盒包括盒体和盒盖；盒体内设置有节电器、电力提供模块、主控制器、备用电池模块、保护总闸、接线器；节电器用于降低整体系统运行时的功耗；电力提供模块为系统提供电源，用于将220V市电转换12V的系统电源或者直接接入太阳能电池板作为电源；主控制器包括参数设置键盘和液晶显示屏，用于整体系统的参数优化；备用电池模块为整体系统提供备用电源，当外接市电断电或者太阳能电池板耗尽的时候，维持系统继续运行；当整体系统出错或通过电路的电流过大、短路等紧急情况下，保护总闸断开避免系统遭受损害；接线器用于接入电源电线和地线连接。

主控制器包括中央处理器、参数设置模块、信号灯驱动模块、时钟模块、控制器无线通信模块；时钟模块控制整体系统的时间，当运行到工作时刻或非工作时刻，便向中央处理器发送指令开始工作或结束工作；信号灯驱动模块连接中央处理器和信号灯，用于驱动信号灯；参数设置模块与中央处理器连接，用于修改信号灯驱动模块的驱动参数；控制器无线通信模块与中央处理器连接，用于与发射柱无线通信模块以及接收柱无线通信模块的通信。

路面信号灯包括信号灯基座、LED灯阵列和折射棱镜；信号灯基座固定在路面的孔洞中，信号灯基座的下半部分没入路面孔洞、上半部分露在路面之上；LED灯阵列设置在信号灯基座内，折射棱镜设置在信号灯基座表面。

本发明实现简单，完成对应功能的激光发射电路、激光接收电路均属于成熟的技术，本领域普通技术人员利用现有知识均可实现；激光发射器、激光接收器和信号灯属于日常生活常见物品，很容易在商业网点购得。控制盒中的主控制器以及信号灯驱动模块均采用成熟的产品，如常用的80C51单片机系列、凌阳单片机SPCE061系列等。无线通信电路可采用ATMEL、NORDIC等公司的无线传输芯片。

本发明有如下有益效果：

1、本发明对目前的无红绿灯斑马线，带红绿灯和带警示灯的斑马线改进，将监测到斑马线有行人通行的信息反映在路面信号灯上，更有利于提醒司机注意避让，降低交通事故隐患。

2、本发明一方面提醒远处过往车辆司机注意减速形式，避让行人；另一方面也提醒横穿马路的行人应走斑马线。

3、本发明采用在斑马线上安装信号警示灯的方法，使得中间车道的司机在左右视线都被遮挡住的时候也能够发现斑马线上的行人。

4、本发明采用在斑马线两端设置行人监测系统，而且每套行人监测系统增加了进出方向判断，提高了系统运行的效率。

5、本发明中整体系统可由太阳能电池板供电和路灯系统供电两种方式选择，拓展了整体系统的应用环境。

6、本系统促进行人和司机的和谐，提高城市交通效率。

本发明主要用于缓和城市道路交通中行人的安全问题，降低行人在横穿斑马线时的事故隐患。一方面警示过往车辆司机必须注意在斑马线上行走的行人；另一方面也督促行人在横穿马路的时候应该走斑马线。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为图1中行人监测装置的示意图；

图3为本发明激光发射电路结构框图；

图4为本发明激光接收电路结构框图；

图5为图1中控制盒的示意图；

图6为图5中主控制器结构框图；

图7为图1中信号灯的结构示意图。

具体实施方式

如附图1所示，一种基于激光检测斑马线行人监测警告装置包括行人监测装置、控制盒和信号灯。

行人监测装置包括分设在斑马线105起点和终点的两组触发门。每组触发门包括设置在人行道106上并分设在斑马线105两端的一个激光发射柱101和一个激光接收柱102。每组触发门的激光发射柱101发射激光光束205，并由激光接收柱102接收，当行人穿过触发门时便切断激光光束205，行人监测装置便发送触发信号至控制盒104。两行信号灯103分别排列在斑马线105的两侧，灯体部分嵌入地面。控制盒104安置在的人行道106的电线杆107上。本实施例中针对两车道的道路总共安装有8只信号灯103，激光发射柱101、激光接收柱102、信号灯103和控制盒104依靠太阳能电池板或者路灯电力系统供电，且相互之间采用无线模块通信。

如图2、3和4所示，每个激光发射柱101包括激光发射器201和激光发射电路203两部分。激光发射器201包括激光器本体和激光器出口的光学整形镜头。激光发射电路203包括发射器驱动电路301、发射柱无线通信模块302和发射附属电路303。在工作状态下，控制盒104向激光发射电路203中的发射柱无线通信模块302发射信号，发射柱无线通信模块302接收到信号之后命令发射器驱动电路301启动激光发射器201，激光发射器201发射脉冲序列的激光信号；发射附属电路303为激光发射电路203提供接入电源和线路保护。激光器本体采用940nm的LED，LED外形尺寸为5mm，发射功率为20mwsr；激光器出口的光学整形镜头一个短焦的双凸单透镜，双凸单透镜的D∶F＝1∶1.2。发射器驱动电路301主要为激光发射器201提供重复频率10KHz，占空比位0.1的电脉冲驱动信号；发射柱无线通信模块302采用CC1100无线通信模块；发射附属电路303为激光发射电路203提供接线端子、接入电源、线路断流保护以及接地线等。在工作状态下，控制盒104向激光发射电路203中的发射柱无线通信模块302发射编码信号，发射柱无线通信模块302接收到正确的编码信号后命令发射器驱动电路301启动激光发射器201，并发射重复频率10KHz，占空比为0.1的激光脉冲序列信号。

每个激光接收柱102包括横向设置的两只激光接收器202以及激光接收电路204。激光接收器202包括红外激光传感器、置于红外激光传感器之前的窄带滤波片以及激光会聚镜，红外激光传感器采用红外接收管，光谱响应范围在500nm～1000nm，在940nm处的相应灵敏度在80％左右。为了提高信噪比，红外接收管的前面安装中心波长为940nm的窄带滤波片，滤波光谱宽度为10nm。窄带滤波片前面再放置短焦的双凸会聚透镜，双凸单透镜的D∶F＝1∶1.2，会聚透镜一方面用于增加红外接收管上的接收光强；另一方面减小红外接收管的接受视场角，进而提高判断的准确性。激光接收电路204包括分别与两只激光接收器202连接的外接收器驱动电路401和内接收器驱动电路402、方向逻辑判断电路403、接收柱无线通信模块404以及接收附属电路405。在工作状态下，控制盒104向激光接收电路204中的接收柱无线通信模块404发射信号，使外接收器驱动电路401和内接收器驱动电路402、方向逻辑判断电路403处于工作状态。接收附属电路405为激光接收电路204提供接入电源和线路保护。

激光发射柱101和激光接收柱102构成了行人通过的“触发门”。激光发射柱101发射激光光束205，并由激光接收柱102接受，激光光束205距离地面高度在700mm～750mm。当行人穿过“触发门”时便切断激光光束205，行人监测系统便发送触发信号至控制盒104。当没有行人通过“触发门”时，激光接收柱102中的两只激光接收器202接收到激光发射柱101发射的重复频率10KHz，占空比为0.1的激光脉冲序列信号，激光接收柱102中的外接收器驱动电路401和内接收器驱动电路402都输出低电平信号，方向逻辑判断电路403判断输出没有人通过的信号，判断结果通过接收柱无线通信模块404实时送往控制盒104，控制盒104不启动地面的信号灯103闪烁；当行人通过触发门时，两只激光接收器202接收到的激光发射柱101发射的重复频率10KHz，占空比为0.1的激光脉冲序列信号先后被遮断。外接收器驱动电路401和内接收器驱动电路402先后输出激光束205被遮断的高电平信号到方向逻辑判断电路403，方向逻辑判断电路403判断有行人进入斑马线105或者走出斑马线105，判断结果通过接收柱无线通信模块404实时送往控制盒104。当有行人进入斑马线105时，控制盒104通过信号灯驱动模块603启动地面的信号灯103开始闪烁；信号灯103闪烁的时间根据斑马线105的宽度设置，一般为每车道5秒钟的通过时间。当斑马线105的触发门反复有人通过时，信号灯103闪烁的时间也反复累加直到最后一位行人进入斑马线105，信号灯103再闪烁信号灯驱动模块603中设定的闪烁延迟时间。方向逻辑判断电路403对采集的信号通过单片机程序进行判断，并将判断结果通过采用CC1100无线通信模块的接收柱无线通信模块404实时送往控制盒104，只有当有“行人进入”斑马线105时，控制盒104启动地面的信号灯103开始闪烁，其余状态信号灯103为熄灭状态。

如图5和6所示，控制盒104包括盒体501和盒盖502，盒体501和盒盖502为控制盒104提供IP65的防水功能。盒体501内设置有节电器503、电力提供模块504、主控制器505、备用电池模块506、保护总闸507、接线器508。节电器503主要用于降低整体系统运行时的功耗，约能降低整套系统20％～30％的运行功耗，本实施例节电器503采用国产“中联电器”公司器件，通过检测相位、跟踪电压电流变化，调峰降压，从而节省有功率和无功功率。电力提供模块504为系统提供电源，用于将220V市电转换12V的系统电源或者直接接入太阳能电池板作为电源；主控制器505通过参数设置键盘和液晶显示屏设置参数，用于整体系统的参数优化；备用电池模块506为整体系统提供备用电源，当外接市电断电或者太阳能电池板耗尽的时候，维持系统继续运行，本实施例备用电池模块506采用性能良好的4颗锂电池，当外接市电电源或者太阳能电池板断电的时候，仍能继续维持系统工作20小时。当整体系统出错或通过电路的电流过大、短路等紧急情况下，保护总闸507断开避免系统遭受更严重的损害。接线器508采用多口接线端子，主要用于接入电源线和地线连接。

主控制器505包括中央处理器601、参数设置模块602、信号灯驱动模块603、时钟模块604、控制器无线通信模块605。时钟模块604控制整体系统的时间，当时钟模块604运行到工作时刻便向中央处理器601发送指令使整体系统开始工作；同样时钟模块604也发送指令给中央处理器601使整体系统发送关闭信号。信号灯驱动模块603连接中央处理器601和信号灯103，用于驱动信号灯103。参数设置模块602与中央处理器601连接，用于修改信号灯驱动模块603的驱动参数。控制器无线通信模块605与中央处理器601连接，用于与激光发射柱101的发射柱无线通信模块302以及激光接收柱102的接收柱无线通信模块404通信。

中央处理器601通过控制器无线通信模块605与激光发射柱101中的发射柱无线通信模块302以及激光接收柱102中的接收柱无线通信模块404通信，并向信号灯驱动模块603发送指令。参数设置模块602的主要用途包括：通过中央处理器601设定信号灯驱动模块603闪烁延时时间；通过时钟模块604设定整体系统时间；通过信号灯驱动模块603设定信号灯103闪烁的频率和亮度等参数；所有参数设定的过程都可以在主控制器505上显示出来。信号灯驱动模块603主要是信号灯103的驱动电路，由中央处理器601发送指令通过信号灯驱动模块603控制信号灯103闪烁与否；并可以由参数设置模块602修改信号灯103的闪烁频率和亮度等参数。时钟模块604控制整体系统的时间，当时钟模块604运行到指定时刻便向中央处理器601便发送指令并使整体系统开始工作，同样时钟模块604也指示中央处理器601向整体系统发送停止运行的指令。控制器无线通信模块605主要负责控制盒104和行人监测系统中的发射柱无线通信模块302以及接收柱无线通信模块404通信。附加电路模块606主要包括短路、过载保护电路等；并为各芯片提供高低电平线和接地线。本实施例中中央处理器601采用凌阳单片机SPCE061系列的16位单片机，控制器无线通信模块605采用CC1100无线通信模块与中央处理器601连接，用于与激光发射柱101的发射柱无线通信模块302以及激光接收柱102的接收柱无线通信模块404通信。时钟模块604采用高精度实时时钟-SD2400A控制整体系统的时间，当时钟模块604运行到工作时刻便向中央处理器601发送指令使整体系统开始工作；同样时钟模块604也发送指令给中央处理器601使整体系统发送关闭信号。信号灯驱动模块603连接中央处理器601和信号灯103，主要采用模拟电路完成，用于按照中央处理器601的要求驱动信号灯103闪烁。参数设置模块602与中央处理器601连接，用于修改信号灯驱动模块603的驱动参数，信号灯103的闪烁频率设置为1Hz，闪烁延迟时间设置为20秒。

如图7所示，路面信号灯103包括信号灯基座701、LED灯阵列702和折射棱镜703。信号灯基座701固定在路面的孔洞中，信号灯基座701的下半部分没入路面孔洞、上半部分露在路面之上；LED灯阵列702设置在信号灯基座701内，折射棱镜703设置在信号灯基座701表面。电源线从信号灯基座701底部接入。LED灯阵列702主要是LED灯安装的地方，每一只LED灯阵列702安装有9只LED灯；LED灯由黄色，白色和红色可供选择。折射棱镜703主要作用是将9只LED的灯光通过折射到达司机容易看到的地方，光路和地面的夹角约是0.01rad～0.1rad之间。信号灯103的LED灯阵列702灯光朝向主要对准过来车辆司机的视线方向。信号灯103安装完毕之后，整体露出在地表之上的部分高度小于14mm。

本发明装置组成简单，可直接采用市售商品作为组成部分。控制盒104中的中央处理器601、信号灯驱动模块603和激光接收电路204中的方向逻辑判断电路403等可用8位或16位单片机来实现，如常用的80C51单片机系列、凌阳单片机SPCE061系列等。无线数据传输模块可采用ATMEL、NORDIC等公司的无线传输芯片，也可采用凌阳公司与SPCE061配套的nRF2401无线传输模组。激光发射器201由普通的红外二极管或者激光LD组成，激光接收器202可选用光电池。

本发明系统中使用的无线数据传输模块应当工作在国际公共使用频段，以便于使用和频率设置。同时，由于同频无线电路在空中会产生相互干扰，在设计无线通信模块以及控制盒104与行人检测系统的通信模式时，应该考虑到这一问题。解决方法比较多，如用跳频技术：当两个行人检测同时与控制盒104通信而产生冲突时，行人监测系统可采用二进制指数退避算法等方法防止再次发生通信冲突。本发明系统中使用的红外数据传输载波频率可选用工业常用载波频率，如38KHz，以方便电子器件的选用。

Claims (1)

1.一种基于激光检测斑马线行人监测警告装置，包括行人监测装置、控制盒和信号灯，其特征在于：

所述的行人监测装置包括分设在斑马线起点和终点的两组触发门；每组触发门包括设置在人行道上并分设在斑马线两端的一个激光发射柱和一个激光接收柱，每组触发门的激光发射柱发射激光光束、由激光接收柱接收激光光束，当行人穿过触发门时便切断该激光光束；两行信号灯分别排列在斑马线的两侧，控制盒安置在的人行道的电线杆上；

每个激光发射柱包括激光发射器和激光发射电路；激光发射器包括激光器本体和激光器出口的光学整形镜头组；激光发射电路包括发射器驱动电路、发射柱无线通信模块和发射附属电路；工作状态下，控制盒向发射柱无线通信模块发射信号，发射柱无线通信模块接收到信号之后命令发射器驱动电路启动激光发射器，激光发射器发射脉冲序列的激光信号；发射附属电路为激光发射电路提供接入电源和线路保护；

每个激光接收柱包括横向设置的两只激光接收器以及激光接收电路；激光接收器包括红外激光传感器、置于红外激光传感器之前的窄带滤波片以及激光会聚镜；激光接收电路包括分别与两只激光接收器连接的外接收器驱动电路和内接收器驱动电路、方向逻辑判断电路、接收柱无线通信模块以及接收附属电路；工作状态下，控制盒向接收柱无线通信模块发射信号，使外接收器驱动电路和内接收器驱动电路、方向逻辑判断电路处于工作状态；接收附属电路为激光接收电路提供接入电源和线路保护；

当没有行人通过触发门时，激光接收柱中的外接收器驱动电路和内接收器驱动电路输出低电平信号，方向逻辑判断电路判断输出没有人通过的信号，判断结果通过接收柱无线通信模块实时送往控制盒，控制盒不启动地面的信号灯闪烁；当行人通过触发门时，外接收器驱动电路和内接收器驱动电路先后输出激光束被遮断的高电平信号到方向逻辑判断电路，方向逻辑判断电路判断有行人进入斑马线或者走出斑马线，判断结果通过接收柱无线通信模块实时送往控制盒；当有行人进入斑马线时，控制盒通过信号灯驱动模块启动地面的信号灯开始闪烁；

控制盒包括盒体和盒盖；盒体内设置有节电器、电力提供模块、主控制器、备用电池模块、保护总闸、接线器；节电器用于降低整体系统运行时的功耗；电力提供模块为系统提供电源，用于将220V市电转换12V的系统电源或者直接接入太阳能电池板作为电源；主控制器包括参数设置键盘和液晶显示屏，用于整体系统的参数优化；备用电池模块为整体系统提供备用电源，当外接市电断电或者太阳能电池板耗尽的时候，维持系统继续运行；当整体系统出错或通过电路的电流过大、短路的紧急情况下，保护总闸断开避免系统遭受损害；接线器用于接入电源电线和地线连接；

主控制器包括中央处理器、参数设置模块、信号灯驱动模块、时钟模块、控制器无线通信模块；时钟模块控制整体系统的时间，当运行到工作时刻或非工作时刻，便向中央处理器发送指令开始工作或结束工作；信号灯驱动模块连接中央处理器和信号灯，用于驱动信号灯；参数设置模块与中央处理器连接，用于修改信号灯驱动模块的驱动参数；控制器无线通信模块与中央处理器连接，用于与发射柱无线通信模块以及接收柱无线通信模块的通信；

信号灯包括信号灯基座、LED灯阵列和折射棱镜；信号灯基座固定在路面的孔洞中，信号灯基座的下半部分没入路面孔洞、上半部分露在路面之上；LED灯阵列设置在信号灯基座内，折射棱镜设置在信号灯基座表面。

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