CN106960567A - 基于红外探测的智能人行道 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种精确的基于红外线的智能人行道。智能人行道系统通过数据收集处理分析，判断行人的动态以及道路状况，及时作出反应，以实现行人与人行道智能互联，保证交通安全。整个智能人行道系统由系统控制模块、数据采集模块、太阳能电池模块和LED发光模块组成。系统控制模块包括Zigbee模块，数据采集模块包括红外探测模块和收集红绿灯信息，太阳能电池模块给本项目提供电源，LED发光模块组成斑马线上的LED灯，斑马线入口的位置装有红外线探测器。ZigBee上单片机检测光敏电阻判断白天还是夜晚，白天时，红外线探测系统暂不开启。夜晚时，开启红外线设备，检测是否有行人，若有，根据相应的红绿灯情况斑马线发出同样颜色的光，以提醒司机。

Description

基于红外探测的智能人行道

技术领域

本发明涉及一种基于红外线探测的智能人行道控制系统，其特征在于实现行人与人行道智能互联，保证交通安全。

背景技术

目前相似的国际研究现状分析及评价如下：

伦敦研究智能人行道系统，伦敦交通局最近宣布他们将会进行有关“智能”人行道的测试。这个测试基于一套叫做SCOOT（Split Cycle Offset Optimisation Technique）的系统，它是伦敦投入20至40亿英镑以十年内改善道路的计划的一部分，旨在到2020年前将伦敦的交通事故率减少40%。

SCOOT主要是为了解决如何合理地设置红绿灯时间，让行人更加有效地过人行道同时又保持车流的顺畅。这在高人流区最难实现。理想状态下，红绿灯应该让每个过马路的行人都能有足够的时间过马路，但是这样势必会对交通造成影响。更糟的是，在伦敦有些人按了穿行按钮却走开了，那司机们只能无辜等待了。

而SCOOT采用的是视频摄像技术，通过自动计算需要过马路的人群数量来调整相应的红绿灯时间。当检测到大量的行人在等待，系统会自动延长绿灯放行的时间，让人们有充足的时间过马路。此外，如果检测到没有人过马路，以及有人按了穿行键就走了的情况，系统会自动切换到“呼叫取消”状态而不激活绿灯。通过采用puffin人行道，该系统也可以提高行人穿越马路时的安全系数。现在，这种人行道在信号灯箱上安装了传感器，探测到有行人等待时，就能主动更换信号灯颜色。不同于以前的pelican人行道，升级后的信号灯从红绿灯图案转换为人形的“行走/停止”样式，方便了对信号灯颜色查看有障碍的残障人士，还省去了换信号时的闪烁过程。

上述的伦敦智能人行道系统，没有实现行人与人行道之间的智能互联，在保证交通安全方面还有所欠缺；而我们设计的基于红外探测的智能人行道实现了人与交通系统的双向交互，将人的行为与实际路况结合起来形成信息反馈到系统中，那么系统将会对交通模式进行管理，从而智能化解决交通问题。

影响红外探测的因素主要有：

红外探头容易受各种热源、光源干扰，被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收，易受射频辐射的干扰，而且当环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。由于上述缺点，误报的因素可以分为两类：

外界的因素：外界的热光源（尤其是白光光源）：如阳光、照明光源等，外界的射频信号；

内部的因素：内部由于器件等的噪声和干扰，如光热释感应器的信号瞬变等。

针对以上情况，采用以下方法以降低误报率：

1.信号出入分析

当有物体走入或走出一个探测区段时，在反极性探测感应器上会产生两个极性相反的信号，这种出入信号的能量将被独立分析并储存在内存记忆内。只有在一段特定的时间内，当两个感应器上都收集到足够的出入能量时才会触发警报；

2.在斑马线入口设置一个遮光板，能够有效地解决红外探头受外界阳光和热源的影响的问题。

发明内容

该发明是采用新型能源、红外线、ZigBee、传感器等技术而开发的先进适用装置，通过数据收集处理分析，判断行人的动态以及道路状况，系统及时作出反应，以实现行人与人行道智能互联，保证交通安全。

该发明旨在实现人与交通系统的双向交互，将人的行为与实际路况结合起来形成信息反馈到系统中，那么系统将会对交通模式进行管理，从而智能化解决交通问题。以节能有效的方式提示夜行司机斑马线是否有行人通过，如果有行人，在人行道上也会出现一个色彩变化的提醒，让司机注意到潜在的危险；同时，LED为道路两旁的行人提供一定程度的夜行照明，从而创造智慧城市、节能环保城市。

为实现上述目的，该发明采用了如下技术方案：供电模块采用太阳能充放电模块。斑马线上装有LED灯，斑马线入口的地方装有红外线探测器，两边都装有是为了保证探测更加准确，色彩传感器安装在距红绿灯较近的地方，并连接一个报警器。白天时，ZigBee上单片机检测光敏电阻判断为白天，红外线暂不开启，根据色彩传感器判断红绿灯状态，若是绿灯报警器就响起提示音提示行人可以过马路了。夜晚时，通过ZigBee检测光敏电阻判断进入黑夜，开启红外线设备，用色彩传感器判断红绿灯，若是绿灯，用红外线探测是否有行人经过，若有，则开启斑马线上的LED灯提醒过往车辆。

整个方案采用FREESCALE MC13213作为每个控制节点的主控芯片及接收端的检测主芯片。对每个控制节点，分为白天状态和夜晚状态，分别实现指定的功能；对于接收端，采用屏幕显示的方式，将每个节点的运行状态和具体位置实时显示出来，方便用户进行查看。

附图说明

图1 红外探测模块。

图2 红外探测和人行道电路的连接。

图3 整个系统的流程图。

具体实施方式

该智能人行道系统包括行人系统和交通系统，所述行人系统包括红外线探测仪、行人。红外线设备探测人行道上是否有行人经过，若有，则开启斑马线上的LED灯提醒过往车辆，以示预警，保证交通安全，所述交通系统包括光敏电阻电路、色彩传感器、报警器、LED模块和太阳能充放电模块等。供电模块采用太阳能充放电模块；ZigBee上单片机检测光敏电阻判断为白天还是黑夜。白天时，红外线探测仪暂不开启，根据色彩传感器判断红绿灯状态，若是绿灯报警器就响起提示音提示行人可以过马路了。夜晚时，通过ZigBee检测光敏电阻判断进入黑夜，开启红外线设备，用色彩传感器判断红绿灯，若是绿灯，用红外线探测是否有行人经过，若有，则开启斑马线上的LED模块提醒过往车辆。

该发明中的红外探测模块如图1所示，菲涅尔透镜将人体辐射的红外线集中，传感器检测到红外线并且产生微弱的信号，通过高增益低噪声的低频带通放大器进行放大，同时电压比较器能够有效抑制噪声干扰，提高模块的可靠性。在白天光敏电阻受到光线照射阻值变小，比较器没有输出，相反在夜晚光敏电阻阻值由于没有光照变得很大，这样就起到光控效果。

电路的连接如图2所示。红外模块输出电压，当有人经过时输出电压为高电平，假设控制红绿灯的导线当灯亮起也为高电平，这两个输出经过与门后的输出记为A，同时把控制红绿灯的导线各接一条记为B红和C绿，他们分别和A进行与运算，记结果为C红和C绿，最终C的输出接到斑马线上对应的LED灯。这样如果本来是红灯亮并且有行人在等待，A处就为高电平，B红也为高电平，C绿为低电平，那么C红就为高电平，C绿为低电平。所以斑马线上红灯亮。

整个系统的流程如图3：

1）对各模块进行初始化；

2）由光照到Zigbee上的光敏电阻，使之阻值发生变化，通过光敏电阻的阻值是否高于某一阈值来判断此时是否是白天，若是，转到步骤3），若否，转到10）；

3）收集此时红绿灯的情况；

4）红外接收器电路采集数据；

5）对采集到的数据经放大、A/D转换、滤波等数据处理；

6）对数据进行分析计算等，求出此时斑马线灯处的电压；

7）进行综合评判，通过电压判断是否有行人，若是，转8），若否，转9）；

8）斑马线显示出与红绿灯对应的颜色

9）本次结束；

本发明的工作过程是：这套交通系统的优点在于使用太阳能供电，贯彻了节能环保的理念，不需用借助于供电网络或信息平台。交互系统做成双向的，使得行人与交通系统进行交互，使系统对交通模式进行管理，从而智能化解决交通问题。相对独立的模块通过物联的方式能与周围环境进行交互。由于是模块化的产品，易于铺设，能很好减少建筑施工成本。而这套系统还能应用到其他不同的场景，比如展会、广场、公园、停车场等，实现人与环境的交互。不过这套系统的造价高、普及起来会比较困难。

Claims (5)

1.一种基于红外线的智能人行道模型，其特征在于：该智能人行道模型包括系统控制模块、数据采集模块、太阳能电池模块和LED发光模块；所述的系统控制模块包括Zigbee控制模块；所述的数据采集模块包括红外探测模块、光敏电阻探测模块、信号放大电路；太阳能电池模块给本项目提供电源，LED发光模块由斑马线上的LED灯组成；通过红外线探测行人的的状态，反馈到一个ZigBee模块，由此模块判断是否是夜晚，同时开启红外线设备，检测是否有行人，若有，根据相应的红绿灯情况斑马线发出同样颜色的光。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外线的智能人行道模型，其特征在于：数据采集模块是由鸿红外探测器来监测数据，红外发射装置需要用遮光板遮挡防止受光线的影响，当人经过路口，红外接收装置接收不到红外线即检测到有人经过，经信号传递给LED部分，使其亮灯。

3.根据权利要求1所述的一种基于红外线的智能人行道模型，其特征在于：Zigbee模块上需要携带光敏电阻来检测时白天还是黑夜，从而控制LED部分是否需要对红外探测部分传来的信号做出反应。

4.根据权利要求1所述的一种基于红外线的智能人行道模型，其特征在于：Zigbee模块采用FREESCALE MC13213作为每个控制节点的主控芯片及接收端的检测主芯片，对每个控制节点，分为白天状态和夜晚状态进行编程，分别实现指定的功能；对于接收端，采用屏幕显示的方式，将每个节点的运行状态和具体位置实时显示出来，方便用户进行查看。

5.根据权利要求1所述的基于红外识别的智能人行道，其特征在于：所述的流程如下：

1）对各模块进行初始化；

2）由光照到Zigbee上的光敏电阻，使之阻值发生变化，通过光敏电阻的阻值是否高于某一阈值来判断此时是否是白天，若是，转到步骤3），若否，转到10）；

3）收集此时红绿灯的情况；

4）红外接收器电路采集数据；

5）对采集到的数据经放大、A/D转换、滤波等数据处理；

6）对数据进行分析计算等，求出此时斑马线灯处的电压；

7）进行综合评判，通过电压判断是否有行人，若是，转8），若否，转9）；

8）斑马线显示出与红绿灯对应的颜色；

9）本次结束。