CN110164158A - 一种辅助色盲患者出行的交通灯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辅助色盲患者出行的交通灯系统，包括设置在人行横道上的智能交通灯和穿戴在色盲患者身上的穿戴设备；所述智能交通灯包括交通灯控制器、PFM控制电路和交通灯；所述穿戴设备包括依次连接的光电传感器、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路和微型马达。本发明将穿戴在色盲患者身上的穿戴设备与智能交通灯联动，通过信号灯的载波频率就能识别当前信号灯的信号颜色，能够有效辅助色盲患者安全通过人行横道，避免了造成人员伤亡和重大交通事故的发生，实现城市道路的智能化建设，不仅具有良好的经济和社会效益，很有应用前景，而且还具有操作简便，不产生噪声，运行可靠的优点。
Description
技术领域
本发明实施例涉及智能交通设备技术领域，尤其涉及一种辅助色盲患者出行的交通灯系统。
背景技术
让色盲患者识别正确的交通灯信号一直是交通控制领域的一个难点，目前实现的主要方法有：1、路灯图像法，即把绿灯做成一个走路状态的图像，而红灯做成一个停止状态的图像，行人通过观察图像，即可知道当前路灯颜色的状态；2、语音播报法，即播放与路灯颜色相同的状态，例如绿灯时播放“请同行”，红灯时播放“禁止”同行；3、无线传输法，使用FM或者AM 波段播放与路灯颜色相同的语音信号。从调研的情况的来看，这些方法主要存在以下弊端：1、路灯图像法实现简单，但是存在着远距离无法准确观察路灯的缺点，特别是近视、老花眼等常见的眼类疾病，对效果的影响尤其明显； 2、语音播放法可靠，但是由于需要循环播放语音，对附近居民造成了噪音污染，特别是夜间，扰民尤其严重；3、FM、AM无线电信号没有方向性，在十字路口容易造成识别紊乱。
发明内容
本发明提供一种辅助色盲患者出行的交通灯系统，以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种辅助色盲患者出行的交通灯系统，包括设置在人行横道上的智能交通灯和穿戴在色盲患者身上的穿戴设备；
所述智能交通灯包括交通灯控制器、PFM控制电路和交通灯；
所述PFM控制电路设置在所述交通灯控制器与交通灯之间，用于使所述交通灯控制器控制所述交通灯发出的不同颜色的交通信号携带不同频率的载波信号；
所述穿戴设备包括依次连接的光电传感器、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路和微型马达；
所述光电传感器用于感应由所述智能交通灯发出的携带了载波信号的交通信号，并转换得到对应的电信号；
所述信号放大电路用于对电信号进行放大处理；
所述滤波电路用于对电信号进行滤波处理，消除干扰信号；
所述信号处理电路用于对电信号进行快速傅里叶变换处理，分析载波信号的频率，识别出交通信号的颜色；
所述微型马达用于接受所述信号处理电路的控制，通过不同震动的方式，使色盲患者获悉当前交通信号的颜色，以辅助色盲患者通过人行横道。
进一步地，所述辅助色盲患者出行的交通灯系统中，所述PFM控制电路包括与所述交通灯控制器连接的输入端子、与所述输入端子连接的三个光耦、与三个所述光耦对应连接的三个与门电路以及与三个所述与门电路的输出端连接的输出端子；
所述光耦用于将所述交通灯控制器的原输入信号进行隔离和电平变换，使前端输入的不确定的电平信号转换为确定的TTL电平信号；
所述与门电路用于将输入的红、黄、绿灯控制信号与对应的不同频率的载波信号进行与运算，实现频率调制。
进一步地，所述辅助色盲患者出行的交通灯系统中，所述信号放大电路包括一阶低通滤波电路、第一级放大电路和第一级放大电路；
所述一阶低通滤波电路用于滤除1.6KHz以上频率的信号，保留需要的低频信号。
进一步地，所述辅助色盲患者出行的交通灯系统中，滤波电路为有源二阶带通滤波电路，所述有源二阶带通滤波电路的通带为500Hz～2KHz。
进一步地，所述辅助色盲患者出行的交通灯系统中，所述信号处理电路采用型号为STM32F103C8T6的单片机，所述单片机的内部设置有ADC模块，所述单片机储存有快速傅里叶变换程序。
本发明实施例提供的一种辅助色盲患者出行的交通灯系统，将穿戴在色盲患者身上的穿戴设备与智能交通灯联动，通过信号灯的载波频率就能识别当前信号灯的信号颜色，能够有效辅助色盲患者安全通过人行横道，避免了造成人员伤亡和重大交通事故的发生，实现城市道路的智能化建设，不仅具有良好的经济和社会效益，很有应用前景，而且还具有操作简便，不产生噪声，运行可靠的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种辅助色盲患者出行的交通灯系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中智能交通灯的结构示意图；
图3是本发明实施例中PFM控制电路的电路结构示意图；
图4是本发明实施例中穿戴设备的电路结构示意图；
图5是本发明实施例中信号放大电路的电路结构示意图；
图6是本发明实施例中滤波电路的电路结构示意图；
图7是本发明实施例中信号处理电路的电路结构示意图。
附图标记：
智能交通灯10，穿戴设备20；
交通灯控制器11，PFM控制电路12，交通灯13；
光电传感器21，信号放大电路22，滤波电路23，信号处理电路24，微型马达25。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
请参考图1，本发明实施例提供一种辅助色盲患者出行的交通灯系统，包括设置在人行横道上的智能交通灯10和穿戴在色盲患者身上的穿戴设备20；
需要说明的是，基于频率调制原理，使用不同的频率信号对红、绿、黄灯光进行调制，使其即不影响正常的信号灯显示，又可以使信号灯携带用频率表示的颜色信息。本发明以原有的信号灯信号为调制信号，分别以800Hz、 1.2KHz和1.6KHz作为载波信号，进行调制，使传输的三个颜色的控制信号携带了不同频率的载波信号，其中红色对应的频率为800Hz，黄色对应的是 1.2KHz，绿色对应都是1.6KHz。经过调制以后的信号控制这红、黄、绿三种灯进行亮或者灭，如此实现了交通灯的光信号不仅包含了人眼可见的颜色信号，还携带了人眼不可见的频率信号。经过大量的实验测试表明，当交通灯被800Hz、1.2KHz、1.6KHz的信号控制时，其亮度不会发生变化，同时人看交通灯时，也不会产生闪烁感。
如图2所示，所述智能交通灯10包括交通灯控制器11、PFM控制电路 12和交通灯13；
所述PFM控制电路12设置在所述交通灯控制器11与交通灯13之间，用于使所述交通灯控制器11控制所述交通灯13发出的不同颜色的交通信号携带不同频率的载波信号；
如图3所示，在本实施例中，所述PFM控制电路12包括与所述交通灯控制器11连接的输入端子、与所述输入端子连接的三个光耦、与三个所述光耦对应连接的三个与门电路以及与三个所述与门电路的输出端连接的输出端子；
所述光耦用于将所述交通灯控制器11的原输入信号进行隔离和电平变换，使前端输入的不确定的电平信号转换为确定的TTL电平信号；
所述与门电路用于将输入的红、黄、绿灯控制信号与对应的不同频率的载波信号进行与运算，实现频率调制，经过调制的从输出端子输出，传输给交通灯13。
如图4所示，所述穿戴设备20包括依次连接的光电传感器21、信号放大电路22、滤波电路23、信号处理电路24和微型马达25；
所述光电传感器21用于感应由所述智能交通灯10发出的携带了载波信号的交通信号，并转换得到对应的电信号；
所述信号放大电路22用于对电信号进行放大处理；
所述滤波电路23用于对电信号进行滤波处理，消除干扰信号；
所述信号处理电路24用于对电信号进行快速傅里叶变换处理，分析载波信号的频率，识别出交通信号的颜色；
所述微型马达25用于接受所述信号处理电路24的控制，通过不同震动的方式，使盲人获悉当前交通信号的颜色，以辅助盲人通过人行横道。
如图5所示，在本实施例中，所述信号放大电路22包括一阶低通滤波电路、第一级放大电路和第一级放大电路；
所述一阶低通滤波电路用于滤除1.6KHz以上频率的信号，保留需要的低频信号。经过滤波后的信号再经过SGM8551进行两级放大，其中第一级放大电路的放大倍数为11倍，而第二级放大电路的放大倍数可调，两级放大电路共沟通最大561倍的电压放大电路，从而把光电传感器21输入的微弱信号放大到2V左右的强信号。
需要说明的是，在现场测试发现，由于城市中存在着大量的光污染，尤其以LED点阵为代表的户外广告牌，会产生大量的频率在200Hz左右的信号，而以日光灯为代表的普通照明电路，则会产生50Hz的强干扰信号。为了降低这些信号的干扰作用，在进行数字化处理之前，本发明使用一个带通滤波器对输入信号进行了滤波。
如图6所示，在本实施例中，滤波电路23为有源二阶带通滤波电路，所述有源二阶带通滤波电路的通带为500Hz～2KHz，将日常照明的50Hz信号和 LED广告牌的200Hz以下的频率信号有效滤除。
如图7所示，在本实施例中，为了简化信号的处理，根据本发明的特点，所述信号处理电路24采用型号为STM32F103C8T6的单片机，所述单片机的内部设置有ADC模块，所述单片机储存有快速傅里叶变换程序。
具体的，经过前端处理后的信号输入到STM32F103C8T6单片机的PA1 引脚输入到内部ADC模块中，内部ADC模块对其转换后送到内部的CPU处理，CPU运行FFT(快速傅里叶变换)程序，识别信号的载波频率，从而识别出当前交通灯的颜色，如果是红灯，则控制微型马达25(M1)按照每两秒震动一次的频率震动，如果绿灯，则一直保持震动，从而是色盲患者能了解当前的信号灯信息。
本发明实施例提供的一种辅助色盲患者出行的交通灯系统，相比于现有技术有，如下的优点：
1、使用PFM(脉冲频率调制)原理，信号传输稳定，在远距离也可以正确识别信号灯信号；
2、利用了光直线传播的特点，穿戴设备只识别当前正面对的信号灯，解决了语音播报、无线电播报造成的十字路口传输紊乱的难题；
3、穿戴设备，识别结果通过震动反馈给穿戴者本人，既提高了效果，又避免了扰民。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种辅助色盲患者出行的交通灯系统，其特征在于，包括设置在人行横道上的智能交通灯和穿戴在色盲患者身上的穿戴设备；
所述智能交通灯包括交通灯控制器、PFM控制电路和交通灯；
所述PFM控制电路设置在所述交通灯控制器与交通灯之间，用于使所述交通灯控制器控制所述交通灯发出的不同颜色的交通信号携带不同频率的载波信号；
所述穿戴设备包括依次连接的光电传感器、信号放大电路、滤波电路、信号处理电路和微型马达；
所述光电传感器用于感应由所述智能交通灯发出的携带了载波信号的交通信号，并转换得到对应的电信号；
所述信号放大电路用于对电信号进行放大处理；
所述滤波电路用于对电信号进行滤波处理，消除干扰信号；
所述信号处理电路用于对电信号进行快速傅里叶变换处理，分析载波信号的频率，识别出交通信号的颜色；
所述微型马达用于接受所述信号处理电路的控制，通过不同震动的方式，使色盲患者获悉当前交通信号的颜色，以辅助色盲患者通过人行横道。
2.根据权利要求1所述的辅助色盲患者出行的交通灯系统，其特征在于，所述PFM控制电路包括与所述交通灯控制器连接的输入端子、与所述输入端子连接的三个光耦、与三个所述光耦对应连接的三个与门电路以及与三个所述与门电路的输出端连接的输出端子；
所述光耦用于将所述交通灯控制器的原输入信号进行隔离和电平变换，使前端输入的不确定的电平信号转换为确定的TTL电平信号；
所述与门电路用于将输入的红、黄、绿灯控制信号与对应的不同频率的载波信号进行与运算，实现频率调制。
3.根据权利要求1所述的辅助色盲患者出行的交通灯系统，其特征在于，所述信号放大电路包括一阶低通滤波电路、第一级放大电路和第一级放大电路；
所述一阶低通滤波电路用于滤除1.6KHz以上频率的信号，保留需要的低频信号。
4.根据权利要求1所述的辅助色盲患者出行的交通灯系统，其特征在于，滤波电路为有源二阶带通滤波电路，所述有源二阶带通滤波电路的通带为500Hz～2KHz。
5.根据权利要求1所述的辅助色盲患者出行的交通灯系统，其特征在于，所述信号处理电路采用型号为STM32F103C8T6的单片机，所述单片机的内部设置有ADC模块，所述单片机储存有快速傅里叶变换程序。
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