基于物联网的行人规范激光立柱

东南大学成贤学院 丁 祥 张益航 丁子昱 唐乾楷

本文采用物联网技术设计立于人行道同一侧的立柱，利用单片机控制立柱激光状态，通过光敏传感器检测行人闯红灯现象并语音警告及摄像头拍照。文中物联网系统的设计主要用于减少闯红灯现象，进而减少交通意外事故。

随着科技的发展，交通的便捷，汽车已经成为人们出行的主要交通工具，但与之相对的人们的交通安全意识却没有相应增长，无论是过去还是现在，交通安全始终是人们关注的重点问题之一，而闯红灯现象作为造成交通安全隐患的重大因素，尽管人行道两侧安装了红绿灯并配用语音警告功能，闯红灯的现象仍然大量存在。本文在查阅了相关资料后决定制作基于物联网的行人规范激光立柱，该项目主要针对不遵循人行道行人规范的路人，除了增加语音播报系统来缓解行人等红灯时的焦虑心情，还能通过该物联网设备对闯红灯的行人拍照进而减少闯红灯现象，为人们的出行安全做出进一步的保障。

1 物联网简介

物联网最早是由麻省理工大学Ashton教授提出，其理念是基于射频识别（RFID）、电子代码（EPC）等技术，在互联网的基础上构造全球物品信息实时共享的实物互联网，随着对物联网技术的不断研究，在2005年的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）正式提出了“物联网”概念。物联网有三个特征：

全面感知：可以利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取物体的各类信息。

可靠传送：通过对互联网、无线网络的融合，将物体的信息实时、准确的传送，以便信息交流、分享。

智能处理：使用各种智能技术，对感知和传送到的数据、信息进行分析处理，实现监测与控制的智能化。

目前，物联网已经渗透到我们生活的方方面面，如智慧校园、智能交通、智能家居等，方便了我们的生活，使我们的衣食住行都更加智能化。

2 硬件部分设计

图1 硬件整体框架图

硬件部分主要包括以下模块：红绿灯模块，激光反馈模块，语音模块和摄像头模块。各模块由单片机控制，通电后可自行运行，根据单片机设定的红绿灯状态开启和关闭其他模块，通过光敏传感器检测激光照射状态判断闯红灯行为的发生，然后控制语音模块和摄像头模块的运行。

硬件整体框架如图1所示。

2.1 红绿灯模块

红绿灯模块使用5mmLED灯发光二极管，极管又称晶体二极管，它是一种具有两个电极的装置，单向传导电流的电子器件，具有寿命长、节能环保、低电压下工作安全等特点，通常用于整流电路，检波电路，稳压电路以及各种调制电路。该发光二极管工作电压为1.8v-2.0v，一般为了获得大功率而多个并联使用，通过89c51单片机控制红绿灯灯亮时长。

2.2 激光反馈模块

激光反馈模块主要分为两大部分：激光发射模块和传感器接收模块。激光发射模块使用6mm外径激光头，半导体激光器利用电子在能带间跃迁发光，利用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光震荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光，其具有单色性好、相干性好、方向性好等普通光不具备的特点。所使用激光头工作电压为5v功率为5MW，激光头由发光管芯、聚光透镜、铜可调套筒三部分组成，可根据距离调节透镜焦距。传感器接收模块使用基于半导体光电效应工作的光敏电阻传感器，工作电压3.3v-5v，内配可调电位器可以调节检测光线亮度，使用宽电压LM393比较器，输出方式有数字开关量输出和模拟电压输出两种。

2.3 语音模块

语音模块主要分两部分：语音警报模块和语音播报模块。语音警报模块使用ISD1820录音语音模块，工作电压3v-5v，可使用按键控制和单片机控制，播放模式分为触发模式放音和点动模式放音，事先录制好警告标语即可。语音播报模块使用YX5200-24SSmp3模块，5v直流供电，支持TF插卡和micro USB插口，集成音频放大芯片和自带喇叭接口，可以直接外接喇叭，通过按键和单片机控制音量大小和播放模式。

2.4 摄像头模块

摄像头模块使用微型插卡摄像头，利用景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转化为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片中加工处理，最后存储在sd卡中。微型插卡摄像头工作电压3.7v，信号线短触地一下为拍照短触两秒后为录像。

3 软件部分设计

软件部分的设计思路相较于硬件部分更为清晰，但软件部分代码的编写却是系统的关键，所有模块均由一片89c51单片机控制，采用程序控制，节省了成本的同时也为代码的编写创造了难度。

软件设计流程图如图2所示：

图2 软件设计流程图

红灯时工作，当有人闯红灯时，激光反馈模块反馈1给单片机，单片机给摄像头发送信号1，摄像头拍照存储在sd卡中，方便后续调取。

激光反馈模块也是由89c51单片机控制，红灯时激光发射模块和传感器接收模块同时开始工作，激光照射在光敏传感器上，传感器接收模块反馈信号1给单片机，语音模块和摄像头模块不工作，当有人闯红灯时遮蔽了激光，光敏传感器接收不到光信号，传感器接收模块反馈信号0给单片机，语音模块和摄像头模块开始工作；绿灯时激光发射模块和传感器接收模块不工作。

语音模块工作方式为：红灯时，语音模块开始工作，语音播报模块开始播放新闻、歌曲等信息缓解路人等红灯时的焦虑心情，当激光反馈模块检测到有人闯红灯时，反馈信号0给单片机，单片机给语音警报模块发送信号1，给语音播报模块发送信号0，语音播报结束，语音警报模块开始提醒路人闯红灯行为。

总结：本文主要介绍了基于物联网的行人规范激光立柱，相对于国内传统人行道红绿灯而言，这一道激光线是建立在人们心中的红线，能够更有效地树立禁闯红灯的标准。目前已有的由韩国设计师HOJOON Lim设计的人行道激光安全线，但HOJOON Lim的设计并不会产生如同他设计图中那样可见的激光线条，并且这种人行道激光安全线仅仅通过声音加以警示，不具有威慑力，所以在本文的设计中加入了物联网功能，对闯红灯的人或车拍照。