LED应用于交通卡的研究和设计

陈雪姣

[摘    要]随着我国经济的蓬勃发展，人们的外出量日益增加，为了出行安全，道路交通管理格外關键。为使人与车顺畅通过道路，在道路交叉口设置了红绿灯，但因部分道路交叉口绿灯时间的限制，在步行速度缓慢的老人、盲人或残疾人等经过此交通信号灯区域的斑马线时，若步行缓慢的行人未完全通过斑马线时，绿灯就变成了红灯，此时会造成道路拥堵，严重时可能造成事故。因此介绍了一种LED道路交通刷卡设备。

[关键词]LED;交通卡;研究;设计

[中图分类号]U495 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）01–00–03

[Abstract]With the vigorous development of my country's economy， the number of people going out is also increasing. For travel safety， road traffic management is particularly critical. In order to enable people and vehicles to pass the road smoothly， traffic lights are set at road intersections. However， due to the limitation of the green light time of some road intersections， when the elderly， blind or disabled people walking slowly pass the zebra crossing in this traffic signal area， if When pedestrians walking slowly do not completely cross the zebra crossing， the green light turns into a red light. This will cause road congestion and， in severe cases， may cause accidents. Therefore， the article introduces an LED road traffic card swiping device.

[Keywords]LED; traffic card; research; design

1 LED概述

1.1 概念

发光二极管（LED）是一种常见的感光器件，其利用电子和空穴复合释放出能量而发光，因其能高效地将电能转换为光能，因此在照明灯光领域的使用很普遍，如灯具、平板展示、医疗器材等。这种光电子元件于1962年问世，但早期只能产生极低光度的红光，随着后续发展，出现了其他单色光的版本，能产生的光已包括所有可见光、红外线和紫外线，光度也有较大提升。目前LED已在显示屏和照明灯具领域得到广泛应用。

1.2 LED的特点

1.2.1 体积小

LED是一块很小的晶片被封装在环氧树脂内，因此其体积非常小。LED体积较小，所以发光点也小，这在光学设计上可作为点光源，而点光源的二次光系统设计是非常简单的，因此LED基本能够达到任何的配光要求。

1.2.2 光谱窄

从LED的发光机理上讲，LED实质上是发出单色光谱信号的，并因为光谱信号展宽而具有相应的长度，通常是20～30 nm。而目前已形成了不同波段的单色LED，因LED的单色性，因此在光谱这种空间结构中通过几个LED就可以合成出所有要求的光谱组成形式。

1.2.3 LED开关电源响应快、寿命长

从加电压到发出光的时间仅1～10 ms，响应频率可达100 Hz;则使用寿命长，一般可达10万小时以上。

1.3 LED的应用

1.3.1 各类指示灯泡

在作为指示灯应用时，所需要的光源强度并不高，因此LED技术最初的主要用途就是当作指示灯具使用的。从1962年提出LED后的很长时间里，发光效率始终未有很大的改善。

1.3.2 交通信号

目前，我国道路交通灯基本被常用的高亮度红光、绿光和黄光LED取代。因为LED的窄光谱特点，相对于传统白炽灯，LED能够实现90%以上的节能效果。

1.3.3 景观灯、装饰灯和大屏幕的显示技术

景观灯也是LED技术在建筑灯具领域中一种比较常见的应用，因为单个LED的功率较小，所以用于建筑景观灯具时比采用传统光源的节能效果更加明显。使用LED作为显示器时，因其光源品质好、省电、使用寿命长等优势，在平面显示屏和便携设备显示器等领域应用广泛。目前，LED在大屏幕显示方面已经实现了绝对优势。

2 LED交通刷卡装置的结构概述

为确保行人的安全，本文介绍一种利用刷卡来调节道路红绿灯亮灯时长的LED交通刷卡设备。这种LED刷卡装置主要包括灯杆、安置在灯杆前部的道路交通信号灯、安置在灯杆后方的LED道路刷卡器、安置在灯杆下部的道路交通控制设备及磁卡5部分。

2.1 交通控制器

交通控制器包括主控制集成电路，为控制电路供电的电源电路，用于指示红灯持续时间的时钟控制器集成电路，用于测量环境气候的温度检测集成电路，一种用于发送音频信号的音频放大集成电路，一种用于读取磁卡信号的刷卡驱动集成电路，一种用于指示刷卡状态的刷卡指示集成电路和一种用于恢复时钟计数的复位集成电路。

2.2 电源电路

2.2.1 时钟电路

时钟集成电路的进入端与主控电路的VDD脚电相连，而出口端则依次与主控电路的SCL和SDL脚电相连。

2.2.2 温度检测电路

温度检测集成电路的进口端与主控集成电路的VDD脚电链接，而出口端则与主控集成电路的RTPORT脚电链接。声音放大电路的进口端依次与主控集成电路中的CERL脚、Voice脚和Vdd脚的直流输入电源连接，而出口端则与主控集成电路的voicechk脚输入电源连接。

2.2.3 刷卡驱动电路

刷卡驱动电路Q负一的输入端与主控集成电路中的A型共插针电相连，而输出端则与电源电路中Cn负一的CEPAs引脚和公共插针电相连;刷卡消费驱动集成电路，在Q二的进口端与主控集成电路中的B型引脚电相连，其在出口端与电源电路中的Sony引脚以及在CN一的公共引脚电相连;刷卡消费驱动集成电路中，Q3的进口端与主控集成电路中的故障输出引脚电相连后，其出口端再与电源电路中CN一的故障引脚和公共引脚电相连。

2.2.4 刷卡指示灯电路

刷卡消费指示灯在电路五D的输入端与电源电路中CN1的LED电源插针电相连，在U4和U6的输入端则与主控集成电路的VDD插针电相连，当输出端与电源电路中CN1的公共插针电相连时，U4的发光组与主控制电路中的LEDCHK1电相连，而U6的LEDCHK2则与主控制嵌入式集成电路中的LEDCHK2电相连。

2.2.5 复位电路

复位集成电路的R三十九进入端与主控集成电路的VDD脚电相连，而出口端则与主控集成电路的Reset脚电相连。所述的LED交通刷卡器包含了刷卡传感器集成电路、刷卡编码集成电路，以及刷卡指示照明集成电路。

2.2.6 刷卡感应电路

刷卡式感应集成电路的AVDD脚和主控集成电路的33脚AVDD电相连。

2.2.7 刷卡解码电路

刷卡解码集成电路的第三脚与刷卡传感集成电路中的R五十二电相连，其第四脚与刷卡传感集成电路中的R四十七电相连，其三十二脚与刷卡传感集成电路中的第三十脚电相连，其三十一脚与刷卡传感集成电路中的第三十一脚电相连，其三十脚与刷卡传感集成电路中的R三十六电相连，其二十九脚与刷卡传感集成电路中的R四十九电相连。

2.2.8 刷卡

磁卡分为老年人卡、盲人卡和残疾卡，以下所述的老年人卡、盲人卡和残疾卡分为卡片自身，以及设定于卡片自身内的应用软件程式。当老年人卡、盲人卡和残疾卡同时刷卡时，最高可延长60 s绿灯时限。

综上所述，本文推荐的LED交通卡刷卡装置的积极效果是，电子刷卡方式可以延长过马路時间、绿灯时间、缩短过红灯时间，方便步行不便人员安全进行道路检查，也有利于执法人员依法管理过马路车辆的正常运行。

3 LED交通刷卡装置的设计

如图1所示，LED道路交通卡刷卡设备实际上是一个基于直流电源的可移动柔性发热膜。时钟集成电路（图2）的输入端与主控制集成电路的VDD引脚电相连，而输出端则依次与主控制集成电路的SCL和SDL引脚电相连。温度测量电路的进口端连接主控制电路的VDD引脚电源，出口端连接主控制电路的RT或端口引脚电源。音频放大电路的进口端依次连接主监测电路的cerl插针、Voice引脚和VDD插针的五V直流电源插针，而出口端则连接主监测电路的voice或chk插针。

在LED交通刷卡设备的刷卡消费驱动集成电路中，输入端与主控集成电路中的a型公共引脚电连接，输出端与电源电路中的CEPAs引脚和CN I的公共引脚电连接;刷卡消费驱动IC Q2的入口端与主控IC中的B型引脚电连接，出口端与电源电路中的Sony引脚和CN 1的公共引脚电连接;刷卡消费驱动IC Q3的入口端与主控IC中的故障输出引脚电连接，其出口端与电源电路中的CN 1故障引脚和公共引脚电连接。如上所述，刷卡消费指示电路VD的输入端与电源电路中CN I的LED电源引脚电连接，其中VI的输入端u4和u与主控集成电路中VDD的公共引脚电连接，插座端与电源电路中的CN 1公共引脚电连接，uIV通过光端机与主控集成电路中的LED CHK1电连接，U6的插座端与主控集成电路中的LED CHK2电连接。复位耗电元件集成电路的入口端与主控制集成电路中的VDD引脚电连接，其出口端与主控制集成电路中的复位引脚电连接。

LED交通读卡器分为刷卡传感集成电路和刷卡编码集成电路。刷卡传感集成电路的avdd引脚与主控制集成电路的33引脚avdd电连接。滑动编码集成电路的第3引脚与滑动感应集成电路中的R52电连接，第4引脚与滑动感应集成电路中的R47电连接，第32引脚与滑动感应集成电路中的第30引脚电连接，第31脚与刷卡传感集成电路中的第32脚电连接，第30脚与刷卡传感集成电路中的R36电连接，第29脚与刷卡传感集成电路中的R49电连接。

LED交通刷卡装置利用刷卡装置获取磁卡的工作信号，在识别出磁卡的工作信号后，控制相应的继电器开关，通过交通控制器将工作信号传输到红灯、绿灯和喇叭。同时，红灯、绿灯、喇叭将工作信息反馈给行车调度员共同管理。当读卡器读取到刷卡是老年卡、盲人卡和残疾卡时，它通过声音抑制继电器将信号发送给交通控制器。当行车调度员处于红灯状态时，刷卡消费将作废。同时，声音放大电路也开始工作，并驱动喇叭以产生进行道路的噪声;但是，只要交通控制器保持在绿灯状态，那么声音地放大电路就开始工作，从而驱动音箱产生汽车通过路面时的声响。此时，通过道路的时间可能持续了3～5 min。在整个工作流程中，主控电路会持续监测各模块的工作状况。当某些模块的工作状态异常，主控制的电路中会形成一个错误信息，以提醒人们进行进一步检查。时钟电路用来记忆红灯和绿灯的点亮时刻。当时钟到达规定日期时，信号返回主控制电路，并切换红灯，将存储器编号归零，从而执行新的时钟存储器。当环境温度高于七十摄氏度时，温度检测电路将信息反馈给主控制电路进行冷却管理和停机。

4 结语

综上所述，本章还介绍了一个LED道路交通刷卡消费设备，包含灯杆，安装在灯杆前方的道路交通信号灯，安装在灯杆后部的LED道路交通刷卡器，以及安置在灯杆下方的道路交通控件，包含磁卡，所述道路交通控件，除了包含磁卡，上面所述的道路交通控件中还包含了主控电路，为监控电路供应电源的电源电路，用来指导道路交通红灯期长的电子时钟电路，用来检测环境气候的环境温度检查电路，用来提供声音信息的声音放大电路，用来读出磁卡信息的刷卡消费驱动集成电路，还有用来指导刷卡消费状况的刷卡指示灯集成电路，另外还有用来让时间记忆值恢复的报警集成电路。希望能为交通安全管理提供一些新的思路，以保证行人的安全。

参考文献

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