孫悅超 李曼 楊雯鈴

摘 要：為實(shí)現(xiàn)通過聲音提醒和控制車門自動(dòng)開關(guān)來達(dá)到車門對(duì)乘客防夾的目的，以單片機(jī)AT89C52為控制模塊、語音芯片ISD1700及蜂鳴器、指示燈作為語音提醒和報(bào)警裝置、紅外線傳感器為檢測(cè)裝置、以繼電器、電磁閥作為控制車門開關(guān)裝置來設(shè)計(jì)公交車車門防夾系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使公交車車門處，在有人或物的情況下既能實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警提醒駕駛員和乘客，又能及時(shí)自動(dòng)地打開車門，防止夾到乘客或者物體，確保乘客出行的安全。

關(guān)鍵詞：車門防夾;傳感器;報(bào)警系統(tǒng);語音提醒

中圖分類號(hào)：U463.9 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）06-43-04

Abstract： In order to achieve the purpose of door-to-passenger anti-clamping through sound warning and control door automatic switch， the AT89C52 of single chip microcomputer as control module， voice chip ISD1700 and buzzer， indicator lamp as voice warning and alarm device， infrared sensor as detection device， relay， solenoid valve as control door switch device to design bus door anti-clamping system. The system can make the bus door， in the case of people or things can not only achieve voice alarm to remind drivers and passengers， but also can automatically open the door in time to prevent clamping passengers or objects， to ensure the safety of passengers travel.

Keywords： Door anti-clamp; Sensor; Alarm system; Voice alert

CLC NO.： U463.9 ?Document Code：A ?Article ID： 1671-7988（2020）06-43-04

前言

由于城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，目前很多城市道路交通網(wǎng)負(fù)荷嚴(yán)重。公交車作為一種廣泛使用、價(jià)格實(shí)惠、實(shí)用性強(qiáng)的交通工具，越來越多的人將公交車作為出門首選工具。為避免公交車門在關(guān)閉或開啟時(shí)夾傷乘客，目前的公交車門處通過加裝攝像頭，方便司機(jī)觀察車門處是否有人，但若在乘客擁擠的情況下，可能存在司機(jī)無法從攝像頭中看清車門處的情況，給駕駛員帶來不便，為此常設(shè)有車門防夾裝置[1]。

目前大多數(shù)車門防夾裝置是通過安裝在車門邊沿處的傳感器來檢測(cè)車門是否夾到人或物，當(dāng)傳感器一旦檢測(cè)到車門夾到人或物時(shí)，就會(huì)向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器再控制車門再次打開或者關(guān)閉，以達(dá)到安全防護(hù)的效果。但是，上述防夾裝置在開啟或關(guān)閉時(shí)，較容易發(fā)生夾傷在車門處附近的乘客。因此，通過在車門關(guān)閉前設(shè)計(jì)語音提醒乘客，并且在紅外線傳感器的檢測(cè)下先確保車門處無人或物后再進(jìn)行關(guān)門操作，可以有效防止乘客被夾傷[2]。所以本文的設(shè)計(jì)思路是通過聲音提醒乘客及駕駛員和自動(dòng)控制車門的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)防夾功能。以單片機(jī)AT89C52為控制模塊、語音芯片ISD1700及蜂鳴器、指示燈作為語音提醒和報(bào)警裝置、紅外線傳感器為檢測(cè)裝置、以繼電器、電磁閥作為控制車門開關(guān)裝置。當(dāng)乘客或物品被夾，使車門處在有物體的情況下不僅能實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警提醒駕駛員和乘客，而且能及時(shí)自動(dòng)地打開車門，以防夾到乘客或者物體。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 防夾系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，該系統(tǒng)由紅外傳感器檢測(cè)車門處是否有障礙，將AT89C52單片機(jī)作為防夾裝置的控制核心，控制語音播報(bào)、蜂鳴器、指示燈、延時(shí)繼電器的工作。由關(guān)門鍵、紅外傳感器、電源作為輸入，單片機(jī)作為中間處理器，語音播報(bào)、指示燈、蜂鳴器、延時(shí)繼電器、電磁閥作為輸出。當(dāng)司機(jī)按下關(guān)門鍵時(shí)，關(guān)門鍵作為輸入端，通電觸發(fā)語音播報(bào)系統(tǒng)開始播放錄音，其中語音芯片播報(bào)語音內(nèi)容由單片機(jī)AT89C52控制輸出。在語音播報(bào)的同時(shí)，紅外傳感器開始工作，紅外傳感器檢測(cè)信號(hào)作為輸入，檢測(cè)車門處是否有人或物等障礙，接著將信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)AT89C52處，單片機(jī)對(duì)紅外傳感器傳輸過來的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)檢測(cè)情況分別輸出到延時(shí)繼電器和蜂鳴器、指示燈處[3]。若判斷出車門處有人或物等障礙，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)（嘀—）和指示燈亮起;若判斷出車門無障礙，則控制蜂鳴器發(fā)出準(zhǔn)備關(guān)門信號(hào)（嘀-嘀-嘀）以及使車門延時(shí)關(guān)閉。

1.2 公交車門防夾裝置設(shè)計(jì)工作原理

防夾裝置工作流程如圖2所示，防夾基本原理如下：

當(dāng)駕駛員按下關(guān)閉車門按鍵后，觸發(fā)語音芯片開始工作，開啟語音播報(bào)：“乘客們，車門即將關(guān)閉，請(qǐng)不要站在車門處，謹(jǐn)防被夾”;

語音播報(bào)的同時(shí)，紅外線傳感器裝置開始工作，紅外線傳感器感應(yīng)出車門處是否有人或物。

若檢測(cè)到車門處無人或物，延時(shí)繼電器開始工作，直接進(jìn)入準(zhǔn)備關(guān)門信號(hào)，即蜂鳴器間歇性地發(fā)出嘀嘀嘀提醒乘客即將車門關(guān)閉，以防乘客再次出現(xiàn)在車門處。此時(shí)延時(shí)繼電器延時(shí)斷開電磁閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)門;

若檢測(cè)到車門處有人或物時(shí)，紅外傳感器的發(fā)射器發(fā)出的紅外線和反射回來的光束其中一個(gè)被擋住時(shí)，即此時(shí)發(fā)射器和接收器之間沒有信號(hào)交流，接收器接收不到信號(hào)，以至于信號(hào)不能及時(shí)輸出，則存在有障礙信號(hào)，使控制器控制蜂鳴器發(fā)出急促連續(xù)的響聲和指示燈亮起，此時(shí)報(bào)警電路通電，電磁閥不斷開，保持車門打開狀態(tài)，然后直到傳感器檢測(cè)到車門處無障礙時(shí)再進(jìn)行車門關(guān)閉的操作。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 紅外傳感器

通過比較分析，選用型號(hào)為E18-B03N1的紅外傳感器，其電路如圖3;其性能參數(shù)為I<=300mA;Sn=190cm（檢測(cè)距離）[4]?？紤]到公交車門均是折疊門，采用雙光束，發(fā)射器安裝在距離車門頂部中心處，另一對(duì)接收器安裝在車門底部中心處，當(dāng)其中一個(gè)對(duì)射器之間的信號(hào)被物體遮擋，則電磁閥接通，打開門;當(dāng)對(duì)射器信號(hào)均未被遮擋，傳輸信號(hào)，使電磁閥斷開，關(guān)閉車門。

2.2 延時(shí)繼電器

選用RZF-D斷電延時(shí)繼電器，延時(shí)繼電器控制電磁閥延時(shí)斷開電路如圖4所示。當(dāng)KT線圈通電時(shí)，蜂鳴器BZ1開始工作，繼電器KT在線圈的作用下，延時(shí)斷開，使電磁閥S斷電。防夾是通過使用常閉延時(shí)斷電繼電器進(jìn)行延時(shí)斷開車門處電磁閥從而實(shí)現(xiàn)車門延遲關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)紅外線傳感器檢測(cè)到車門處有人或物時(shí)，電流直接通過報(bào)警器，此時(shí)電磁閥保持通電，車門保持打開狀態(tài); 當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)車門處無人或物時(shí)，電流通過斷電延時(shí)繼電器，使繼電器線圈通電，當(dāng)準(zhǔn)備關(guān)門信號(hào)（1s）完成后，延時(shí)繼電器常閉觸點(diǎn)斷開，切斷通往電磁閥的電流，導(dǎo)致電磁閥斷開，實(shí)現(xiàn)關(guān)門。延時(shí)繼電器延時(shí)時(shí)間為2s。

2.3 單片機(jī)的選用

選取單片機(jī)AT89C52為控制核心，其任務(wù)有兩個(gè)，一是控制語音芯片進(jìn)行語音播報(bào)，二是接收紅外傳感器的信號(hào)之后進(jìn)行處理，根據(jù)處理紅外線傳感器的信號(hào)，控制蜂鳴器的頻率實(shí)現(xiàn)報(bào)警和提醒，以及延時(shí)繼電器的工作[5]。

2.4 蜂鳴器

蜂鳴器在系統(tǒng)中一是進(jìn)行報(bào)警信號(hào)的輸出，二是提醒乘客準(zhǔn)備關(guān)門信號(hào)的輸出[6]。通過單片機(jī)AT89C52對(duì)蜂鳴器分別進(jìn)行鳴響和發(fā)聲頻率的控制。單片機(jī)控制蜂鳴器、指示燈報(bào)警電路見圖6。其中，蜂鳴器電路由三極管、蜂鳴器組成，電路中使用了單片機(jī)I/O口P3.7來控制三極管的導(dǎo)通與截止來實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的響聲頻率。

2.5 語音播放系統(tǒng)

選用ISD1700芯片為防夾系統(tǒng)的語音播放模塊。該模塊操作簡單、工作可靠、聲音優(yōu)質(zhì);其芯片工作電壓為2.4V- 5.5V，最高不可以超過6V，工作電流為20mA[7]。

以AT89C52單片機(jī)為控制核心，ISD1007語音芯片作為語音信號(hào)輸出。單片機(jī)控制語音芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的儲(chǔ)存和播放。為了實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)所需的功能，即需要按下語音模塊中的開始鍵，啟動(dòng)錄音功能，通過話筒進(jìn)行錄音，錄音內(nèi)容為“乘客們，車門即將關(guān)閉，請(qǐng)不要站在車門處，謹(jǐn)防被夾”，待錄音結(jié)束后松開按鍵，結(jié)束錄音。此段錄音文件將會(huì)儲(chǔ)存在語音芯片中作為永久的工作音頻，以便于工作上播放。在司機(jī)按下關(guān)門鍵時(shí)，觸發(fā)語音模塊中PLAY鍵進(jìn)行放音功能，開始播放該錄音。

3 仿真設(shè)計(jì)與調(diào)試

3.1 仿真設(shè)計(jì)方案

以Keil uVision4開發(fā)環(huán)境為編程平臺(tái)進(jìn)行代碼的編譯和運(yùn)行，并在proteus軟件上進(jìn)行電路仿真，仿真設(shè)計(jì)方案見圖8。以單片機(jī)AT89C52為控制核心，蜂鳴器、指示燈為報(bào)警信號(hào)輸出。由于本設(shè)計(jì)是運(yùn)用紅外線傳感器進(jìn)行檢測(cè)，但考慮到此次為軟件仿真，無法實(shí)施紅外線傳感器的仿真，故采用開關(guān)信號(hào)來模擬紅外線傳感器的狀態(tài)，用液晶顯示屏LM016L來顯示紅外傳感器的檢測(cè)情況。

3.2 仿真設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

圖9為仿真總電路圖，由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、按鍵模塊、液晶顯示屏LM016L、蜂鳴器、指示燈、三極管、電阻等組成。

在模擬仿真過程中，紅外傳感器開始檢測(cè)車門處是否有人或物，若液晶顯示屏顯示“Some one is here”，見圖10 ，此狀態(tài)為紅外傳感器檢測(cè)到車門處有人，同時(shí)電路中指示燈開始亮起，蜂鳴器發(fā)出連續(xù)響聲，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4 結(jié)束語

該車門防夾系統(tǒng)通過采用紅外線傳感器、單片機(jī)控制模塊、語音芯片、蜂鳴器、報(bào)警指示燈、延時(shí)繼電器這些裝置結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)從語音提醒到實(shí)際車門處是否有人來控制車門關(guān)閉，達(dá)到公共汽車車門的防夾功能，確保乘客出行安全。

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于防夾性能可靠、成本低，防夾功能和結(jié)構(gòu)多樣、全面，使語音提醒和自動(dòng)控制車門相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車門防夾功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈宜欣.公交汽車車門“夾人”現(xiàn)狀的分析與思考[J].才智，2013（16）： 175.

[2] 王世博.上海公交車車門防夾裝置設(shè)計(jì)與研究[J].電子制作，2018 （Z2）：27-31.

[3] 周振.MSP430單片機(jī)在公交車門安全系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012，34（04）：117-120.

[4] 雷波，楊賢昭，張焱魁，黨景，楊國瑞.基于單片機(jī)的路考語音提示系統(tǒng)[J].船電技術(shù)，2016，36（03）：57-59.

[5] 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)（C51編程+Proteus仿真）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[6] 蘇晨.基于單片機(jī)的數(shù)字式通電延時(shí)時(shí)間繼電器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（18）：232-233.

[7] 范愛華，周越.電動(dòng)車語音提示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2017，46 （03）：37-39.