公交車車門防夾系統(tǒng)設計與仿真

1、    公交車車門防夾系統(tǒng)設計與仿真    孫悅超 李曼 楊雯鈴摘 要：為實現通過聲音提醒和控制車門自動開關來達到車門對乘客防夾的目的，以單片機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警裝置、紅外線傳感器為檢測裝置、以繼電器、電磁閥作為控制車門開關裝置來設計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現語音報警提醒駕駛員和乘客，又能及時自動地打開車門，防止夾到乘客或者物體，確保乘客出行的安全。關鍵詞：車門防夾;傳感器;報警系統(tǒng);語音提醒：u463.9  ：a  ：167

2、1-7988（2020）06-43-04abstract： 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， infra

3、red 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 i

4、n time to prevent clamping passengers or objects， to ensure the safety of passengers travel.keywords： door anti-clamp; sensor; alarm system; voice alertclc 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負荷嚴重。公交車作為一種廣泛使用、價格實惠、實用性強的交通工具，越來越多的人將公交車作為出

5、門首選工具。為避免公交車門在關閉或開啟時夾傷乘客，目前的公交車門處通過加裝攝像頭，方便司機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，為此常設有車門防夾裝置1。目前大多數車門防夾裝置是通過安裝在車門邊沿處的傳感器來檢測車門是否夾到人或物，當傳感器一旦檢測到車門夾到人或物時，就會向控制器發(fā)送信號，控制器再控制車門再次打開或者關閉，以達到安全防護的效果。但是，上述防夾裝置在開啟或關閉時，較容易發(fā)生夾傷在車門處附近的乘客。因此，通過在車門關閉前設計語音提醒乘客，并且在紅外線傳感器的檢測下先確保車門處無人或物后再進行關門操作，可以有效防止乘

6、客被夾傷2。所以本文的設計思路是通過聲音提醒乘客及駕駛員和自動控制車門的開關來實現防夾功能。以單片機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警裝置、紅外線傳感器為檢測裝置、以繼電器、電磁閥作為控制車門開關裝置。當乘客或物品被夾，使車門處在有物體的情況下不僅能實現語音報警提醒駕駛員和乘客，而且能及時自動地打開車門，以防夾到乘客或者物體。1 總體設計方案1.1 防夾系統(tǒng)總體結構如圖1所示，該系統(tǒng)由紅外傳感器檢測車門處是否有障礙，將at89c52單片機作為防夾裝置的控制核心，控制語音播報、蜂鳴器、指示燈、延時繼電器的工作。由關門鍵、紅外傳感器、電源作為輸入，單

7、片機作為中間處理器，語音播報、指示燈、蜂鳴器、延時繼電器、電磁閥作為輸出。當司機按下關門鍵時，關門鍵作為輸入端，通電觸發(fā)語音播報系統(tǒng)開始播放錄音，其中語音芯片播報語音內容由單片機at89c52控制輸出。在語音播報的同時，紅外傳感器開始工作，紅外傳感器檢測信號作為輸入，檢測車門處是否有人或物等障礙，接著將信號傳輸到單片機at89c52處，單片機對紅外傳感器傳輸過來的信號進行處理，根據檢測情況分別輸出到延時繼電器和蜂鳴器、指示燈處3。若判斷出車門處有人或物等障礙，單片機控制蜂鳴器發(fā)出報警信號（嘀）和指示燈亮起;若判斷出車門無障礙，則控制蜂鳴器發(fā)出準備關門信號（嘀-嘀-嘀）以及使車門延時關閉。1.2

8、 公交車門防夾裝置設計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：當駕駛員按下關閉車門按鍵后，觸發(fā)語音芯片開始工作，開啟語音播報：“乘客們，車門即將關閉，請不要站在車門處，謹防被夾”;語音播報的同時，紅外線傳感器裝置開始工作，紅外線傳感器感應出車門處是否有人或物。若檢測到車門處無人或物，延時繼電器開始工作，直接進入準備關門信號，即蜂鳴器間歇性地發(fā)出嘀嘀嘀提醒乘客即將車門關閉，以防乘客再次出現在車門處。此時延時繼電器延時斷開電磁閥，實現自動關門;若檢測到車門處有人或物時，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被擋住時，即此時發(fā)射器和接收器之間沒有信號交流，接收器接收不到

9、信號，以至于信號不能及時輸出，則存在有障礙信號，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，此時報警電路通電，電磁閥不斷開，保持車門打開狀態(tài)，然后直到傳感器檢測到車門處無障礙時再進行車門關閉的操作。2 硬件系統(tǒng)設計2.1 紅外傳感器通過比較分析，選用型號為e18-b03n1的紅外傳感器，其電路如圖3;其性能參數為i<=300ma;sn=190cm（檢測距離）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，另一對接收器安裝在車門底部中心處，當其中一個對射器之間的信號被物體遮擋，則電磁閥接通，打開門;當對射器信號均未被遮擋，傳輸信號，使電磁閥斷開，關閉車門。2

10、.2 延時繼電器選用rzf-d斷電延時繼電器，延時繼電器控制電磁閥延時斷開電路如圖4所示。當kt線圈通電時，蜂鳴器bz1開始工作，繼電器kt在線圈的作用下，延時斷開，使電磁閥s斷電。防夾是通過使用常閉延時斷電繼電器進行延時斷開車門處電磁閥從而實現車門延遲關閉來實現的。當紅外線傳感器檢測到車門處有人或物時，電流直接通過報警器，此時電磁閥保持通電，車門保持打開狀態(tài); 當紅外傳感器檢測車門處無人或物時，電流通過斷電延時繼電器，使繼電器線圈通電，當準備關門信號（1s）完成后，延時繼電器常閉觸點斷開，切斷通往電磁閥的電流，導致電磁閥斷開，實現關門。延時繼電器延時時間為2s。2.3 單片機的選用選取單片機

11、at89c52為控制核心，其任務有兩個，一是控制語音芯片進行語音播報，二是接收紅外傳感器的信號之后進行處理，根據處理紅外線傳感器的信號，控制蜂鳴器的頻率實現報警和提醒，以及延時繼電器的工作5。2.4 蜂鳴器蜂鳴器在系統(tǒng)中一是進行報警信號的輸出，二是提醒乘客準備關門信號的輸出6。通過單片機at89c52對蜂鳴器分別進行鳴響和發(fā)聲頻率的控制。單片機控制蜂鳴器、指示燈報警電路見圖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i/o口p3.7來控制三極管的導通與截止來實現蜂鳴器的響聲頻率。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)

12、質;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20ma7。以at89c52單片機為控制核心，isd1007語音芯片作為語音信號輸出。單片機控制語音芯片，實現對聲音的儲存和播放。為了實現語音播報所需的功能，即需要按下語音模塊中的開始鍵，啟動錄音功能，通過話筒進行錄音，錄音內容為“乘客們，車門即將關閉，請不要站在車門處，謹防被夾”，待錄音結束后松開按鍵，結束錄音。此段錄音文件將會儲存在語音芯片中作為永久的工作音頻，以便于工作上播放。在司機按下關門鍵時，觸發(fā)語音模塊中play鍵進行放音功能，開始播放該錄音。3 仿真設計與調試3.1 仿真設計方案以keil uvision4開

13、發(fā)環(huán)境為編程平臺進行代碼的編譯和運行，并在proteus軟件上進行電路仿真，仿真設計方案見圖8。以單片機at89c52為控制核心，蜂鳴器、指示燈為報警信號輸出。由于本設計是運用紅外線傳感器進行檢測，但考慮到此次為軟件仿真，無法實施紅外線傳感器的仿真，故采用開關信號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情況。3.2 仿真設計及實現圖9為仿真總電路圖，由時鐘電路、復位電路、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

14、狀態(tài)為紅外傳感器檢測到車門處有人，同時電路中指示燈開始亮起，蜂鳴器發(fā)出連續(xù)響聲，發(fā)出報警信號。4 結束語該車門防夾系統(tǒng)通過采用紅外線傳感器、單片機控制模塊、語音芯片、蜂鳴器、報警指示燈、延時繼電器這些裝置結合起來，實現從語音提醒到實際車門處是否有人來控制車門關閉，達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)點在于防夾性能可靠、成本低，防夾功能和結構多樣、全面，使語音提醒和自動控制車門相結合，實現車門防夾功能。參考文獻1 沈宜欣.公交汽車車門“夾人”現狀的分析與思考j.才智，2013（16）： 175.2 王世博.上海公交車車門防夾裝置設計與研究j.電子制作，2018 （z2）：27-31.3 周振.msp430單片機在公交車門安全系統(tǒng)中的應用研究j.制造業(yè)自動化，2012，34（04）：117-120.