一种“不扰民”的磁吸式红绿灯导盲装置的设计与实现的制作方法

本发明涉及盲人过街红绿灯提示设备领域，具体来说，是一种“不扰民”的磁吸式红绿灯导盲装置。

背景技术：

世界卫生组织2018年10月11日在盲症和视力损害报告中写到全球失明人数约3600万。根据我国第六次全国人口普查我国总人口数，及第二次全国残疾人抽样调查推算，截至2010年，我国有视力残疾人数达1263万人。根据卫生部全国防盲办公室2006年公布的数据，我国每年新增的盲人数量45万，低视力患者135万，即约每分钟就会出现1个盲人，3个低视力患者。可见，盲人的安全过马路问题亟待解决。

国际通用的无障碍设计标准大致有6个方面，其中之一是：“在盲人经常出入处设置盲道，在十字路口设置利于盲人辨向的音响设施”。“有声”红绿灯在欧美及全球多个国家和地区广泛采用。比如，日本在路旁电线杆顶端的红绿信号灯旁安装了一个名叫“附音响装置信号机”的装置，它能在绿色信号灯时发出“布谷、布谷”的声音，提醒盲人过马路。此外，灯杆上还装有可以控制红绿灯的按钮。盲人按下按钮，可将绿灯时间从19秒，延长到32秒。

目前，国内很多城市比如上海、广州等已在部分十字路口安装交通信号灯语音提示系统，又称为“盲人钟”、“有声红绿灯”、“过街提示器”，当红灯亮和绿灯亮时，提示器发出不同的提示音，盲人可以根据提示音辨别红绿灯。但是，“盲人钟”的应用并不够理想。当街口环境过于嘈杂时，盲人可能无法听清盲人钟发出的提示音，导致无法正确辨别红绿灯。尤其突出的问题是，语音提示器最高提示音量可达90分贝，远超国家《城市区域噪声标准》规定的环境噪声容许范围：昼间最高不超过60分贝、夜间(指22时至次日6时)最高不超过50分贝。持续不断的高分贝提示音，会对广大街道周边的居民造成一定的噪音干扰，影响到居民的正常工作、学习与休息，遭到居民的投诉和抱怨。2011年，杭州曾经对380套过街语音提示系统进行拆除，以缓解带来的噪音污染问题。因此，设计一种兼顾视障人群和周边居民的新型红绿灯导盲提示装置是非常必要及刻不容缓的。

技术实现要素：

(一)解决问题

本发明要解决的问题是现有的红绿灯盲人提示器由于造成噪音扰民问题迟迟不能普及，盲人难以安全过马路的问题。

(二)技术方案

本发明是一种专门为盲人及视障人士提供红绿灯提示的新型“不扰民”的磁吸式导盲装置。它基于arduinouno开发板，将失电型磁块、激光收发模块、光耦继电器模块与红绿灯系统相连通，通过电流断开与连接影响磁性作用，利用磁块对导盲杖末端金属的吸引作用来帮助盲人辨别红绿灯状态。

磁吸式红绿灯导盲装置安装在十字路口圆点盲道的尽头，每个红绿灯路口分别在横向和纵向各安装一个(如图3“不扰民”的磁吸式红绿灯导盲装置铺设设计示意图中3-1)。当盲人沿着盲道走到路口时，不管是要直行过马路，还是转弯过马路，都可以通过导盲杖碰触地面感应是否有磁吸作用去判断所要通行马路的红绿灯状态。而且，配备的激光误闯监测设备(如图3“不扰民”的磁吸式红绿灯导盲装置铺设设计示意图中3-2)在碰到有盲人误闯红灯时会发出蜂鸣警示，失电型电磁铁能使在极端情况下路口停电导致误闯监测装置无法工作时，磁吸板依然会保持吸力，保证盲人安全过马路。

当黄灯亮起，直到红灯结束，盲道尽头的磁吸装置处于失电状态，磁吸板产生吸力，有效吸粘带有金属贴片的导盲杖，可提示盲人路口处于红灯禁行状态。若不慎闯过磁吸板，激光误闯监测装置开启，发出蜂鸣警告。如图1黄红灯时磁吸导盲装置实景模拟图，是以盲人纵向过马路为例，搭建的遇到黄红灯时的实景模拟。而当绿灯亮时，导盲道尽头的磁吸装置处于通电状态，磁吸板失去磁性，激光误闯监测装置处于休眠状态，盲人可顺着盲道行进到路口时，带有金属贴片的盲杖没有吸力，可提示盲人路口处于绿灯状态，可安全过马路。如图2绿灯时磁吸导盲装置实景模拟图，是以盲人纵向过马路为例，搭建的遇到绿灯时的实景模拟。

考虑到实际应用时磁吸导盲装置的铺设是由点到面、逐步推进的过程，因此会存在部分路口已经安装磁吸导盲装置，而部分路口未安装的情况，可能会出现盲人把未安装磁吸导盲装置的盲道误以为是无磁吸的绿灯状态，而导致不必要的危险发生。所以，为了更好地起到导向和标识作用，在铺设有磁吸导盲装置的路口，设计一种集中性点划线凸起表面的梯形砖(如图3“不扰民”的磁吸式红绿灯导盲装置铺设设计示意图中3-3)，连接原有的圆点盲道和磁吸式装置。当盲人走到路口时，若发觉圆点盲道前出现集中性点划线凸起时，就了解前方安装了磁吸式红绿灯导盲装置，即可利用盲杖感应磁性轻松辨别红绿灯，反之，若未发现集中性点划线凸起，则表示该路口尚未铺设磁吸式导盲装置。带有集中性点划线凸起表面的梯形盲道不仅能方便盲人快速区分盲道类型，准确辨别红绿灯状态，而且梯形的设计减少了对磁吸装置的面积要求(只需按梯形短边长度设计磁块)，有利于控制磁块等铺设成本。

本发明磁吸式红绿灯导盲装置电路设计总图(图4)主要由电磁吸板控制电路(图4-2-1)，红绿灯控制电路(图4-2-2)和行人误闯监测报警电路(图4-2-3)组成。其中主要电子元器件有arduino开发板(图4-1-1)、失电型电磁块(图4-1-2)、十字路口红绿灯模拟板(图4-1-3)、激光收发模块(图4-1-4)、光耦继电器模块(图4-1-5).

本发明软件开发环境为arduinoide-1.8.5，如图图5-1，程序流程图具体如下图5-2。

本发明对市面上的导盲杖稍作改良，在盲杖底部加一块金属贴片，能与磁铁产生一定的吸粘度，方可正常使用磁吸式红绿灯导盲装置。

(三)有益效果

本发明“不扰民”的磁吸式导盲装置，它不同于现有的“盲人钟”等声音报警器装置以持续不断的高分贝提示音去提示盲人红绿灯状态，而是通过磁块对导盲杖的吸引作用去提示盲人红绿灯状态。盲人沿着盲道走到路口时，只需利用手中的盲杖碰触地面，即可感知路口的红绿灯状态，从根本上解决了当前红绿灯声音报警器的噪音扰民问题。同时，磁吸式红绿灯导盲装置采用了激光误闯监测设备，能有效防止盲人误闯红灯。不仅如此，通过对失电型电磁铁的配置，还能交通断电等紧急情况下保证盲人安全过马路。磁吸式红绿灯导盲装置为盲人过马路提供了三种安全保障，具有易辨别、保安全、无噪音、省成本的特点。

本课题磁吸式红绿灯导盲装置采取一种全新的思路，通过磁吸作用向盲人提示红绿灯状态，盲人只需利用自己的导盲杖即可轻松辨别红绿灯，既保障了盲人安全过马路，又避免了声音扰民问题。有助于净化生活与交通环境，为残障人士提供安全便利的交通基础设施。同时，带有集中性点划线凸起表面的梯形盲道设计不仅能方便盲人快速辨认盲道类型，还有效减少了磁块等设备的铺设成本，具有较高的社会应用价值。

附图说明

图1黄红灯时磁吸导盲装置实景模拟图

图2绿灯时磁吸导盲装置实景模拟图

图3“不扰民”的磁吸式红绿灯导盲装置铺设设计示意图

图3中3-1为磁吸式红绿灯导盲装置，3-2为激光误闯监测设备，3-3为集中性点划线凸起表面的梯形砖

图4磁吸式红绿灯导盲装置电路设计总图

图4-1-1至4-1-5分别为电路设计模块图，其中：

图4-1-1arduinouno开发板

图4-1-2失电型电磁块

图4-1-3十字路口红绿灯模拟板

图4-1-4激光收发模块

图4-1-5光耦继电器模块

图4-2-1至4-2-3为电路设计分电路图，其中：

图4-2-1电磁吸板控制电路

图4-2-2红绿灯控制电路

图4-2-3行人误闯监测报警电路

图5-1arduinoide-1.8.5示意图

图5-2arduino程序流程图

具体实施方式

本发明主要通过电路设计、软件编程及盲道及导盲杖设计三块来具体实施。

(一)电路设计

本装置电子硬件配置含arduino开发板、失电型电磁块、十字路口红绿灯模拟板、激光收发模块、光耦继电器模块等电子元器件。通过电路板将元器件相连形成电路。

1.电路硬件配置

1)arduinouno开发板

arduinouno是一款基于微控制器atmega328p的开发板。它有14个数字输入/输出引脚(这些引脚中有6个引脚可以作为pwm输出引脚)，6个模拟输入引脚，16mhz石英晶振，usb接口，电源接口，支持在线串行编程以及复位按键。只需要将开发板与电脑通过usb接口连接就可以使用。如图4-1-1arduinouno开发板。

2)失电型电磁块

kakacom生产的dcl2v失电型电磁块，通电无磁，失电有磁，吸力为2.5kg。有红蓝2根线，红线正极，蓝线负极。如图4-1-2失电型电磁块。

3)十字路口红绿灯模拟板

七星虫/德飞莱ly-s0015红绿灯模拟板，插座采用4p插头，分别连接arduinouno开发板的指定红黄绿灯输出口和地，接受到高电平时，对应灯亮。例如：当插座上红灯针脚为高电平时，上下红灯亮，左右绿灯亮；当插座上黄灯针脚为高电平时，4个黄灯一起亮；当插座上绿灯针脚为高电平时，上下绿灯亮，左右红灯亮。如图4-1-3十字路口红绿灯模拟板。

4)激光收发模块

龙邱科技的laser-tx/rxv2激光收发模块，采用dc5v供电，接受模块受到激光照射，输出低电平；未受到激光照射，输出高电平。如图4-1-4激光收发模块。

5)光耦继电器模块

七星虫的双路光耦继电器模块，采用dc5v供电，一路用于失电型电磁块的控制(考虑到电磁块是12v，极端情况下可能会继电器内部短路，引起12v窜入烧坏开发板，故采用光耦继电器隔离，保证安全)，绿灯时对电磁块加电(无吸力)，黄红灯时对电磁块断电(有吸力)；一路用于激光发射模块的控制，绿灯时断电，模块不发射激光，黄红灯时加电，模块发射激光。如图4-1-5光耦继电器模块。

2.电路连接

1)电磁吸板控制电路

arduino控制板通过一个5v的光耦继电器控制外部12v电源对失电型电磁铁的开关。这里在模型中继电器接了12伏电压，大约能产生2.5kg左右的磁力，而在实际应用中会使用电压更高磁力更强的电磁铁，确保产生足够的吸力。如图4-2-1电磁吸板控制电路。

2)红绿灯控制电路

arduino控制板通过3个数字输出端口控制红绿灯的点亮熄灭。如图4-2-2红绿灯控制电路。

3)行人误闯监测报警电路

arduino控制板通过5v激光收发装置监测行人误闯并驱动蜂鸣器鸣叫。如图4-2-3行人误闯监测报警电路。

(二)软件设计

1.开发环境

本次设计的程序开发环境为arduino的集成开发环境arduinoide-1.8.5，如图图5-1。

2.开发流程图

arduino程序流程图具体如下图5-2。

3.系统程序

#definered2//红灯控制口

#defineyellow3//黄灯控制口

#definegreen4//绿灯控制口

#definemagnet7//磁铁控制口

#definetrigger8//行人检测口

#definebuzzer9//蜂鸣器控制口

#definelaser12//激光控制口

voidsetup(){

//putyoursetupcodehere，torunonce：

pinmode(red，output)；

pinmode(yellow，output)；

pinmode(green，output)；

pinmode(magnet，output)；

pinmode(trigger，input)；

pinmode(buzzer，output)；

pinmode(laser，output)；

}

voidloop(){

//putyourmaincodehere，torunrepeatedly：

digitalwrite(buzzer，low)；

digitalwrite(green，high)；

digitalwrite(yellow，low)；

digitalwrite(red，low)；

digitalwrite(magnet，low)；

digitalwrite(laser，low)；

delay(10000)；

digitalwrite(yellow，high)；

digitalwrite(red，low)；

digitalwrite(green，low)；

digitalwrite(magnet，high)；

digitalwrite(laser，high)；

delay(1000)；

if(digitalread(trigger)＝＝high)

{digitalwrite(buzzer，high)；

delay(1000)；

}

else

{digitalwrite(buzzer，low)；

delay(1000)；

}

digitalwrite(red，high)；

digitalwrite(green，low)；

digitalwrite(yellow，low)；

digitalwrite(magnet，high)；

for(inti＝1；i＜＝10；i++)

{if(digitalread(trigger)＝＝high)

{digitalwrite(buzzer，high)；

delay(1000)；

}

else

{digitalwrite(buzzer，low)；

delay(1000)；

}}

}

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

(三)磁吸盲道及导盲杖设计

1.磁吸盲道标识设计

磁吸式红绿灯导盲装置安装在十字路口圆点盲道的尽头，每个红绿灯路口分别在横向和纵向安装两个装置。当盲人沿着盲道走到路口时，不管是要直行过马路，还是转弯过马路，都可以通过导盲杖碰触地面感应是否有磁吸作用去判断所要通行马路的红绿灯状态。

考虑到实际应用时磁吸导盲装置的铺设是由点到面、逐步推进的过程，因此会存在部分路口已经安装磁吸导盲装置，而部分路口未安装的情况，可能会出现盲人把未安装磁吸导盲装置的盲道误以为是无磁吸的绿灯状态，而导致不必要的危险发生。所以，为了更好地起到导向和标识作用，在铺设有磁吸导盲装置的路口，设计一种集中性点划线凸起表面的梯形砖，连接原有的圆点盲道和磁吸式装置，如图3“不扰民”的磁吸式红绿灯导盲装置铺设设计示意图所示。当盲人行进到路口时，若发觉圆点盲道前出现集中性点划线凸起时，就了解前方安装了磁吸式红绿灯导盲装置，即可利用盲杖感应磁性轻松辨别红绿灯，反之，若未发现集中性点划线凸起，则表示该路口尚未铺设磁吸式导盲装置。带有集中性点划线凸起表面的梯形盲道不仅能方便盲人快速区分盲道类型，准确辨别红绿灯状态，而且梯形的设计减少了对磁吸装置的面积要求(只需按梯形短边长度设计磁块)，有利于控制磁块等铺设成本。

2.导盲杖设计

为了使导盲杖能感应到磁吸效应，需要对市面上的盲杖稍作改良，在盲杖底部加一块金属贴片，能与磁铁产生一定的吸粘度，以确保当黄红灯亮起，磁吸式红绿灯导盲装置处于通电状态，磁块发生作用时，盲杖能被地面的磁吸装置吸粘；而当绿灯亮起时，系统处于断电状态，磁性消失，盲杖可自由向前移动。盲人及视障人士只需手持这样一根带金属贴片的导盲杖，在碰到梯形圆点盲道的时候即可安全无忧地过马路。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。