专利名称：路口交管控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种路口交管控制器。
背景技术：
近年来，随着我国经济飞速发展，人民生活水平不断提高，机动车拥有量越来越多。与此同时，各类交通事故也呈现逐年上升趋势，其中因行人违章引发的交通事故也开始凸显出来，由于行人违章的整治和纠正极为困难，导致了交通状况进一步恶化。虽然国家每年花费了大量的人力和财力在各个交通路口都设置交通信号灯并配备交通协管员来对各个路口交通进行指挥管理，但行人违章横穿机动车道、翻越护栏、闯红灯现象仍然屡见不鲜，在小城市更为突出。尽管新交通法及其实施办法详细规定了行人违章的惩罚条款，但在现实生活中，行人违反交通规则的现象仍然比较普遍，且人数众多，法不责众，交警也忙不过来。这些条款形同虚设，难以执行。许多人拒绝交罚款，还反问处罚依据是什么，甚至还有人对执罚人员破口大骂。因行人违章闯红灯等所造成的交通事故无处不在。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种路口交管控制器，它能对骑自行车及行人的违章行为实施有效阻拦，从而不仅确保交通畅通，减少交通事故的发生，而且可以为国家节省大量的人力、财力。
本实用新型技术方案的特征在于包括单片机控制器、与人行横道红灯信号装置连接的红灯信号连接器、以及设于人行横道路口处的行人违章检测传感器(1)和违章警告执行机构；所述的红灯信号连接器、行人违章检测传感器、以及违章警告执行机构分别通过红灯信号输入电路、违章检测信号输入电路、违章警告执行驱动电路与单片机控制器的相应的I/O端口连接；单片机控制器内部设定可执行以下指令的程序①首先检测与红灯信号输入电路连接的I/O端口，当没有检测到红灯信号输入时，不启动后续工作；当检测到红灯信号输入时，继续检测与违章检测信号输入电路连接的I/O端口；②当从与违章检测信号输入电路连接的I/O端口没有检测到违章信号输入时，不启动后续工作；当检测到违章信号输入时，通过与违章警告执行驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动违章警告执行驱动电路工作，从而启动违章警告执行机构动作。
较之已有技术而言，本实用新型路口交管控制器具有以下优点1、能及时有效的阻止行人违章闯红灯，大大减少交通事故发生率；2、能完全替代交通协管员辛苦的指挥工作，一个十字路口需要8个交通协管员指挥，每天两班轮流指挥需要16个交通协管员，可想而知，如使用本“路口交管控制器”不但可以及时有效的阻止行人违章闯红灯，减少交通事故伤亡率，而且可以为国家节省大量人力、财力等资源；3、本装置以单片机控制器为核心，控制逻辑电路简单，具有性能好、效率高、成本低廉等优点。
图1是本实用新型实施例一控制原理图。
图2是实施例一所采用的电路图。
图3是实施例一构造示意图。
图4是实施例一中的升降栏杆装置及其控制电动机的构造示意图。
图5是图4的一种工作状态示意图。
图6是图4的另一种工作状态示意图。
图7是本实用新型实施例二控制原理图。
图8是实施例二构造示意图。
图9是实施例二所采用的电路图。
以下为图中标号说明图3～图6和图8中1、行人违章检测传感器，2、喷水管，3、电动水泵，4、蓄水池，5、水槽，6、栏杆，7、电动机，8、位置传感器，9、竖杆，10、电动机动力输出轴，11、连杆，12、滑套，13、拉绳，14、皮碗，15、复位弹簧，16、定位滚轮，17、感应铁块，18、机械式行程开关，19、自来水供水管路，20、电磁阀，21、减速箱；图2中A、红灯信号输入电路，B、违章检测信号输入电路，C、栏杆升降位置停止检测电路，D、电机正反转驱动电路，E、电动水泵驱动电路，F、语音播放驱动电路，G、故障代码输出电路，H、稳压电路；图9中I、红灯信号输入电路，J、违章检测信号输入电路，K、电磁阀驱动电路，L、语音播放驱动电路，M、稳压电路。
具体实施方式
本实用新型实施方式的总体方案特征在于包括单片机控制器、与人行横道红灯信号装置连接的红灯信号连接器、以及设于人行横道路口处的行人违章检测传感器(1)和违章警告执行机构；所述的红灯信号连接器、行人违章检测传感器、以及违章警告执行机构分别通过红灯信号输入电路、违章检测信号输入电路、违章警告执行驱动电路与单片机控制器的相应的I/O端口连接；单片机控制器内部设定可执行以下指令的程序①首先检测与红灯信号输入电路连接的I/O端口，当没有检测到红灯信号输入时，不启动后续工作；当检测到红灯信号输入时，继续检测与违章检测信号输入电路连接的I/O端口；②当从与违章检测信号输入电路连接的I/O端口没有检测到违章信号输入时，不启动后续工作；当检测到违章信号输入时，通过与违章警告执行驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动违章警告执行驱动电路工作，从而启动违章警告执行机构动作。
具体实施时其构造又可分别采用下面两种实施例或者其它不同的实施方式实施例1所述的违章警告执行机构包括设于路口地面上的喷水管2，喷水管通过电动水泵3及其抽水管路与蓄水池4连接，单片机控制器的I/O端口通过电动水泵驱动电路与电动水泵连接；所述喷水管的开口朝上，喷水管的旁侧设有通往蓄水池的水槽5，蓄水池的入口处设有过滤网；当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与电动水泵驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动电动水泵驱动电路工作，从而启动电动水泵抽水以便喷水管进行喷水。
所述违章警告执行机构还包括语音播放器，该语音播放器通过语音播放驱动电路与单片机控制器的I/O端口连接，当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与语音播放驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动语音播放驱动电路工作，从而驱动语音播放器发出警告声音。
所述的人行横道路口处还设有升降栏杆装置以及用以控制栏杆6升降的电动机7，所述电动机通过电机正反转驱动电路与单片机控制器的I/O端口连接；当单片机控制器检测到红灯信号输入时，通过其I/O端口向电机正反转驱动电路输出正转指令信号，控制电动机正转从而带动栏杆上升；当单片机控制器检测到的红灯信号消失时，通过其I/O端口向电机正反转驱动电路输出反转指令信号，控制电动机反转从而带动栏杆下降；所述栏杆上升行程和下降行程末端均设有位置传感器8，位置传感器通过栏杆升降位置停止检测电路与单片机控制器的I/O端口连接，当栏杆到达栏杆上升行程或下降行程末端时，位置传感器通过栏杆升降位置停止检测电路及相应的I/O端口向单片机控制器输入信号，继而由单片机控制器通过其相应的I/O端口向电机正反转驱动电路输出停转指令信号。
所述的升降栏杆装置包括竖设于路口一侧的竖杆9、设于路口另一侧的电动机以及连接于竖杆与电动机动力输出轴10之间的栏杆，所述的栏杆与竖杆之间通过连杆11铰接，栏杆的另一端铰接有一滑套12，电动机动力输出轴通过缠绕其上的拉绳13的另一端与设于滑套内的皮碗14相连接，皮碗与滑套之间设有复位弹簧15；在电动机动力输出轴和滑套之间设有支撑于拉绳下侧的定位滚轮16，定位滚轮与电动机动力输出轴之间固设有一对位置传感器8，它们的设置位置分别对应栏杆处于上升和下降行程末端时拉绳上的感应铁块17所移到的位置而设；在两位置传感器的外侧还设有机械式行程开关18，该机械式行程开关为串接于电机正反转驱动电路上的常闭开关。
所述红灯信号接收器J1通过两根电线与人行横道红灯信号装置连接；所述的红灯信号输入电路包括电阻R1和光偶U2，红灯信号连接器J1的1脚与光偶U2的输入控制端连接，2脚经电阻R1与光偶U2的另一个输入端连接，光偶U2的一个输出端与单片机控制器U1的P1.0 I/O端口连接，另一个输出端接地；所述的行人违章检测传感器包括分别设于路口两旁侧的一对光电发射器WS1、WS2和一对用以分别接收光电发射器WS1、WS2所发信号的光电接收器WE1、WE2(WS1、WS2、WE1、WE2即图3中的1)；违章检测信号输入电路包括电阻R2、R3和光偶U3、U4，光电接收器WE1的1脚接地，2脚与光偶U3的输入控制端连接，3脚与12V电源连接且同时经电阻R2与光偶U3的另一个输入端连接，光偶U3的一个输出端与单片机控制器U1的P1.2 I/O端口连接，另一个输出端接地；光电接收器WE2的1脚接地，2脚与光偶U4的输入控制端连接，3脚与12V电源连接且同时经电阻R3与光偶U4的另一个输入端连接，光偶U4的一个输出端与单片机控制器U1的P1.3 I/O端口连接，另一个输出端接地；光电发射器WS1、WS2均是一端接地，另一端与12V电源连接；所述的电动水泵驱动电路包括反向器U9C、电阻R6、NPN三极管Q5、电阻R7和固态继电器SSR9，反向器U9C的输入端与单片机控制器U1的RXD I/O端口连接，输出端经过电阻R6与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的发射极接地，集电极经过电阻R7与固态继电器SSR9的输入控制端连接，固态继电器SSR9的另一个输入端与12V电源连接，固态继电器SSR9的一个输出端直接与220V交流电源的一端连接，另一个输出端经过电动水泵M2(即图3中的3)与220V交流电源的另一端连接，固态继电器SSR9的两个输出端间还并联有压敏电阻RV，电动水泵M2的连接线路上还接有移相电容C13；所述的语音播放驱动电路包括电阻R5、PNP三极管Q6，电阻R5的一端与单片机控制器U1的P1.6 I/O端口连接，另一端与三极管Q6的基极连接，三极管Q6的发射极与12V电源连接，集电极与语音播放器HA连接，语音播放器HA的另一端接地；所述的电机正反转驱动电路包括反向器U9A和U9B、电阻R8～R15、机械式行程开关K1和K2、NPN三极管Q1～Q4、固态继电器SSR1和SSR2；反向器U9A的输入端与单片机控制器U1的P2.0 I/O端口连接，输出端依次经过电阻R13、R14与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，集电极依次经过电阻R15、机械式行程开关K1(即图4中的18)与固态继电器SSR1的输入控制端连接，固态继电器SSR1的另一个输入端与12V电源连接，固态继电器SSR1的一个输出端直接与220V交流电源的一端连接，另一个输出端经过电动机M1(即图4中的7)与220V交流电源的另一端连接，固态继电器SSR1的两个输出端间还并联有压敏电阻RV，电动机M1的连接线路上还接有移相电容C12；反向器U9B的输入端与单片机控制器U1的P2.1 I/O端口连接，输出端依次经过电阻R9、R10与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，集电极依次经过电阻R11、机械式行程开关K2(即图4中的18)与固态继电器SSR2的输入控制端连接，固态继电器SSR2的另一个输入端与12V电源连接，固态继电器SSR2的一个输出端直接与220V交流电源的一端连接，另一端经过电动机M1与220V交流电源的另一端连接，固态继电器SSR2的两个输出端间还并联有压敏电阻RV；反向器U9A的输出端经过电阻R8与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，集电极连接与电阻R9和R10之间；反向器U9B的输出端经过电阻R12与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极接地，集电极连接与电阻R13和R114之间；所述的栏杆升降位置停止检测电路包括电阻R17～R20、光偶U7和U8；位置传感器JD1(即图4中的8)的1脚接地，2脚与光偶U7的输入控制端连接，3脚与12V电源连接且同时经电阻R19与光偶U7的另一输入端连接，光偶U7的一个输出端接地，另一个输出端与单片机控制器的P0.0 I/O端口连接且同时经电阻R18与5V电源连接；位置传感器JD2(即图4中的8)的1脚接地，2脚与光偶U8的输入控制端连接，3脚与12V电源连接且同时经电阻R17与光偶U8的另一输入端连接，光偶U8的一个输出端接地，另一个输出端与单片机控制器的P0.1 I/O端口连接且同时经电阻R16与5V电源连接。
实施例1的工作原理说明如下如图2所示，本实用新型的主要目的是对骑自行车及行人违章穿越人行横道路口的行为实施有效阻拦，针对这一目的，本实用新型设计了以下功能(1)违章行人检测功能以及喷水阻拦功能、语音播放提示功能人行横道红灯亮时，人行横道红灯信号装置通过红灯信号连接器和红灯信号输入电路触发单片机控制器进入检测状态。此时，如有行人违章闯红灯，通过行人违章检测传感器和违章检测信号输入电路触发单片机控制器启动喷水阻拦功能和语音播放功能，通过电动水泵驱动电路控制电动水泵喷出水幕来阻挡闯红灯者，使其不敢继续前进；同时通过语音播放驱动电路启动语音播放器发出“闯红灯危险，请退回去！”等声音。违章者怕被水喷到只能往后退而不敢前进，设计时可通过单片机控制器内部运行程序延时3秒钟后电动水泵自动停止工作。为了不浪费水资源，喷出的水可经过水槽和过滤网过滤后回流到蓄水池内循环使用。由于人行横道是双向通行，如遇到行人已经进入人行横道且未到达对面出口时正好红灯亮起，行人在出横道口时也会触发电动水泵喷水。为了解决这一问题，违章行人检测功能在规定时间内采用方向识别，即通过一对光电发射器WS1、WS2和一对光电接收器WE1、WE2先后接收违章信号，经过单片机控制器内部运行程序检测判断，使得只有进入人行横道的违章行人才会触动违章行人检测功能使电动水泵喷水，而出人行横道口的行人可以安然无恙地离开。为了督促红灯亮时已进入的行人及时离开，在设计时还可以设置方向识别在一定时间过后，自动解除方向识别功能，此时不管是进入还是离开人行横道的行人，都会触发喷水功能使电动水泵喷水。
(2)栏杆升降阻拦功能人行横道红灯亮时，通过红灯信号连接器和红灯信号输入电路触发单片机控制器进入检测状态的同时，也启动了电机正反转驱动电路，从而通过电机带动栏杆自动从路面升高15～20厘米(如图4所示)。此功能能有效地阻止骑自行车与摩托车者快速闯入机动车道所造成的极大危险。为了预防有时机动车通过人行横道口出入非机动车道时，在前车轮已进入人行横道口，而后车轮未通过，这时正好遇到红灯亮，栏杆升起有可能会卡住机动车的后车轮。此时，为了确保机动车的后轮也能够顺利通过，栏杆的一端设有复位弹簧及回弹缓冲器(由滑套、皮碗和复位弹簧构成)，机动车在其后车轮越过栏杆时，只要克服复位弹簧的拉力，使栏杆被压下，其后车轮就能顺利通过(如图6所示)。此外，在栏杆升降过程中，为了预防在位置传感器出现故障时能及时停止电动机转动及造成过冲现象，还另加了一组机械式行程开关K1、K2，位置传感器正常工作时，不会触动机械式行程开关。只有在位置传感器出现故障的情况下，才会触动机械式行程开关及时停止电动机运行。
此外，还能通过单片机控制器内部程序设定故障检测程序，使单片机控制器及时检测到位置传感器出现的故障并输出故障代码，以便维修时很容易就能找出出现故障的位置传感器。
本实施例的控制逻辑电路图如图2所示，它以单片机控制器为核心，其内部编程了控制程序，加上有关集成电路及元件组成，从图中可以看出器控制工作的主要部件有电动机、电动水泵、行人违章检测传感器、位置传感器，语音播放器，SSR固态继电器等。电动机是升降栏杆的动力源，它的转动通过减速齿轮箱带动动力输出轴转动，从而实现对栏杆的升降控制。电动水泵是喷水的动力源，它的动作能及时让行人止步。行人违章检测传感器(采用对射式光电发射、接收器或其它传感器)用于检测是否有人违章闯红灯，为实现方向识别及抗干扰不产生误动作，每个检测点使用两对对射式光电发射、接收器，它的存在能对电动水泵喷水动作实现及时有效地控制。位置传感器(可采用电感式位置传感器或其它传感器)用于栏杆升降定位，它的作用能通过及时停止电动机的转动，使栏杆升降定位在规定的位置。语音播放器用于在喷水的同时再次警告违章者闯红灯危险的语音提示。SSR是一种新型交流固态继电器，内有发光二极管及光触发双向可控硅，10～50MA输入电流即可使双向可控硅完全导通，之所以选用这个器件是因为它一方面可使电路进一步简化，还可使强、弱两类电完全隔离，保证主板的安全；另一方面，栏杆升降动作频繁，SSR是一种无触点固态继电器，可以延长使用寿命。
电动机的工作状态有三种，即正转、反转及停止状态，电动机一般工作在这三种状态下不断转换之中，从而实现对栏杆的升降作用。电动水泵只有喷水和不喷水两种状态。对射式光电发射、接收器和电感式位置传感器也只有输出高电平和低电平两种状态。
注一个十字路口共有八个人行横道路口，本实用新型在实际使用时可以通过一个单片机控制器同时控制八个人行横道路口或者通过八个单片机控制器分别对八个人行横道路口进行单独控制，其结构和工作原理基本相同。为了便于说明其工作原理，本实用新型仅结合一个人行横道路口控制的结构和工作原理来进行说明，图中也仅画出一个人行横道路口控制的电路图。
下面结合电路工作原理对本实施例进行说明如图2所示，其中M1、M2分别是为便于说明原理而绘出的被控电动机和电动水泵。J2接12～18V直流电源，F为保险丝，U6为直流稳压模块7805，经稳压后其2脚输出5V电压给单片机控制器U1、反向器U9A和U9B等供电。为了提高抗干扰防止误动作，使用双电源，U5为直流稳压模块7812，其2脚输出12V电压供给光电发射器WS1和WS2、光电接收器WE1和WE2、位置传感器JD1和JD2等供电。晶振XTAL、电容C10、C11组成振荡电路提供给单片机控制器U1内部的时钟电路，电容C9和电阻R4为单片机控制器U1的上电复位电路，S1为手动复位按钮，接在固态继电器SSR1、SSR2、SSR9后面的压敏电阻RV起保护作用，C12、C13为移相电容，WS1和WS2为对射式光电发射器，WE1和WE2为对射式光电接收器，WS1、WS2、WE1、WE2装在人行横道路口离路面80～100厘米处。J1为红灯信号连接器，通过两根电线连接在人行横道红灯信号装置上，用以接收人行横道红灯信号。接通电源后，两个光电发射器WS1、WS2开始发射信号，单片机控制器U1内部的运行程序开始检测其I/O端口的第1脚(即P1.0 I/O端口)是否为低电平。
当人行横道红灯亮时，电信号经过电阻R1限流导通光耦U2内部的发光二极管，同时光耦U2内的光敏三极管受光导通，把单片机控制器U1的I/O端口的第1脚下拉为低电平，当单片机控制器U1内部运行程序检测到其I/O端口的第1脚为低电平时，其I/O端口的第21脚(即P2.0 I/O端口)输出低电平，通过反向器U9A反相后变为高电平，经电阻R8、R13、R14限流，三极管Q1、Q4的基极得电导通，(Q4的导通将三极管Q3的基极下拉为低电平，起电动机正反转时互锁作用)，再经过常闭机械式行程开关K1、电阻R15限流使固态继电器SSR1的控制极也得电导通，触发启动电动机正转驱动栏杆上升，当栏杆上升离地面15～20厘米时，由于拉绳在规定的位置装有感应铁块，当感应铁块靠近位置传感器JD1时，位置传感器JD1的2脚输出端由高电平变为低电平，经电阻R19限流光耦U7导通，R16和R18为上拉电阻，单片机控制器U1的I/O端口的第39脚(即P0.0 I/O端口)被下拉为低电平，当单片机控制器U1的内部运行程序检测到I/O端口的第39脚为低电平时，其I/O端口的第21脚(即P2.0 I/O端口)立即输出高电平，经反向器U9A反相后变为低电平，三极管Q1、Q4基极失电而截止，固态继电器SSR1的控制端也失电截止，电动机停止正转，栏杆上升在离地面15～20厘米处。当位置传感器JD1出现故障时，电动机仍会继续转动，使安装在其后面的常闭机械式行程开关K1被触动，其常闭触点断开，固态继电器SSR1的控制极失电截止，电动机停止正转，使栏杆定位在上升的极限之内。
具体实施时，还可在单片机内部程序增设故障检测程序和故障输出代码，当单片机控制器U1运行程序检测到其I/O端口第1脚为高电平时，首先运行程序先转去检测I/O端口的第39脚是否为低电平，因为人行横道红灯亮到红灯灭已有经过一段时间，这时栏杆是升在上面，感应铁块是靠近位置传感器JD1，正常时，由于感应铁块的靠近，其2脚输出的是低电平，这时通过光耦U7连接在单片机控制器U1的I/O端口的第39脚也被下拉为低电平。如果位置传感器JD1出现故障不正常时，即使感应铁块是靠近位置传感器JD1，其2脚输出还是高电平，不会产生高低电平变换，所以通过光耦U7连接在单片机控制器U1的I/O端口的第39脚没有被下拉还是保持高电平，通过单片机控制器U1内部运行程序检测I/O端口第39脚的高低电平，就能判断出位置传感器JD1有没有出现故障，单片机控制器U1内部运行程序经过5次检测判断I/O端口第39脚，如果都为高电平，说明位置传感器JD1已出现故障不正常，这时单片机控制器U1内部运行程序转移停止对人行横道路口的控制，并通过内部故障检测程序，就会检测到是哪个位置传感器出现故障，同时单片机控制器U1I/O端口的第8脚(即P1.7 I/O端口)输出低电平1秒、高电平1秒、间歇高电平5秒的形式输出，在低电平时，经过电阻R21限流三极管Q7导通，经电阻R20限流发光二极管LED被下拉导通发光。单片机控制器U1的I/O端口的第8脚为高电平时三极管Q7截止，发光二极管LED不发光。例假设位置传感器JD1为2号传感器，出现故障时，其输出故障代码是发光二极管LED亮1秒、灭1秒、再亮1秒、间歇5秒，只要电源不断开它会一直闪亮下去，以便维修时很容易就能找出出现故障的位置传感器。
每个人行横道路口处都装有两对对射式光电开关，即光电发射器WS1、WS2和光电接收器WE1、WE2，在人行横道红灯信号亮时，如果没有行人违章闯红灯，接收器WE1、WE2可以接收到对面WS1和WS2发射过来的红外线信号，接收器WE1和WE2的输出端2脚为高电平，光耦U3、U4不动作，单片机控制器U1的I/O端口的第3脚、第4脚(即P1.2 I/O端口和P1.3 I/O端口)保持高电平，电动水泵不工作不喷水。当有行人违章闯红灯进入横道口时，发射器WS1、WS2发出的信号先后被人体挡住，接收器WE1、WE2收不到对面发射出的红外线信号，第2脚输出端由高电平变为低电平，经电阻R2、R3限流先后导通光耦U3、U4内部发光二极管，同时光耦U3、U4内的光敏三极管受光导通，单片机控制器U1的I/O端口的第3脚、第4脚被下拉为低电平，此时，单片机控制器U1内部运行程序先后检测到其I/O端口第3脚、第4脚为低电平时，其I/O端口第10脚(即RXD I/O端口)立即输出低电平，通过反向器U9C反相变为高电平，经电阻R6限流三极管Q5的基极得电导通，经电阻R7限流使固态继电器SSR9控制极也得电导通，触发启动电动水泵开始喷水。同时单片机控制器的I/O端口的第7脚(即P1.6 I/O端口)输出低电平，经电阻R5限流三极管Q6驱动语音播放器HA得电开始播放“闯红灯危险，请退回去！”(语音播放器HA这里暂时采用现成的录音喊话器，事先录好“闯红灯危险，请退回去”等语音，只要接通电源它就会反复的播放)。设定延时6秒后单片机控制器U1的I/O端口第7脚恢复为高电平，三极管Q6截止，语音播放器HA停止播放。由于水的喷出，违章者怕被水喷到只好往后退，此时，光电发射器WS1、WS2发出的信号没有被人体遮挡，接收器WE1、WE2又可接收到红外线信号，其输出端第2脚由低电平变为高电平，光耦U3、U4截止，单片机控制器U1的I/O端口的第3脚、第4脚恢复为高电平，当单片机控制器U1内部运行程序检测到I/O端口的第3脚、第4脚为高电平时，设定延时3秒钟后其I/O端口的第10脚输出高电平，经反向器U9C反相后变为低电平，三极管Q5基极失电而截止，固态继电器SSR9的控制端也失电截止，电动水泵停止工作。
当人行横道红灯灭时，光耦U2截止，单片机控制器U1的I/O端口的第1脚恢复为高电平，当单片机控制器U1内部运行程序检测到I/O端口的第1脚为高电平时，其I/O端口的第22脚(即P2.1 I/O端口)输出低电平，通过反向器U9B反相后变为高电平，经电阻R12、R9、R10限流三极管Q2、Q3的基极得电导通，(Q2的导通将三极管Q1的基极下拉为低电平，起电动机正反转时互锁作用)，再经过电阻R11限流、常闭机械式行程开关K2使固态继电器SSR2的控制极也得电导通，触发启动电动机反转驱动栏杆下降，当下降到规定位置时，位置传感器JD2的输出端输出低电平，经电阻R17限流光耦U8导通，单片机控制器U1的I/O端口的第38脚(即P0.1 I/O端口)被下拉为低电平，当单片机控制器U1的内部运行程序检测到I/O端口的第38脚为低电平时，其I/O端口的第22脚立即输出高电平，经反向器U9B反相变为低电平，三极管Q2、Q3基极失电而截止，固态继电器SSR2的控制端也失电截止，电动机停止反转，栏杆下降在规定位置。当位置传感器JD2出现故障时，电动机仍继续转动，使安装在其后面的常闭机械式行程开关K2被触动，其常闭触点断开，固态继电器SSR2的控制极失电截止，电动机停止反转，使栏杆下降在定位的极限之内。
实施例2所述的违章警告执行机构包括设于路口地面上的喷水管3，喷水管与自来水供水管路19连接，自来水供水管路的出水口上设有电磁阀20，所述电磁阀的控制端通过电磁阀驱动电路与单片机控制器的I/O端口连接；当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与电磁阀驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动电磁阀驱动电路工作，从而开启电磁阀进行喷水；所述喷水管的开口朝上，喷水管的旁侧设有通往下水道的水槽5。
所述违章警告执行机构还包括语音播放器，该语音播放器通过语音播放驱动电路与单片机控制器的I/O端口连接，当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与语音播放驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动语音播放驱动电路工作，从而驱动语音播放器发出警告声音。
所述红灯信号接收器J1通过两根电线与人行横道红灯信号装置连接；所述的红灯信号输入电路包括电阻R1和光偶U2，红灯信号连接器J1的1脚与光偶U2的输入控制端连接，2脚经电阻R1与光偶U2的另一个输入端连接，光偶U2的一个输出端与单片机控制器U1的P1.0 I/O端口连接，另一个输出端接地；所述的行人违章检测传感器包括分别设于路口两旁侧的一对光电发射器WS1、WS2和一对用以分别接收光电发射器WS1、WS2所发信号的光电接收器WE1、WE2(WS1、WS2、WE1、WE2即图8中的1)；违章检测信号输入电路包括电阻R2、R3和光偶U3、U4，光电接收器WE1的1脚接地，2脚与光偶U3的输入控制端连接，3脚与5V电源连接且同时经电阻R2与光偶U3的另一个输入端连接，光偶U3的一个输出端与单片机控制器U1的P1.1 I/O端口连接，另一个输出端接地；光电接收器WE2的1脚接地，2脚与光偶U4的输入控制端连接，3脚与5V电源连接且同时经电阻R3与光偶U4的另一个输入端连接，光偶U4的一个输出端与单片机控制器U1的P1.2 I/O端口连接，另一个输出端接地；光电发射器WS1、WS2均是一端接地，另一端与5V电源连接；所述电磁阀驱动电路包括缓冲器U7A、光偶U6、电阻R5～R7、电容C8、双向可控硅VS，缓冲器U7A的输入端与单片机控制器U1的P2.0 I/O端口连接，输出端与光耦U6的输入控制端连接，光偶U6的另一个输入端经电阻R5与5V电源连接，光偶U6的一个输出端与双向可控硅VS的控制端连接，另一个输出端依次经电阻R6、R7与电磁阀线圈(即图8中的20)的一端连接，电磁阀线圈的另一端与220V交流电源的一端连接，电阻R7和电磁阀线圈的连接端同时经双向可控硅VS与220V交流电源的另一端连接，电容C8与电阻R7和双向可控硅VS并联；所述的语音播放驱动电路包括缓冲器U7B、电阻R8、PNP三极管Q1，缓冲器U7B的输入端与单片机控制器U1的RXD I/O端口连接，输出端经电阻R8与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与12V电源连接，集电极与语音播放器HA连接，语音播放器HA的另一端接地。
实施例2的工作原理说明如下如图8所示，本实施例不设置栏杆升降阻拦功能，且将用以控制喷水功能的电动水泵改为使用电磁阀，将自来水直接引到人行横道路口处，电磁阀作为开关使用，当有行人违章闯红灯时触发电磁阀打开自来水供水管路的出水口，利用自来水自身的压力，即可喷出水幕来阻挡违章行人，喷出少量的水经过水槽阻截后排入下水道，使用这种方法，控制简单且成本非常低廉。
其电路工作原理说明如下如图9所示，J2接12V直流电源，F为保险丝，U5为直流稳压模块7805，经稳压后其2脚输出5V电压给单片机控制器U1、缓冲器U7A和U7B、光电发射器WS1和WS2、光电接收器WE1和WE2等供电。晶振XTAL、电容C6和C7组成振荡电路提供给单片机控制器U1内部的时钟电路，电容C5和电阻R4为单片机控制器U1上电复位电路，S1为手动复位按钮。光电发射器WS1和WS2、光电接收器WE1和WE2装在人行横道路口离路面80～100厘米处。红灯信号连接器J1通过两根电线连接在人行横道红灯信号装置上。接通电源后，两个对射式光电发射器WS1、WS2开始发射信号，单片机控制器U1内部的运行程序开始检测其I/O端口的第1脚(即P1.0 I/O端口)是否为低电平。当人行横道红灯亮时，电信号经过R1限流导通光耦U2内部发光二极管，同时光耦U2内的光敏三极管受光导通，把单片机控制器U1的I/O端口的第1脚下拉为低电平，当单片机控制器U1内部运行程序检测到I/O端口的第1脚为低电平时，单片机控制器U1内部运行程序转去检测其I/O端口的第2、第3脚(即P1.1 I/O端口和P1.2 I/O端口)是否为低电平。每个人行横道路口处都装有两对对射式光电发射器WS1、WS2和光电接收器WE1、WE2，如果没有行人违章闯红灯，光电接收器WE1、WE2可以接收到对面光电发射器WS1和WS2发射过来的红外线信号，光电接收器WE1和WE2的输出端2脚为高电平，光耦U3、U4不动作，单片机控制器U1的I/O端口的第2脚、第3脚保持高电平，电磁阀不工作不喷水。当有行人违章闯红灯进入横道口时，光电发射器WS1、WS2发出的信号先后被人体挡住，光电接收器WE1、WE2收不到对面发射出的红外线信号，第2脚输出端由高电平变为低电平，经电阻R2、R3限流先后导通光耦U3、U4内部发光二极管，同时光耦U3、U4内的光敏三极管受光导通，单片机控制器U1的I/O端口的第2脚、第3脚被下拉为低电平，此时，单片机控制器U1内部运行程序先后检测到I/O端口第2脚、第3脚为低电平时，其I/O端口第21脚(即P2.0 I/O端口)立即输出低电平，通过U7A缓冲后，电源经电阻R5限流光耦U6(可控硅输出型光电耦合器)第2脚被下拉为低电平而导通，触发双向可控硅VS，电磁阀线圈得电产生磁场打开电磁阀开始喷水。R6为限流电阻，R7、C8组成RC保护回路。同时单片机控制器U1 I/O端口的第10脚(即RXD I/O端口)输出低电平，经缓冲器U7B缓冲、电阻R8限流、三极管Q1导通驱动语音播放器HA始播放“闯红灯危险，请退回去！”(语音播放器HA这里使用成品LQ46-88D报警专用语音型电喇叭，该喇叭内部由语音发生器，音频功率放大和电一声换能器组成，事先录好“闯红灯危险，请退回去”等语音，只要给它通上6～18V电压它便会反复的播放)。设定延时5秒后单片机控制器U1的I/O端口第10脚恢复为高电平，三极管Q1截止，语音播放器HA停止播放。由于水的喷出，违章者怕被水喷到只好往后退，此时，光电发射器WS1、WS2发出的红外线信号没有被人体遮挡，光电接收器WE1、WE2又可接收到红外线信号，其输出端第2脚由低电平变为高电平，光耦U3、U4截止，单片机控制器U1的I/O端口的第3脚、第4脚恢复为高电平，当单片机控制器U1内部运行程序检测到I/O端口的第3脚、第4脚为高电平时，设定延时4秒钟后其I/O端口的第21脚输出高电平，光耦U6、双向可控硅VS控制极失电而截止，电磁阀线圈磁场消失而关闭喷水。人行横道红灯灭时，光耦U2截止，单片机控制器U1的I/O端口的第1脚恢复为高电平，当单片机控制器U1内部运行程序检测到I/O端口的第1脚为高电平时，不管有没有行人进入人行横道路口，都不会触发喷水和语音播放功能。
权利要求1.一种路口交管控制器，其特征在于包括单片机控制器、与人行横道红灯信号装置连接的红灯信号连接器、以及设于人行横道路口处的行人违章检测传感器(1)和违章警告执行机构；所述的红灯信号连接器、行人违章检测传感器、以及违章警告执行机构分别通过红灯信号输入电路、违章检测信号输入电路、违章警告执行驱动电路与单片机控制器的相应的I/O端口连接；单片机控制器内部设定可执行以下指令的程序①首先检测与红灯信号输入电路连接的I/O端口，当没有检测到红灯信号输入时，不启动后续工作；当检测到红灯信号输入时，继续检测与违章检测信号输入电路连接的I/O端口；②当从与违章检测信号输入电路连接的I/O端口没有检测到违章信号输入时，不启动后续工作；当检测到违章信号输入时，通过与违章警告执行驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动违章警告执行驱动电路工作，从而启动违章警告执行机构动作。
2.根据权利要求1所述的路口交管控制器，其特征在于所述的违章警告执行机构包括设于路口地面上的喷水管(2)，喷水管通过电动水泵(3)及其抽水管路与蓄水池(4)连接，单片机控制器的I/O端口通过电动水泵驱动电路与电动水泵连接；所述喷水管的开口朝上，喷水管的旁侧设有通往蓄水池的水槽(5)，蓄水池的入口处设有过滤网；当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与电动水泵驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动电动水泵驱动电路工作，从而启动电动水泵抽水以便喷水管进行喷水。
3.根据权利要求2所述的路口交管控制器，其特征在于所述违章警告执行机构还包括语音播放器，该语音播放器通过语音播放驱动电路与单片机控制器的I/O端口连接，当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与语音播放驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动语音播放驱动电路工作，从而驱动语音播放器发出警告声音。
4.根据权利要求1或2或3所述的路口交管控制器，其特征在于①所述的人行横道路口处还设有升降栏杆装置以及用以控制栏杆(6)升降的电动机(7)，所述电动机通过电机正反转驱动电路与单片机控制器的I/O端口连接；当单片机控制器检测到红灯信号输入时，通过其I/O端口向电机正反转驱动电路输出正转指令信号，控制电动机正转从而带动栏杆上升；当单片机控制器检测到的红灯信号消失时，通过其I/O端口向电机正反转驱动电路输出反转指令信号，控制电动机反转从而带动栏杆下降；②所述栏杆上升行程和下降行程末端均设有位置传感器(8)，位置传感器通过栏杆升降位置停止检测电路与单片机控制器的I/O端口连接，当栏杆到达栏杆上升行程或下降行程末端时，位置传感器通过栏杆升降位置停止检测电路及相应的I/O端口向单片机控制器输入信号，继而由单片机控制器通过其相应的I/O端口向电机正反转驱动电路输出停转指令信号。
5.根据权利要求4所述的路口交管控制器，其特征在于所述的升降栏杆装置包括竖设于路口一侧的竖杆(9)、设于路口另一侧的电动机以及连接于竖杆与电动机动力输出轴(10)之间的栏杆，所述的栏杆与竖杆之间通过连杆(11)铰接，栏杆的另一端铰接有一滑套(12)，电动机动力输出轴通过缠绕其上的拉绳(13)的另一端与设于滑套内的皮碗(14)相连接，皮碗与滑套之间设有复位弹簧(15)；在电动机动力输出轴和滑套之间设有支撑于拉绳下侧的定位滚轮(16)，定位滚轮与电动机动力输出轴之间固设有一对位置传感器，它们的设置位置分别对应栏杆处于上升和下降行程末端时拉绳上的感应铁块(17)所移到的位置而设；在两位置传感器的外侧还设有机械式行程开关(18)，该机械式行程开关为串接于电机正反转驱动电路上的常闭开关。
6.根据权利要求5所述的路口交管控制器，其特征在于所述红灯信号接收器J1通过两根电线与人行横道红灯信号装置连接；所述的红灯信号输入电路包括电阻R1和光偶U2，红灯信号连接器J1的1脚与光偶U2的输入控制端连接，2脚经电阻R1与光偶U2的另一个输入端连接，光偶U2的一个输出端与单片机控制器U1的P1.0 I/O端口连接，另一个输出端接地；所述的行人违章检测传感器包括分别设于路口两旁侧的一对光电发射器WS1、WS2和一对用以分别接收光电发射器WS1、WS2所发信号的光电接收器WE1、WE2；违章检测信号输入电路包括电阻R2、R3和光偶U3、U4，光电接收器WE1的1脚接地，2脚与光偶U3的输入控制端连接，3脚与12V电源连接且同时经电阻R2与光偶U3的另一个输入端连接，光偶U3的一个输出端与单片机控制器U1的P1.2 I/O端口连接，另一个输出端接地；光电接收器WE2的1脚接地，2脚与光偶U4的输入控制端连接，3脚与12V电源连接且同时经电阻R3与光偶U4的另一个输入端连接，光偶U4的一个输出端与单片机控制器U1的P1.3 I/O端口连接，另一个输出端接地；光电发射器WS1、WS2均是一端接地，另一端与12V电源连接；所述的电动水泵驱动电路包括反向器U9C、电阻R6、NPN三极管Q5、电阻R7和固态继电器SSR9，反向器U9C的输入端与单片机控制器U1的RXD I/O端口连接，输出端经过电阻R6与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的发射极接地，集电极经过电阻R7与固态继电器SSR9的输入控制端连接，固态继电器SSR9的另一个输入端与12V电源连接，固态继电器SSR9的一个输出端直接与220V交流电源的一端连接，另一个输出端经过电动水泵M2与220V交流电源的另一端连接，固态继电器SSR9的两个输出端间还并联有压敏电阻RV，电动水泵M2的连接线路上还接有移相电容C13；所述的语音播放驱动电路包括电阻R5、PNP三极管Q6，电阻R5的一端与单片机控制器U1的P1.6 I/O端口连接，另一端与三极管Q6的基极连接，三极管Q6的发射极与12V电源连接，集电极与语音播放器HA连接，语音播放器HA的另一端接地；所述的电机正反转驱动电路包括反向器U9A和U9B、电阻R8～R15、机械式行程开关K1和K2、NPN三极管Q1～Q4、固态继电器SSR1和SSR2；反向器U9A的输入端与单片机控制器U1的P2.0 I/O端口连接，输出端依次经过电阻R13、R14与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，集电极依次经过电阻R15、机械式行程开关K1与固态继电器SSR1的输入控制端连接，固态继电器SSR1的另一个输入端与12V电源连接，固态继电器SSR1的一个输出端直接与220V交流电源的一端连接，另一个输出端经过电动机M1与220V交流电源的另一端连接，固态继电器SSR1的两个输出端间还并联有压敏电阻RV，电动机M1的连接线路上还接有移相电容C12；反向器U9B的输入端与单片机控制器U1的P2.1I/O端口连接，输出端依次经过电阻R9、R10与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，集电极依次经过电阻R11、机械式行程开关K2与固态继电器SSR2的输入控制端连接，固态继电器SSR2的另一个输入端与12V电源连接，固态继电器SSR2的一个输出端直接与220V交流电源的一端连接，另一端经过电动机M1与220V交流电源的另一端连接，固态继电器SSR2的两个输出端间还并联有压敏电阻RV；反向器U9A的输出端经过电阻R8与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，集电极连接与电阻R9和R10之间；反向器U9B的输出端经过电阻R12与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极接地，集电极连接与电阻R13和R114之间；所述的栏杆升降位置停止检测电路包括电阻R17～R20、光偶U7和U8；位置传感器JD1的1脚接地，2脚与光偶U7的输入控制端连接，3脚与12V电源连接且同时经电阻R19与光偶U7的另一输入端连接，光偶U7的一个输出端接地，另一个输出端与单片机控制器的P0.0 I/O端口连接且同时经电阻R18与5V电源连接；位置传感器JD2的1脚接地，2脚与光偶U8的输入控制端连接，3脚与12V电源连接且同时经电阻R17与光偶U8的另一输入端连接，光偶U8的一个输出端接地，另一个输出端与单片机控制器的P0.1 I/O端口连接且同时经电阻R16与5V电源连接。
7.根据权利要求1所述的路口交管控制器，其特征在于所述的违章警告执行机构包括设于路口地面上的喷水管(2)，喷水管与自来水供水管路(19)连接，自来水供水管路的出水口上设有电磁阀(20)，所述电磁阀的控制端通过电磁阀驱动电路与单片机控制器的I/O端口连接；当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与电磁阀驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动电磁阀驱动电路工作，从而开启电磁阀进行喷水；所述喷水管的开口朝上，喷水管的旁侧设有通往下水道的水槽(5)。
8.根据权利要求7所述的路口交管控制器，其特征在于所述违章警告执行机构还包括语音播放器，该语音播放器通过语音播放驱动电路与单片机控制器的I/O端口连接，当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与语音播放驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动语音播放驱动电路工作，从而驱动语音播放器发出警告声音。
9.根据权利要求1或7或8所述的路口交管控制器，其特征在于所述红灯信号接收器J1通过两根电线与人行横道红灯信号装置连接；所述的红灯信号输入电路包括电阻R1和光偶U2，红灯信号连接器J1的1脚与光偶U2的输入控制端连接，2脚经电阻R1与光偶U2的另一个输入端连接，光偶U2的一个输出端与单片机控制器U1的P1.0 I/O端口连接，另一个输出端接地；所述的行人违章检测传感器包括分别设于路口两旁侧的一对光电发射器WS1、WS2和一对用以分别接收光电发射器WS1、WS2所发信号的光电接收器WE1、WE2；违章检测信号输入电路包括电阻R2、R3和光偶U3、U4，光电接收器WE1的1脚接地，2脚与光偶U3的输入控制端连接，3脚与5V电源连接且同时经电阻R2与光偶U3的另一个输入端连接，光偶U3的一个输出端与单片机控制器U1的P1.1 I/O端口连接，另一个输出端接地；光电接收器WE2的1脚接地，2脚与光偶U4的输入控制端连接，3脚与5V电源连接且同时经电阻R3与光偶U4的另一个输入端连接，光偶U4的一个输出端与单片机控制器U1的P1.2 I/O端口连接，另一个输出端接地；光电发射器WS1、WS2均是一端接地，另一端与5V电源连接；所述电磁阀驱动电路包括缓冲器U7A、光偶U6、电阻R5～R7、电容C8、双向可控硅VS，缓冲器U7A的输入端与单片机控制器U1的P2.0 I/O端口连接，输出端与光耦U6的输入控制端连接，光偶U6的另一个输入端经电阻R5与5V电源连接，光偶U6的一个输出端与双向可控硅VS的控制端连接，另一个输出端依次经电阻R6、R7与电磁阀线圈的一端连接，电磁阀线圈的另一端与220V交流电源的一端连接，电阻R7和电磁阀线圈的连接端同时经双向可控硅VS与220V交流电源的另一端连接，电容C8与电阻R7和双向可控硅VS并联；所述的语音播放驱动电路包括缓冲器U7B、电阻R8、PNP三极管Q1，缓冲器U7B的输入端与单片机控制器U1的RXD I/O端口连接，输出端经电阻R8与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与12V电源连接，集电极与语音播放器HA连接，语音播放器HA的另一端接地。
专利摘要本实用新型涉及一种路口交管控制器，其特征在于包括单片机控制器、与人行横道红灯信号装置连接的红灯信号连接器、以及设于人行横道路口处的行人违章检测传感器和违章警告执行机构；红灯信号连接器、行人违章检测传感器、违章警告执行机构分别通过红灯信号输入电路、违章检测信号输入电路、违章警告执行驱动电路与单片机控制器的相应I/O端口连接；当单片机控制器检测到违章信号输入时，通过与违章警告执行驱动电路连接的I/O端口输出指令信号，启动违章警告执行驱动电路工作，从而启动违章警告执行机构动作。它能对骑自行车及行人的违章行为实施有效阻拦，从而不仅确保交通畅通，减少交通事故的发生，而且可以为国家节省大量的人力、财力。
文档编号G08G1/00GK2893819SQ200620095818
公开日2007年4月25日 申请日期2006年3月23日 优先权日2006年3月23日
发明者林挺意 申请人:林挺意