公交车车门防夹系统设计与仿真

孙悦超 李曼 杨雯铃

摘 要：为实现通过声音提醒和控制车门自动开关来达到车门对乘客防夹的目的，以单片机AT89C52为控制模块、语音芯片ISD1700及蜂鸣器、指示灯作为语音提醒和报警装置、红外线传感器为检测装置、以继电器、电磁阀作为控制车门开关装置来设计公交车车门防夹系统。该系统可以使公交车车门处，在有人或物的情况下既能实现语音报警提醒驾驶员和乘客，又能及时自动地打开车门，防止夹到乘客或者物体，确保乘客出行的安全。

关键词：车门防夹;传感器;报警系统;语音提醒

中图分类号：U463.9  文献标识码：A  文章编号：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

由于城镇化的快速发展，目前很多城市道路交通网负荷严重。公交车作为一种广泛使用、价格实惠、实用性强的交通工具，越来越多的人将公交车作为出门首选工具。为避免公交车门在关闭或开启时夹伤乘客，目前的公交车门处通过加装摄像头，方便司机观察车门处是否有人，但若在乘客拥挤的情况下，可能存在司机无法从摄像头中看清车门处的情况，给驾驶员带来不便，为此常设有车门防夹装置[1]。

目前大多数车门防夹装置是通过安装在车门边沿处的传感器来检测车门是否夹到人或物，当传感器一旦检测到车门夹到人或物时，就会向控制器发送信号，控制器再控制车门再次打开或者关闭，以达到安全防护的效果。但是，上述防夹装置在开启或关闭时，较容易发生夹伤在车门处附近的乘客。因此，通过在车门关闭前设计语音提醒乘客，并且在红外线传感器的检测下先确保车门处无人或物后再进行关门操作，可以有效防止乘客被夹伤[2]。所以本文的设计思路是通过声音提醒乘客及驾驶员和自动控制车门的开关来实现防夹功能。以单片机AT89C52为控制模块、语音芯片ISD1700及蜂鸣器、指示灯作为语音提醒和报警装置、红外线传感器为检测装置、以继电器、电磁阀作为控制车门开关装置。当乘客或物品被夹，使车门处在有物体的情况下不仅能实现语音报警提醒驾驶员和乘客，而且能及时自动地打开车门，以防夹到乘客或者物体。

1 总体设计方案

1.1 防夹系统总体结构

如图1所示，该系统由红外传感器检测车门处是否有障碍，将AT89C52单片机作为防夹装置的控制核心，控制语音播报、蜂鸣器、指示灯、延时继电器的工作。由关门键、红外传感器、电源作为输入，单片机作为中间处理器，语音播报、指示灯、蜂鸣器、延时继电器、电磁阀作为输出。当司机按下关门键时，关门键作为输入端，通电触发语音播报系统开始播放录音，其中语音芯片播报语音内容由单片机AT89C52控制输出。在语音播报的同时，红外传感器开始工作，红外传感器检测信号作为输入，检测车门处是否有人或物等障碍，接着将信号传输到单片机AT89C52处，单片机对红外传感器传输过来的信号进行处理，根據检测情况分别输出到延时继电器和蜂鸣器、指示灯处[3]。若判断出车门处有人或物等障碍，单片机控制蜂鸣器发出报警信号（嘀—）和指示灯亮起;若判断出车门无障碍，则控制蜂鸣器发出准备关门信号（嘀-嘀-嘀）以及使车门延时关闭。

1.2 公交车门防夹装置设计工作原理

防夹装置工作流程如图2所示，防夹基本原理如下：

当驾驶员按下关闭车门按键后，触发语音芯片开始工作，开启语音播报：“乘客们，车门即将关闭，请不要站在车门处，谨防被夹”;

语音播报的同时，红外线传感器装置开始工作，红外线传感器感应出车门处是否有人或物。

若检测到车门处无人或物，延时继电器开始工作，直接进入准备关门信号，即蜂鸣器间歇性地发出嘀嘀嘀提醒乘客即将车门关闭，以防乘客再次出现在车门处。此时延时继电器延时断开电磁阀，实现自动关门;

若检测到车门处有人或物时，红外传感器的发射器发出的红外线和反射回来的光束其中一个被挡住时，即此时发射器和接收器之间没有信号交流，接收器接收不到信号，以至于信号不能及时输出，则存在有障碍信号，使控制器控制蜂鸣器发出急促连续的响声和指示灯亮起，此时报警电路通电，电磁阀不断开，保持车门打开状态，然后直到传感器检测到车门处无障碍时再进行车门关闭的操作。

2 硬件系统设计

2.1 红外传感器

通过比较分析，选用型号为E18-B03N1的红外传感器，其电路如图3;其性能参数为I<=300mA;Sn=190cm（检测距离）[4]。考虑到公交车门均是折叠门，采用双光束，发射器安装在距离车门顶部中心处，另一对接收器安装在车门底部中心处，当其中一个对射器之间的信号被物体遮挡，则电磁阀接通，打开门;当对射器信号均未被遮挡，传输信号，使电磁阀断开，关闭车门。

2.2 延时继电器

选用RZF-D断电延时继电器，延时继电器控制电磁阀延时断开电路如图4所示。当KT线圈通电时，蜂鸣器BZ1开始工作，继电器KT在线圈的作用下，延时斷开，使电磁阀S断电。防夹是通过使用常闭延时断电继电器进行延时断开车门处电磁阀从而实现车门延迟关闭来实现的。当红外线传感器检测到车门处有人或物时，电流直接通过报警器，此时电磁阀保持通电，车门保持打开状态; 当红外传感器检测车门处无人或物时，电流通过断电延时继电器，使继电器线圈通电，当准备关门信号（1s）完成后，延时继电器常闭触点断开，切断通往电磁阀的电流，导致电磁阀断开，实现关门。延时继电器延时时间为2s。

2.3 单片机的选用

选取单片机AT89C52为控制核心，其任务有两个，一是控制语音芯片进行语音播报，二是接收红外传感器的信号之后进行处理，根据处理红外线传感器的信号，控制蜂鸣器的频率实现报警和提醒，以及延时继电器的工作[5]。

2.4 蜂鸣器

蜂鸣器在系统中一是进行报警信号的输出，二是提醒乘客准备关门信号的输出[6]。通过单片机AT89C52对蜂鸣器分别进行鸣响和发声频率的控制。单片机控制蜂鸣器、指示灯报警电路见图6。其中，蜂鸣器电路由三极管、蜂鸣器组成，电路中使用了单片机I/O口P3.7来控制三极管的导通与截止来实现蜂鸣器的响声频率。

2.5 语音播放系统

选用ISD1700芯片为防夹系统的语音播放模块。该模块操作简单、工作可靠、声音优质;其芯片工作电压为2.4V- 5.5V，最高不可以超过6V，工作电流为20mA[7]。

以AT89C52单片机为控制核心，ISD1007语音芯片作为语音信号输出。单片机控制语音芯片，实现对声音的储存和播放。为了实现语音播报所需的功能，即需要按下语音模块中的开始键，启动录音功能，通过话筒进行录音，录音内容为“乘客们，车门即将关闭，请不要站在车门处，谨防被夹”，待录音结束后松开按键，结束录音。此段录音文件将会储存在语音芯片中作为永久的工作音频，以便于工作上播放。在司机按下关门键时，触发语音模块中PLAY键进行放音功能，开始播放该录音。

3 仿真设计与调试

3.1 仿真设计方案

以Keil uVision4开发环境为编程平台进行代码的编译和运行，并在proteus软件上进行电路仿真，仿真设计方案见图8。以单片机AT89C52为控制核心，蜂鸣器、指示灯为报警信号输出。由于本设计是运用红外线传感器进行检测，但考虑到此次为软件仿真，无法实施红外线传感器的仿真，故采用开关信号来模拟红外线传感器的状态，用液晶显示屏LM016L来显示红外传感器的检测情况。

3.2 仿真设计及实现

图9为仿真总电路图，由时钟电路、复位电路、按键模块、液晶显示屏LM016L、蜂鸣器、指示灯、三极管、电阻等组成。

在模拟仿真过程中，红外传感器开始检测车门处是否有人或物，若液晶显示屏显示“Some one is here”，见图10 ，此状态为红外传感器检测到车门处有人，同时电路中指示灯开始亮起，蜂鸣器发出连续响声，发出报警信号。

4 结束语

该车门防夹系统通过采用红外线传感器、单片机控制模块、语音芯片、蜂鸣器、报警指示灯、延时继电器这些装置结合起来，实现从语音提醒到实际车门处是否有人来控制车门关闭，达到公共汽车车门的防夹功能，确保乘客出行安全。

该系统的优点在于防夹性能可靠、成本低，防夹功能和结构多样、全面，使语音提醒和自动控制车门相结合，实现车门防夹功能。

参考文献

[1] 沈宜欣.公交汽车车门“夹人”现状的分析与思考[J].才智，2013（16）： 175.

[2] 王世博.上海公交车车门防夹装置设计与研究[J].电子制作，2018 （Z2）：27-31.

[3] 周振.MSP430单片机在公交车门安全系统中的应用研究[J].制造业自动化，2012，34（04）：117-120.

[4] 雷波，杨贤昭，张焱魁，党景，杨国瑞.基于单片机的路考语音提示系统[J].船电技术，2016，36（03）：57-59.

[5] 张毅刚.单片机原理及应用设计（C51编程+Proteus仿真）[M].北京：电子工业出版社，2015.

[6] 苏晨.基于单片机的数字式通电延时时间继电器设计[J].电子技术与软件工程，2018（18）：232-233.

[7] 范爱华，周越.电动车语音提示报警系统设计[J].电子技术，2017，46 （03）：37-39.