LED應(yīng)用于交通卡的研究和設(shè)計(jì)

陳雪姣

[摘 ? ?要]隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人們的外出量日益增加，為了出行安全，道路交通管理格外關(guān)鍵。為使人與車順暢通過道路，在道路交叉口設(shè)置了紅綠燈，但因部分道路交叉口綠燈時(shí)間的限制，在步行速度緩慢的老人、盲人或殘疾人等經(jīng)過此交通信號(hào)燈區(qū)域的斑馬線時(shí)，若步行緩慢的行人未完全通過斑馬線時(shí)，綠燈就變成了紅燈，此時(shí)會(huì)造成道路擁堵，嚴(yán)重時(shí)可能造成事故。因此介紹了一種LED道路交通刷卡設(shè)備。

[關(guān)鍵詞]LED;交通卡;研究;設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)]U495 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）01–00–03

[Abstract]With the vigorous development of my country's economy， the number of people going out is also increasing. For travel safety， road traffic management is particularly critical. In order to enable people and vehicles to pass the road smoothly， traffic lights are set at road intersections. However， due to the limitation of the green light time of some road intersections， when the elderly， blind or disabled people walking slowly pass the zebra crossing in this traffic signal area， if When pedestrians walking slowly do not completely cross the zebra crossing， the green light turns into a red light. This will cause road congestion and， in severe cases， may cause accidents. Therefore， the article introduces an LED road traffic card swiping device.

[Keywords]LED; traffic card; research; design

1 LED概述

1.1 概念

發(fā)光二極管（LED）是一種常見的感光器件，其利用電子和空穴復(fù)合釋放出能量而發(fā)光，因其能高效地將電能轉(zhuǎn)換為光能，因此在照明燈光領(lǐng)域的使用很普遍，如燈具、平板展示、醫(yī)療器材等。這種光電子元件于1962年問世，但早期只能產(chǎn)生極低光度的紅光，隨著后續(xù)發(fā)展，出現(xiàn)了其他單色光的版本，能產(chǎn)生的光已包括所有可見光、紅外線和紫外線，光度也有較大提升。目前LED已在顯示屏和照明燈具領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1.2 LED的特點(diǎn)

1.2.1 體積小

LED是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂內(nèi)，因此其體積非常小。LED體積較小，所以發(fā)光點(diǎn)也小，這在光學(xué)設(shè)計(jì)上可作為點(diǎn)光源，而點(diǎn)光源的二次光系統(tǒng)設(shè)計(jì)是非常簡單的，因此LED基本能夠達(dá)到任何的配光要求。

1.2.2 光譜窄

從LED的發(fā)光機(jī)理上講，LED實(shí)質(zhì)上是發(fā)出單色光譜信號(hào)的，并因?yàn)楣庾V信號(hào)展寬而具有相應(yīng)的長度，通常是20～30 nm。而目前已形成了不同波段的單色LED，因LED的單色性，因此在光譜這種空間結(jié)構(gòu)中通過幾個(gè)LED就可以合成出所有要求的光譜組成形式。

1.2.3 LED開關(guān)電源響應(yīng)快、壽命長

從加電壓到發(fā)出光的時(shí)間僅1～10 ms，響應(yīng)頻率可達(dá)100 Hz;則使用壽命長，一般可達(dá)10萬小時(shí)以上。

1.3 LED的應(yīng)用

1.3.1 各類指示燈泡

在作為指示燈應(yīng)用時(shí)，所需要的光源強(qiáng)度并不高，因此LED技術(shù)最初的主要用途就是當(dāng)作指示燈具使用的。從1962年提出LED后的很長時(shí)間里，發(fā)光效率始終未有很大的改善。

1.3.2 交通信號(hào)

目前，我國道路交通燈基本被常用的高亮度紅光、綠光和黃光LED取代。因?yàn)長ED的窄光譜特點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)白熾燈，LED能夠?qū)崿F(xiàn)90%以上的節(jié)能效果。

1.3.3 景觀燈、裝飾燈和大屏幕的顯示技術(shù)

景觀燈也是LED技術(shù)在建筑燈具領(lǐng)域中一種比較常見的應(yīng)用，因?yàn)閱蝹€(gè)LED的功率較小，所以用于建筑景觀燈具時(shí)比采用傳統(tǒng)光源的節(jié)能效果更加明顯。使用LED作為顯示器時(shí)，因其光源品質(zhì)好、省電、使用壽命長等優(yōu)勢，在平面顯示屏和便攜設(shè)備顯示器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前，LED在大屏幕顯示方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了絕對優(yōu)勢。

2 LED交通刷卡裝置的結(jié)構(gòu)概述

為確保行人的安全，本文介紹一種利用刷卡來調(diào)節(jié)道路紅綠燈亮燈時(shí)長的LED交通刷卡設(shè)備。這種LED刷卡裝置主要包括燈桿、安置在燈桿前部的道路交通信號(hào)燈、安置在燈桿后方的LED道路刷卡器、安置在燈桿下部的道路交通控制設(shè)備及磁卡5部分。

2.1 交通控制器

交通控制器包括主控制集成電路，為控制電路供電的電源電路，用于指示紅燈持續(xù)時(shí)間的時(shí)鐘控制器集成電路，用于測量環(huán)境氣候的溫度檢測集成電路，一種用于發(fā)送音頻信號(hào)的音頻放大集成電路，一種用于讀取磁卡信號(hào)的刷卡驅(qū)動(dòng)集成電路，一種用于指示刷卡狀態(tài)的刷卡指示集成電路和一種用于恢復(fù)時(shí)鐘計(jì)數(shù)的復(fù)位集成電路。

2.2 電源電路

2.2.1 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘集成電路的進(jìn)入端與主控電路的VDD腳電相連，而出口端則依次與主控電路的SCL和SDL腳電相連。

2.2.2 溫度檢測電路

溫度檢測集成電路的進(jìn)口端與主控集成電路的VDD腳電鏈接，而出口端則與主控集成電路的RTPORT腳電鏈接。聲音放大電路的進(jìn)口端依次與主控集成電路中的CERL腳、Voice腳和Vdd腳的直流輸入電源連接，而出口端則與主控集成電路的voicechk腳輸入電源連接。

2.2.3 刷卡驅(qū)動(dòng)電路

刷卡驅(qū)動(dòng)電路Q負(fù)一的輸入端與主控集成電路中的A型共插針電相連，而輸出端則與電源電路中Cn負(fù)一的CEPAs引腳和公共插針電相連;刷卡消費(fèi)驅(qū)動(dòng)集成電路，在Q二的進(jìn)口端與主控集成電路中的B型引腳電相連，其在出口端與電源電路中的Sony引腳以及在CN一的公共引腳電相連;刷卡消費(fèi)驅(qū)動(dòng)集成電路中，Q3的進(jìn)口端與主控集成電路中的故障輸出引腳電相連后，其出口端再與電源電路中CN一的故障引腳和公共引腳電相連。

2.2.4 刷卡指示燈電路

刷卡消費(fèi)指示燈在電路五D的輸入端與電源電路中CN1的LED電源插針電相連，在U4和U6的輸入端則與主控集成電路的VDD插針電相連，當(dāng)輸出端與電源電路中CN1的公共插針電相連時(shí)，U4的發(fā)光組與主控制電路中的LEDCHK1電相連，而U6的LEDCHK2則與主控制嵌入式集成電路中的LEDCHK2電相連。

2.2.5 復(fù)位電路

復(fù)位集成電路的R三十九進(jìn)入端與主控集成電路的VDD腳電相連，而出口端則與主控集成電路的Reset腳電相連。所述的LED交通刷卡器包含了刷卡傳感器集成電路、刷卡編碼集成電路，以及刷卡指示照明集成電路。

2.2.6 刷卡感應(yīng)電路

刷卡式感應(yīng)集成電路的AVDD腳和主控集成電路的33腳AVDD電相連。

2.2.7 刷卡解碼電路

刷卡解碼集成電路的第三腳與刷卡傳感集成電路中的R五十二電相連，其第四腳與刷卡傳感集成電路中的R四十七電相連，其三十二腳與刷卡傳感集成電路中的第三十腳電相連，其三十一腳與刷卡傳感集成電路中的第三十一腳電相連，其三十腳與刷卡傳感集成電路中的R三十六電相連，其二十九腳與刷卡傳感集成電路中的R四十九電相連。

2.2.8 刷卡

磁卡分為老年人卡、盲人卡和殘疾卡，以下所述的老年人卡、盲人卡和殘疾卡分為卡片自身，以及設(shè)定于卡片自身內(nèi)的應(yīng)用軟件程式。當(dāng)老年人卡、盲人卡和殘疾卡同時(shí)刷卡時(shí)，最高可延長60 s綠燈時(shí)限。

綜上所述，本文推薦的LED交通卡刷卡裝置的積極效果是，電子刷卡方式可以延長過馬路時(shí)間、綠燈時(shí)間、縮短過紅燈時(shí)間，方便步行不便人員安全進(jìn)行道路檢查，也有利于執(zhí)法人員依法管理過馬路車輛的正常運(yùn)行。

3 LED交通刷卡裝置的設(shè)計(jì)

如圖1所示，LED道路交通卡刷卡設(shè)備實(shí)際上是一個(gè)基于直流電源的可移動(dòng)柔性發(fā)熱膜。時(shí)鐘集成電路（圖2）的輸入端與主控制集成電路的VDD引腳電相連，而輸出端則依次與主控制集成電路的SCL和SDL引腳電相連。溫度測量電路的進(jìn)口端連接主控制電路的VDD引腳電源，出口端連接主控制電路的RT或端口引腳電源。音頻放大電路的進(jìn)口端依次連接主監(jiān)測電路的cerl插針、Voice引腳和VDD插針的五V直流電源插針，而出口端則連接主監(jiān)測電路的voice或chk插針。

在LED交通刷卡設(shè)備的刷卡消費(fèi)驅(qū)動(dòng)集成電路中，輸入端與主控集成電路中的a型公共引腳電連接，輸出端與電源電路中的CEPAs引腳和CN I的公共引腳電連接;刷卡消費(fèi)驅(qū)動(dòng)IC Q2的入口端與主控IC中的B型引腳電連接，出口端與電源電路中的Sony引腳和CN 1的公共引腳電連接;刷卡消費(fèi)驅(qū)動(dòng)IC Q3的入口端與主控IC中的故障輸出引腳電連接，其出口端與電源電路中的CN 1故障引腳和公共引腳電連接。如上所述，刷卡消費(fèi)指示電路VD的輸入端與電源電路中CN I的LED電源引腳電連接，其中VI的輸入端u4和u與主控集成電路中VDD的公共引腳電連接，插座端與電源電路中的CN 1公共引腳電連接，uIV通過光端機(jī)與主控集成電路中的LED CHK1電連接，U6的插座端與主控集成電路中的LED CHK2電連接。復(fù)位耗電元件集成電路的入口端與主控制集成電路中的VDD引腳電連接，其出口端與主控制集成電路中的復(fù)位引腳電連接。

LED交通讀卡器分為刷卡傳感集成電路和刷卡編碼集成電路。刷卡傳感集成電路的avdd引腳與主控制集成電路的33引腳avdd電連接。滑動(dòng)編碼集成電路的第3引腳與滑動(dòng)感應(yīng)集成電路中的R52電連接，第4引腳與滑動(dòng)感應(yīng)集成電路中的R47電連接，第32引腳與滑動(dòng)感應(yīng)集成電路中的第30引腳電連接，第31腳與刷卡傳感集成電路中的第32腳電連接，第30腳與刷卡傳感集成電路中的R36電連接，第29腳與刷卡傳感集成電路中的R49電連接。

LED交通刷卡裝置利用刷卡裝置獲取磁卡的工作信號(hào)，在識(shí)別出磁卡的工作信號(hào)后，控制相應(yīng)的繼電器開關(guān)，通過交通控制器將工作信號(hào)傳輸?shù)郊t燈、綠燈和喇叭。同時(shí)，紅燈、綠燈、喇叭將工作信息反饋給行車調(diào)度員共同管理。當(dāng)讀卡器讀取到刷卡是老年卡、盲人卡和殘疾卡時(shí)，它通過聲音抑制繼電器將信號(hào)發(fā)送給交通控制器。當(dāng)行車調(diào)度員處于紅燈狀態(tài)時(shí)，刷卡消費(fèi)將作廢。同時(shí)，聲音放大電路也開始工作，并驅(qū)動(dòng)喇叭以產(chǎn)生進(jìn)行道路的噪聲;但是，只要交通控制器保持在綠燈狀態(tài)，那么聲音地放大電路就開始工作，從而驅(qū)動(dòng)音箱產(chǎn)生汽車通過路面時(shí)的聲響。此時(shí)，通過道路的時(shí)間可能持續(xù)了3～5 min。在整個(gè)工作流程中，主控電路會(huì)持續(xù)監(jiān)測各模塊的工作狀況。當(dāng)某些模塊的工作狀態(tài)異常，主控制的電路中會(huì)形成一個(gè)錯(cuò)誤信息，以提醒人們進(jìn)行進(jìn)一步檢查。時(shí)鐘電路用來記憶紅燈和綠燈的點(diǎn)亮?xí)r刻。當(dāng)時(shí)鐘到達(dá)規(guī)定日期時(shí)，信號(hào)返回主控制電路，并切換紅燈，將存儲(chǔ)器編號(hào)歸零，從而執(zhí)行新的時(shí)鐘存儲(chǔ)器。當(dāng)環(huán)境溫度高于七十?dāng)z氏度時(shí)，溫度檢測電路將信息反饋給主控制電路進(jìn)行冷卻管理和停機(jī)。

4 結(jié)語

綜上所述，本章還介紹了一個(gè)LED道路交通刷卡消費(fèi)設(shè)備，包含燈桿，安裝在燈桿前方的道路交通信號(hào)燈，安裝在燈桿后部的LED道路交通刷卡器，以及安置在燈桿下方的道路交通控件，包含磁卡，所述道路交通控件，除了包含磁卡，上面所述的道路交通控件中還包含了主控電路，為監(jiān)控電路供應(yīng)電源的電源電路，用來指導(dǎo)道路交通紅燈期長的電子時(shí)鐘電路，用來檢測環(huán)境氣候的環(huán)境溫度檢查電路，用來提供聲音信息的聲音放大電路，用來讀出磁卡信息的刷卡消費(fèi)驅(qū)動(dòng)集成電路，還有用來指導(dǎo)刷卡消費(fèi)狀況的刷卡指示燈集成電路，另外還有用來讓時(shí)間記憶值恢復(fù)的報(bào)警集成電路。希望能為交通安全管理提供一些新的思路，以保證行人的安全。

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