LED應用于交通卡的研究和設計

陳雪姣

[摘 ? ?要]隨著我國經濟的蓬勃發展，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鍵。為使人與車順暢通過道路，在道路交叉口設置了紅綠燈，但因部分道路交叉口綠燈時間的限制，在步行速度緩慢的老人、盲人或殘疾人等經過此交通信號燈區域的斑馬線時，若步行緩慢的行人未完全通過斑馬線時，綠燈就變成了紅燈，此時會造成道路擁堵，嚴重時可能造成事故。因此介紹了一種LED道路交通刷卡設備。

[關鍵詞]LED;交通卡;研究;設計

[中圖分類號]U495 [文獻標志碼]A [文章編號]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

發光二極管（LED）是一種常見的感光器件，其利用電子和空穴復合釋放出能量而發光，因其能高效地將電能轉換為光能，因此在照明燈光領域的使用很普遍，如燈具、平板展示、醫療器材等。這種光電子元件于1962年問世，但早期只能產生極低光度的紅光，隨著后續發展，出現了其他單色光的版本，能產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域得到廣泛應用。

1.2 LED的特點

1.2.1 體積小

LED是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂內，因此其體積非常小。LED體積較小，所以發光點也小，這在光學設計上可作為點光源，而點光源的二次光系統設計是非常簡單的，因此LED基本能夠達到任何的配光要求。

1.2.2 光譜窄

從LED的發光機理上講，LED實質上是發出單色光譜信號的，并因為光譜信號展寬而具有相應的長度，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構中通過幾個LED就可以合成出所有要求的光譜組成形式。

1.2.3 LED開關電源響應快、壽命長

從加電壓到發出光的時間僅1～10 ms，響應頻率可達100 Hz;則使用壽命長，一般可達10萬小時以上。

1.3 LED的應用

1.3.1 各類指示燈泡

在作為指示燈應用時，所需要的光源強度并不高，因此LED技術最初的主要用途就是當作指示燈具使用的。從1962年提出LED后的很長時間里，發光效率始終未有很大的改善。

1.3.2 交通信號

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。因為LED的窄光譜特點，相對于傳統白熾燈，LED能夠實現90%以上的節能效果。

1.3.3 景觀燈、裝飾燈和大屏幕的顯示技術

景觀燈也是LED技術在建筑燈具領域中一種比較常見的應用，因為單個LED的功率較小，所以用于建筑景觀燈具時比采用傳統光源的節能效果更加明顯。使用LED作為顯示器時，因其光源品質好、省電、使用壽命長等優勢，在平面顯示屏和便攜設備顯示器等領域應用廣泛。目前，LED在大屏幕顯示方面已經實現了絕對優勢。

2 LED交通刷卡裝置的結構概述

為確保行人的安全，本文介紹一種利用刷卡來調節道路紅綠燈亮燈時長的LED交通刷卡設備。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，用于指示紅燈持續時間的時鐘控制器集成電路，用于測量環境氣候的溫度檢測集成電路，一種用于發送音頻信號的音頻放大集成電路，一種用于讀取磁卡信號的刷卡驅動集成電路，一種用于指示刷卡狀態的刷卡指示集成電路和一種用于恢復時鐘計數的復位集成電路。

2.2 電源電路

2.2.1 時鐘電路

時鐘集成電路的進入端與主控電路的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 刷卡驅動電路

刷卡驅動電路Q負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負一的CEPAs引腳和公共插針電相連;刷卡消費驅動集成電路，在Q二的進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;刷卡消費驅動集成電路中，Q3的進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，當輸出端與電源電路中CN1的公共插針電相連時，U4的發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 復位電路

復位集成電路的R三十九進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 刷卡感應電路

刷卡式感應集成電路的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，以及設定于卡片自身內的應用軟件程式。當老年人卡、盲人卡和殘疾卡同時刷卡時，最高可延長60 s綠燈時限。

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間、綠燈時間、縮短過紅燈時間，方便步行不便人員安全進行道路檢查，也有利于執法人員依法管理過馬路車輛的正常運行。

3 LED交通刷卡裝置的設計

如圖1所示，LED道路交通卡刷卡設備實際上是一個基于直流電源的可移動柔性發熱膜。時鐘集成電路（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。音頻放大電路的進口端依次連接主監測電路的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測電路的voice或chk插針。

在LED交通刷卡設備的刷卡消費驅動集成電路中，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;刷卡消費驅動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;刷卡消費驅動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。滑動編碼集成電路的第3引腳與滑動感應集成電路中的R52電連接，第4引腳與滑動感應集成電路中的R47電連接，第32引腳與滑動感應集成電路中的第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，在識別出磁卡的工作信號后，控制相應的繼電器開關，通過交通控制器將工作信號傳輸到紅燈、綠燈和喇叭。同時，紅燈、綠燈、喇叭將工作信息反饋給行車調度員共同管理。當讀卡器讀取到刷卡是老年卡、盲人卡和殘疾卡時，它通過聲音抑制繼電器將信號發送給交通控制器。當行車調度員處于紅燈狀態時，刷卡消費將作廢。同時，聲音放大電路也開始工作，并驅動喇叭以產生進行道路的噪聲;但是，只要交通控制器保持在綠燈狀態，那么聲音地放大電路就開始工作，從而驅動音箱產生汽車通過路面時的聲響。此時，通過道路的時間可能持續了3～5 min。在整個工作流程中，主控電路會持續監測各模塊的工作狀況。當某些模塊的工作狀態異常，主控制的電路中會形成一個錯誤信息，以提醒人們進行進一步檢查。時鐘電路用來記憶紅燈和綠燈的點亮時刻。當時鐘到達規定日期時，信號返回主控制電路，并切換紅燈，將存儲器編號歸零，從而執行新的時鐘存儲器。當環境溫度高于七十攝氏度時，溫度檢測電路將信息反饋給主控制電路進行冷卻管理和停機。

4 結語

綜上所述，本章還介紹了一個LED道路交通刷卡消費設備，包含燈桿，安裝在燈桿前方的道路交通信號燈，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，為監控電路供應電源的電源電路，用來指導道路交通紅燈期長的電子時鐘電路，用來檢測環境氣候的環境溫度檢查電路，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驅動集成電路，還有用來指導刷卡消費狀況的刷卡指示燈集成電路，另外還有用來讓時間記憶值恢復的報警集成電路。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。

參考文獻

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