基于红外技术的行人上高速监测报警装置设计与应用

【摘  要】随着高速公路交通流量的日益增大，行人违法上高速公路的情况时有发生，给高速公路的道路交通安全、人们的生命和财产安全带来了极大的隐患。本文提出了一种基于红外技术的行人上高速智能监测报警装置，该装置通过前端设备利用红外人体感应技术，结合后端报警装置的信号接收模块，安装在收费站外广场及人工车道，实现了对行人上高速的进行实时感应与报警功能。旨在通过实时监测与报警，提醒违法上高速人员及时制止违法行为以及收费站关注人员及时制止行人上高速，以提升高速公路的行车安全性和通行效率。

【关键词】红外人体感应；行人监测；高速公路；智能报警

1 引言

高速公路作为现代交通网络的重要组成部分，其行车速度快、车流量大，对通行效率和道路交通安全有着极高的要求。然而，行人非法上高速而导致的交通事故时有发生，给高速公路上司乘人员的生命安全及道路交通安全带来了严重的威胁。传统的行人监测方法多依赖于人工巡查或视频监控，存在监控盲区大、反应速度慢等问题，难以满足现代高速公路安全管理的需求。特别是在夜间能见度低以及恶劣天气条件下，传统监测方式的监测效果将大打折扣。因此，开发一种高效、准确、可靠的行人上高速智能监测报警装置，对于保障高速公路行车安全具有重要意义。

2 系统概述

本文所述的基于红外技术的行人上高速智能监测报警装置，主要由前端感应装置、后端语音报警装置以及无线信号传输接收模块三部分组成。前端设备利用红外人体感应技术，实现对行人的实时感应，可进行人车识别，并且带有无线信号发射模块；后端语音报警装置带有信号接收模块，用于接收前端设备发送的报警信号，并触发相应的报警措施；信号传输模块则采用电磁波无线传输方式，确保信号传输的稳定性和实时性。

3 监测报警装置总体设计

3.1前端感应装置

1）热释电人体红外感应器

红外传感器作为一种精密装置，其核心功能在于将物理或化学参量高效转换为电信号形式，以便于后续处理与应用。人体在自然状态下，体温维持在36至37摄氏度之间，会自发辐射出特定波长10μm左右的红外线。被动式红外感应器正是基于这一特性设计，专门用于检测并响应人体所释放的约10μm波长的红外辐射。此过程中，人体发射的红外线首先通过菲涅尔滤光片的增强作用，实现信号强度的提升，随后聚焦于红外感应元件之上。通常，该感应元件采用热释电材料制成，其独特之处在于能够敏锐感知环境温度变化，特别是当接收到来自人体的红外辐射导致局部温度细微变化时，热释电元件内部的电荷平衡状态将被打破，进而触发电荷的释放。这一电信号变化随后被精密的电路系统捕捉、处理，并最终转化为可识别的报警信号，实现了对人体活动的有效监测与响应。

2）基于菲涅尔透镜（Fresnei lens）信号聚焦模块

①菲涅尔透镜，亦称螺纹透镜，作为一种精密的光学元件，其制造工艺涵盖了聚烯烃材料的精密注压成型技术，同时也不乏玻璃材质的精细雕琢之作。该透镜的独特之处在于其双面设计：一面光洁如镜，另一面则精心镌刻着一系列由中心向外逐渐扩大的同心圆环纹理。这些精细的纹理设计，深植于光的干涉与衍射理论，并充分考虑了光信号的灵敏度与接收角度需求，旨在实现对特定波长——尤其是人体释放的红外线的高效汇聚与增强。

②在红外探测领域，菲涅尔透镜扮演着至关重要的角色。它巧妙地运用菲涅尔原理，将原本可能逃逸或分散的红外线能量划分为可视区域与死角区域，并通过其独特的聚焦能力，将这些能量集中至探测器敏感区域，从而实现了探测范围与灵敏度的双重飞跃。这一技术革新极大地提升了热释电人体存在感应器的性能，使其在安防监控、智能家居等领域展现出更为广泛的应用潜力。

③在静态环境中，当空间中存在红外射线时，该透镜的双元探头能够迅速响应，利用红外人体感应技术实现非接触式的精准检测。这一技术不仅检测速度快，而且具备卓越的抗干扰能力和高可靠性，有效避免了环境因素对探测结果的干扰，确保了数据的准确性和稳定性。

3）前端装置利用人体红外中心波长为10μm左右的通过红外传感器接收人体辐射出的红外能量，经过信号处理和分析，实现对人体目标的实时监测和识别。在行人监测领域，红外人体感应技术可以通过对人体红外辐射的感知，实现对行人的快速检测和定位。前端设备是行人上高速智能监测报警装置的核心部分，其利用红外人体感应技术实现对行人的实时监测。红外人体感应技术通过检测人体散发的红外辐射来感知人体存在，具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点。前端设备安装在收费站人工车道附近，通过设定合适的感应范围和灵敏度，实现对行人上高速的实时监测。

3.2无线信号发射与信号接收模块

1）PT2262和PT2272芯片应用

PT2262和PT2272是一款应用非常广泛的编解码芯片，因为编解码过程全部集成到了芯片内部，不需要编写复杂的编解码程序，可轻松的将其运用到实际电路中去。TP2262/tp2272这对芯片在非常多的领域得到了广泛的应用。如红外线遥控，仓库门遥控，电器开关，防盗报警等场合。本系统中应用其作为无线信号发射与接受模块。

2）PT2262芯片

①PT2262作为一款高度集成的红外与无线遥控专用集成电路，其设计巧妙地将载波振荡、编码逻辑及信号传输功能融为一体，极大地简化了遥控系统的构建复杂度。该芯片的核心优势在于其灵活的地址配置能力，通过多达12个三态地址端子（支持高电平、低电平及悬空状态），能够生成高达531441种独特的地址码组合，加之6位数据段引脚，为系统提供了丰富的编码空间。

②PT2262的编码与传输机制。PT2262的运作机制基于按键触发与串行数据输出。当检测到有效按键动作时，芯片随即激活，通过其17脚以串行方式输出预设的地址码与数据码。这一过程中，高频发射电路（如315MHz频段）的启闭直接受控于17脚的电平状态：高电平时，发射电路振荡并辐射等幅高频信号；低电平时，则停止振荡，实现了对发射信号的精确控制。

2）PT2272芯片

①解码与响应的精准匹配：作为PT2262的理想配对，PT2272解码芯片以其宽工作电压范围和强大的解码能力著称。它能够接收并解析来自PT2262的复杂编码信号，支持最多6位数据位及同样丰富的地址码组合（531441种）。在接收到信号后，PT2272执行双重地址码校验，确保信号的有效性，随后通过Vt引脚及相应的数据引脚输出高电平信号，标志着解码成功。

5 结论与展望

本文提出了一种基于红外技术的行人上高速智能监测报警装置，该装置通过前端设备利用红外人体感应技术，结合后端报警装置的信号接收模块，实现了对行人上高速的实时感应与报警功能。该装置具有高灵敏度、强抗干扰性、稳定可靠传输等优点，经实际应用结果表明，该装置具备较高的准确性和可靠性，有效降低行人违法通过收费站进入高速，能够有效提升高速公路的行车安全性和通行效率。未来，我们将进一步优化该装置的性能和功能，探索更多应用场景和拓展方向，为高速公路的安全管理提供更为全面和有效的技术支持。提高其在复杂环境下的适应性和可靠性，为高速公路交通安全提供更加有力的保障。

参考文献：

[1]寇建国.人体红外感应技术在斜井运输管理上的应用. [J].山东煤业科技， 2012（03）：37-38.

[2]刘剑.基于热释电红外传感器的静态人体存在感应器设计. [J].传感器世界：技术与应用， 2023（04）：28-33.

作者简介：

吴威宁（1994-），男，贵州榕江人，助理工程师，从事高速公路机电技术运维管理工作。