I. Контекст применения
С развитием интеллектуальной городской транспортной инфраструктуры средствам обеспечения доступности среды уделяется все больше внимания. Для слабовидящих и незрячих людей reliance исключительно на визуальные сигналы светофора недостаточно для безопасного перехода улицы. Чтобы решить эту проблему, мы разработали систему звукового сопровождения пешеходных переходов на перекрестках со светофорами на базе голосового чипа KT142C, которая использует звуковые сигналы для безопасного ориентирования слабовидящих пешеходов.
II. Обзор решения
Система устанавливается на опорах светофоров и работает синхронно с пешеходными сигналами:
- В фазу зеленого сигнала: Воспроизводится ритмичный звуковой сигнал, указывающий на возможность перехода.
- В фазу красного сигнала: Воспроизводится иной ритмический паттерн, указывающий на необходимость ожидания.
- Интеллектуальная регулировка по освещенности: Автоматически переключается между «дневным» и «ночным» режимами в зависимости от окружающей освещенности, чтобы избежать шумового загрязнения ночью.
- Громкость и режимы гибко настраиваются через последовательные команды или файлы конфигурации для адаптации к требованиям разных перекрестков.
III. Преимущества KT142C в данном решении
1. Встроенная память, не требует внешней Flash
Чип имеет встроенную память 320 КБ, способную напрямую хранить множество звуковых сигналов без необходимости во внешней SPI Flash, что упрощает аппаратную конструкцию.
2. Поддержка прямой загрузки аудио через USB
При подключении к ПК через USB чип определяется как виртуальный USB-накопитель, что позволяет обновлять звуковые сигналы в любое время без специализированных инструментов прошивки, упрощая обслуживание.
3. Гибкое управление воспроизведением
- Поддержка управления по последовательному интерфейсу (например, воспроизведение определенного аудио, регулировка громкости, циклическое воспроизведение).
- Поддержка запуска воспроизведения по входам IO, что позволяет напрямую взаимодействовать с контроллерами светофоров.
- Поддержка комбинированного воспроизведения для бесшовного перехода между несколькими аудиофрагментами.
4. Низкое энергопотребление
Чип поддерживает режим низкого энергопотребления (до 2 мкА), что подходит для устройств, работающих круглосуточно. Также может управляться через датчики освещенности.
5. Выбор режима аудиовыхода
- Прямое управление динамиком через ШИМ (PWM) (0.5 Вт/8 Ом).
- Выход на внешний усилитель через ЦАП (DAC) (например, HAA2018), подходит для сценариев с более высокой мощностью.
IV. Детали технической реализации
✅ Планирование аудиофайлов
- 001.mp3: Сигнал зеленого света (частота 300–500 Гц, длительность 160 мс, пауза 500 мс).
- 002.mp3: Сигнал красного света (частота 300–500 Гц, длительность 200 мс, пауза 300 мс).
- 003.mp3: Сигнал последних 3 секунд зеленого света (ускоренный ритм).
- Файл конфигурации config.txt задает режимы запуска, громкость, режим вывода и т.д.
✅ Управление по датчику освещенности
Внешний датчик освещенности, данные обрабатываются MCU:
- Освещенность > 200 Лк в течение 60 сек → Дневной режим (громкость ≤ 65 дБ(А)).
- Освещенность < 200 Лк в течение 60 сек → Ночной режим (громкость ≤ 45 дБ(А)).
- Ночной режим действует 180 минут → Активируется режим "Без звука".
✅ Интеграция с системой управления светофорами
- Запуск воспроизведения соответствующих сигналов по уровням на входах IO.
- Также возможен прием команд состояния светофора по последовательному интерфейсу для более сложной логики.
V. Таблица измеренных параметров
VI. Тестирование и валидация
Мы использовали:
- Цифровой осциллограф → для анализа выходного сигнала и частоты.
- Анализатор спектра → для анализа диапазона частот.
- Шумомер → для измерения фактического уровня звукового давления.
- Отладчик последовательного порта → для проверки ответов на команды.
Результаты показывают стабильную работу KT142C в условиях непрерывной работы, перепадов температур и напряжения.
VII. Выгоды для заказчика
- Простота интеграции: Минимальная обвязка — для работы нужны всего два конденсатора.
- Удобство обслуживания: Обновление аудио через USB, не требует демонтажа.
- Интеллектуальное управление: Поддержка датчика освещенности и таймеров.
- Высокая надежность: Промышленный температурный диапазон.