基于光伏供電自動循跡小車的智能公交模擬系統研究

陳蓓玉 陳天元

南京信息工程大學，江蘇 南京 210044

目前，因公交運力不足或堵車等問題導致的站臺等車時間過長，等車時間不確定等問題給人們帶來了很大困擾，另外，對于很多環形公交線路而言，如何乘車才能更快地到達目的地也給不少乘客帶來了困惑。盡管一些城市的公交站臺已經提供等車時間預告功能，即告知下一班車處于哪一站，但是對于環形線路而言，換乘哪一班車可以更快地到達目的地，現有的站臺提醒系統并無法提供相關信息。

本系統的提出，通過單片機的無線通信與數據處理等功能，將會繼續優化目前的公交系統，并解決仍然存在的問題。

1 智能公交模擬系統方案設計

圖1 系統框圖

圖2 智能公交模擬系統硬件框圖

如圖1，藍色線標志小車向中央控制發出無線信號，告知中央控制此時本車的位置信息；紅色線標志中央控制向站臺發出無線信號，告知站臺此時處于環路上的小車的位置信息，站臺對收到的信息進行運算處理，顯示出此時最優換乘的方案。

如圖2，1、2號小車在順時針車道從站臺A之前出發，3號小車在逆時針車道從站臺A之前出發，程序開始運行，在主函數中執行循跡小車算法。當檢測到地面垂直于行車道的黑線時，進入外部中斷，小車停車，小車內部記錄的位置信號N+1，若為3，則計為1，并向主控站臺2發出此時計數得到的站臺位置信號N。主控站臺2始終保持等待接收狀態，在接收到小車傳來的位置信息時，對位置信息進行整理，把系統中3輛小車的位置信息發往其他各個站臺，并且計算離本站最近的小車編號與相距站數，在液晶上顯示，提示候車乘客的最優換乘路線，是在順時針方向等候，還是在逆時針方向等候，以及車輛編號。其他站臺始終保持等待接收狀態，在接收到主控站臺2傳來的小車位置信息時，對位置信息進行運算處理，計算出離本站最近的小車編號以及離本站剩余的站數，并在液晶上顯示，提示候車乘客最佳乘車方向以及車輛編號。

2 系統硬件設計

整個系統包含7片單片機，3輛小車，3個L298電機驅動模塊，15個光電對管集成模塊，7片NRF24L01無線收發模塊，3片液晶等電路元件構成。

2.1 公交模擬系統小車實現方式

圖3 STC89C52

圖4 公交模擬系統小車設計程序流程

通過太陽能電池板發出電能，通過DC-DC變換、整流、濾波為蓄電池充電，蓄電池用以提供小車整個系統的電能。

如圖3、4，主控芯片STC89C52，P0.0-P0.3連接光電對管，檢測黑白線。其中P0.0-P0.3用以檢測路面黑白線，當光電對管正對黑線時，光電對管輸出高電平，使單片機管腳輸入為1，當光電對管正對白線時，光電對管輸出低電平,使單片機管腳輸入為0。車道寬度選用2～3cm，使得小車用于掃描車前的4個光電對管，中間兩個在車道上用以檢測黑線，最左和最右的兩個用以檢測白色地面。當單片機P0.0-3輸入為0110時，表明小車大致在車道正中行駛。當P0.0-3輸入序列為0100時，說明車道向左邊偏轉一些，即小車應當向左轉彎。此時，單片機P1.0-3向電機驅動模塊輸出0010，并延時少許，使得小車可以保持左邊車輪停止，右邊車輪前進，實現左轉。當P0.0-3輸入序列為1100或1000時，說明車道向左邊偏轉很大，即小車應當向左迅速轉彎。此時，單片機P1.0-3向電機驅動模塊輸出0110，并延時少許，使得小車可以左邊車輪反轉，右邊車輪前進，實現迅速左轉，使得小車可以重回到車道正中。反之類似。

P3.2所接光電對管較偏離車道，只用于檢測到達車站時遇到的黑線，并根據上升沿進入單片機中斷功能。進入中斷后，單片機先關閉中斷功能，P1.0-3向電機驅動送入0000用以停止小車前進。小車從1號站臺之前出發，并設置N=0，通過計數，如果N≠3，則N=N+1，否則N=0，得到小車此時所在的站臺位置N，并使用無線模塊將此位置信號N通過小車的編號所在通道，比如X1小車使用無線模塊的數據傳輸通道1（無線模塊NRF24L01共有6個通道），將N通過通道1傳輸給中央控制臺。當收到中央控制臺確認收到信號時，小車重新啟動電機，開啟中斷功能，并退出中斷。

2.2 公交模擬系統主控站臺實現方式

圖5 主控站臺程序流程圖

如圖3，單片機工作，使得無線模塊始終處于等待接收數據狀態，當接收到數據時，從通道4讀取數組RX[3]（即為中央控制臺發出的TX[3]數組）。以2號站臺為例，對數組RX[3]中各個元素依據公式進行重新計算。不難發現,在2號站臺,X1（1號車）、X2（2號車）到達1號站臺后，N=1,與2號站臺僅相距一站不到,X1（1號車）、X2（2號車）到達2號站臺后，N=2，要重新達到2號站臺則還需要經過兩站，以此類推，得到1、2號車位置信息N與到達2號站臺的站數之間的關系分別為RX[0]=(4-RX[0]%3)，RX[1]=(4-RX[1]%3)，而3號車位置信息N與到達2號站臺的站數之間的關系為RX[2]=RX[2]%3。所以，依據上面3個公式，對RX[3]數組進行重新計算，并通過RXmin=min(RX[1],RX[2],RX[3])，得到此時距離2號站臺最近的小車距離RXmin。然后通過液晶顯示出RXmin與小車編號，提示候車的乘客是在此站臺等車，還是在線路對面等車，更為快捷。

3 結語

本設計利用了單片機來作為核心控制模塊，通過單片機之間的無線通信及自動循跡小車，實現對于現實公交系統的簡單模擬。該模擬系統可以優化目前的公交系統，并解決仍然存在的問題。

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