洛陽市潮汐車道自動控制系統(tǒng)的研究方案

蘇瑋 岳迪 李雪婷 馬金虎

摘 ? 要：洛陽憑借雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，取得經(jīng)濟(jì)上快速發(fā)展，也帶來了難以解決的城市病，尤其是交通問題逐漸凸顯。針對這一問題，在不可能大幅度改建的前提下，僅能使用潮汐車道來解決。為解決現(xiàn)有潮汐樁移動中的問題，本設(shè)計(jì)潮汐車道自動控制系統(tǒng)由STM32F103作為微處理器，自動控制電機(jī)工作，達(dá)到潮汐樁移動使行駛路段變寬的目的;從行駛中的安全性考慮，本設(shè)計(jì)還具有傳感器模塊，其決定電機(jī)是否開始工作;本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了信號燈模塊，保證道路行駛的安全。改進(jìn)后的自動控制潮汐車道系統(tǒng)具有智能化、安全實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，可以較好地解決洛陽市潮汐式擁堵的交通問題。

關(guān)鍵詞：潮汐現(xiàn)象 ?可變車道 ?自動控制

中圖分類號：U491 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0104-03

Abstract： As an industrialized city， Luoyang has witnessed great economic development in recent years. However， in the process of development， contradictions in various aspects gradually become prominent， especially tidal congestion， which has become the most important traffic problem in Luoyang. To solve this problem， it is urgent to design an automatic control tidal lane. Tidal lane is a variable lane， in the limited road resources， make the best use to solve the problem of road congestion. This design tidal lane automatic control system by STM32F103 as a microprocessor， automatic control motor work， to achieve the tide pile movement to drive a wide section of the purpose. Considering the safety in driving， this system also designs the signal lamp module， which echoes the traffic lights on the road， and determines the work of the motor according to the change of the signal lamp to ensure the safety of driving on the road. In addition， the design also has a pressure sensor module， counter module， timer module to count the running vehicles， and determine the motor movement time. Because the tidal lane system of automatic control has the advantages of intelligence， safety and practicality， it can solve the traffic problem of tidal congestion in Luoyang city.

Key Words： Tidal phenomenon; Variable lane; Automatic control

1 ?研究意義

由于洛陽市的土地規(guī)劃，各個(gè)功能集中管理，使得居住——工作的聚集和分化，造成了潮汐現(xiàn)象的交通，當(dāng)大批人向同一個(gè)方向行駛勢必會造成擁堵現(xiàn)象，而另外一個(gè)方向的路段行駛車輛少，從而造成道路資源的浪費(fèi)，這樣不平衡的道路情況是洛陽市面臨的挑戰(zhàn)，為了更好、更快的解決這個(gè)問題，同時(shí)順應(yīng)科技的發(fā)展，潮汐車道的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

潮汐車道是可變車道，城市內(nèi)部根據(jù)早晚交通流量不同情況，對有條件的道路設(shè)置一個(gè)或多個(gè)車輛行駛方向規(guī)定隨不同時(shí)段變化的車道。潮汐車道是針對有規(guī)律的潮汐交通而設(shè)計(jì)，所謂潮汐交通是指，在早高峰時(shí)，車輛行駛方向是從居住地向工作地行駛，在晚高峰剛好相反，這樣有規(guī)律的交通方式，使用簡單有效的自動控制就可以解決潮汐式擁堵。

2 ?研究現(xiàn)狀

潮汐車道對于城市的發(fā)展有著必要的關(guān)系，所以不管是國內(nèi)還是國外，都對潮汐車道進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。就目前研究看來，大多數(shù)的潮汐車道還處于使用拉鏈車調(diào)節(jié)潮汐樁的位置從而緩解交通壓力。在金門大橋上，拉鏈車規(guī)范潮汐樁的位置。拉鏈車需要每年花費(fèi)1.9億進(jìn)行保養(yǎng)，長9m，寬4.5m，車重19t，動力方面搭載了112kW的6缸渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)，最快時(shí)速為32km/h，最慢時(shí)速10km/h。該車可以雙向行駛調(diào)節(jié)潮汐樁的位置從而達(dá)到緩解早晚高峰的交通壓力。每20min就可以變換一次方向。拉鏈車的外形如圖1所示。

這種拉鏈車已經(jīng)引進(jìn)到深圳，有效地解決了道路擁擠的道路資源浪費(fèi)的問題。

但是，這種拉鏈車不僅造價(jià)高，每年保養(yǎng)需1.9億人民幣，而且，也是對車內(nèi)能源以及駕駛員的資源浪費(fèi)。如果該潮汐樁不需要拉鏈車，自身就可以根據(jù)路面情況做出反應(yīng)，自我調(diào)節(jié)，這樣就可以減少不必要的資源浪費(fèi)，更加環(huán)保、更加實(shí)用。

3 ?設(shè)計(jì)創(chuàng)新

根據(jù)目前研究的不足，本設(shè)計(jì)基于環(huán)保，實(shí)用的原則，設(shè)計(jì)了潮汐車道的自動控制系統(tǒng)。以STM32F103作為該系統(tǒng)的微處理器，利用keil5編譯器進(jìn)行分模塊編寫程序，使工程更具有條理性，便于清除錯(cuò)誤。整個(gè)系統(tǒng)能夠智能化的調(diào)節(jié)潮汐樁的位置。下面是主函數(shù)的程序流程：分別為驅(qū)動電機(jī)模塊、傳感器模塊、信號燈模塊相互配合是整個(gè)系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)分析的軌跡進(jìn)行移動，達(dá)到最終使路面變寬的目的，如流程圖2所示。

3.1 驅(qū)動電機(jī)模塊

L298N是專門驅(qū)動集成電路，其輸入端可以與單片機(jī)直接相連，從而很方便地受單片機(jī)控制。L298N電機(jī)驅(qū)動模塊性能特點(diǎn)：

（1）可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。

（2）啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大。

（3）工作電壓可達(dá)到36V，4A。

（4）可同時(shí)驅(qū)動兩臺直流電機(jī)。

（5）適合應(yīng)用于機(jī)器人設(shè)計(jì)及智能小車的設(shè)計(jì)。

就本設(shè)計(jì)而言，L298N同時(shí)驅(qū)動兩臺直流電機(jī)，以小車作為潮汐樁的基本模型來模擬潮汐車道的工作情況。其程序流圖如圖3所示。

3.2 傳感器模塊

紅外接近開關(guān)是一種集發(fā)射與接收于一體的光電開關(guān)傳感器。數(shù)字信號的輸出伴隨傳感器后側(cè)指示燈殼的亮滅，檢則距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，可調(diào)范周3～80cm。該傳感器具有探劉距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、互動媒體、工業(yè)自動化流水線等眾多場合。

就本設(shè)計(jì)而言，紅外避障傳感器僅僅利用其后側(cè)指示燈亮，表示前方有障礙物，潮汐樁停止移動，即數(shù)字信號的輸出為高電平，電機(jī)不工作。

3.3 信號燈模塊

使用最簡單的LED燈來模擬潮汐樁的信號燈。LED燈容易控制，方便編程。其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于如何與道路上的紅綠燈進(jìn)行配合，達(dá)到道路資源更有限的利用，實(shí)現(xiàn)智慧交通。就本設(shè)計(jì)而言，當(dāng)電機(jī)準(zhǔn)備開始工作時(shí)，信號燈亮，告訴前方的行駛車輛，不能繼續(xù)前進(jìn)，需調(diào)整行駛方向;若燈是滅的，則繼續(xù)行駛。本設(shè)計(jì)將有兩個(gè)信號燈，來決定潮汐樁兩端的車輛進(jìn)行變道行駛。

4 ?未來創(chuàng)想

隨著科技的高速發(fā)展，在今后越來越多的自動智能產(chǎn)品出現(xiàn)在日常生活中，改變?nèi)藗兊纳罘绞健Ｗ詣涌刂瞥毕嚨劳瑯訒淖內(nèi)藗兊某鲂蟹绞剑瑴p少時(shí)間的浪費(fèi)，道路資源的浪費(fèi)，更加便利的出行方式會有更多的人去享受這項(xiàng)設(shè)計(jì)帶來的好處。當(dāng)然在未來科技技術(shù)逐步成熟，也會讓自動控制的潮汐車道更加便利、更加親民，將會有越來越多的城市道路引進(jìn)該項(xiàng)系統(tǒng)，得到城市的快速發(fā)展。

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