陳蓓玉 陳天元

南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210044

目前，因公交運(yùn)力不足或堵車等問(wèn)題導(dǎo)致的站臺(tái)等車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，等車時(shí)間不確定等問(wèn)題給人們帶來(lái)了很大困擾，另外，對(duì)于很多環(huán)形公交線路而言，如何乘車才能更快地到達(dá)目的地也給不少乘客帶來(lái)了困惑。盡管一些城市的公交站臺(tái)已經(jīng)提供等車時(shí)間預(yù)告功能，即告知下一班車處于哪一站，但是對(duì)于環(huán)形線路而言，換乘哪一班車可以更快地到達(dá)目的地，現(xiàn)有的站臺(tái)提醒系統(tǒng)并無(wú)法提供相關(guān)信息。

本系統(tǒng)的提出，通過(guò)單片機(jī)的無(wú)線通信與數(shù)據(jù)處理等功能，將會(huì)繼續(xù)優(yōu)化目前的公交系統(tǒng)，并解決仍然存在的問(wèn)題。

1 智能公交模擬系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2 智能公交模擬系統(tǒng)硬件框圖

如圖1，藍(lán)色線標(biāo)志小車向中央控制發(fā)出無(wú)線信號(hào)，告知中央控制此時(shí)本車的位置信息；紅色線標(biāo)志中央控制向站臺(tái)發(fā)出無(wú)線信號(hào)，告知站臺(tái)此時(shí)處于環(huán)路上的小車的位置信息，站臺(tái)對(duì)收到的信息進(jìn)行運(yùn)算處理，顯示出此時(shí)最優(yōu)換乘的方案。

如圖2，1、2號(hào)小車在順時(shí)針車道從站臺(tái)A之前出發(fā)，3號(hào)小車在逆時(shí)針車道從站臺(tái)A之前出發(fā)，程序開(kāi)始運(yùn)行，在主函數(shù)中執(zhí)行循跡小車算法。當(dāng)檢測(cè)到地面垂直于行車道的黑線時(shí)，進(jìn)入外部中斷，小車停車，小車內(nèi)部記錄的位置信號(hào)N+1，若為3，則計(jì)為1，并向主控站臺(tái)2發(fā)出此時(shí)計(jì)數(shù)得到的站臺(tái)位置信號(hào)N。主控站臺(tái)2始終保持等待接收狀態(tài)，在接收到小車傳來(lái)的位置信息時(shí)，對(duì)位置信息進(jìn)行整理，把系統(tǒng)中3輛小車的位置信息發(fā)往其他各個(gè)站臺(tái)，并且計(jì)算離本站最近的小車編號(hào)與相距站數(shù)，在液晶上顯示，提示候車乘客的最優(yōu)換乘路線，是在順時(shí)針?lè)较虻群?，還是在逆時(shí)針?lè)较虻群?，以及車輛編號(hào)。其他站臺(tái)始終保持等待接收狀態(tài)，在接收到主控站臺(tái)2傳來(lái)的小車位置信息時(shí)，對(duì)位置信息進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算出離本站最近的小車編號(hào)以及離本站剩余的站數(shù)，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(hào)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)包含7片單片機(jī)，3輛小車，3個(gè)L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，15個(gè)光電對(duì)管集成模塊，7片NRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊，3片液晶等電路元件構(gòu)成。

2.1 公交模擬系統(tǒng)小車實(shí)現(xiàn)方式

圖3 STC89C52

圖4 公交模擬系統(tǒng)小車設(shè)計(jì)程序流程

通過(guò)太陽(yáng)能電池板發(fā)出電能，通過(guò)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(gè)系統(tǒng)的電能。

如圖3、4，主控芯片STC89C52，P0.0-P0.3連接光電對(duì)管，檢測(cè)黑白線。其中P0.0-P0.3用以檢測(cè)路面黑白線，當(dāng)光電對(duì)管正對(duì)黑線時(shí)，光電對(duì)管輸出高電平，使單片機(jī)管腳輸入為1，當(dāng)光電對(duì)管正對(duì)白線時(shí)，光電對(duì)管輸出低電平,使單片機(jī)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(gè)光電對(duì)管，中間兩個(gè)在車道上用以檢測(cè)黑線，最左和最右的兩個(gè)用以檢測(cè)白色地面。當(dāng)單片機(jī)P0.0-3輸入為0110時(shí)，表明小車大致在車道正中行駛。當(dāng)P0.0-3輸入序列為0100時(shí)，說(shuō)明車道向左邊偏轉(zhuǎn)一些，即小車應(yīng)當(dāng)向左轉(zhuǎn)彎。此時(shí)，單片機(jī)P1.0-3向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊輸出0010，并延時(shí)少許，使得小車可以保持左邊車輪停止，右邊車輪前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)。當(dāng)P0.0-3輸入序列為1100或1000時(shí)，說(shuō)明車道向左邊偏轉(zhuǎn)很大，即小車應(yīng)當(dāng)向左迅速轉(zhuǎn)彎。此時(shí)，單片機(jī)P1.0-3向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊輸出0110，并延時(shí)少許，使得小車可以左邊車輪反轉(zhuǎn)，右邊車輪前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)迅速左轉(zhuǎn)，使得小車可以重回到車道正中。反之類似。

P3.2所接光電對(duì)管較偏離車道，只用于檢測(cè)到達(dá)車站時(shí)遇到的黑線，并根據(jù)上升沿進(jìn)入單片機(jī)中斷功能。進(jìn)入中斷后，單片機(jī)先關(guān)閉中斷功能，P1.0-3向電機(jī)驅(qū)動(dòng)送入0000用以停止小車前進(jìn)。小車從1號(hào)站臺(tái)之前出發(fā)，并設(shè)置N=0，通過(guò)計(jì)數(shù)，如果N≠3，則N=N+1，否則N=0，得到小車此時(shí)所在的站臺(tái)位置N，并使用無(wú)線模塊將此位置信號(hào)N通過(guò)小車的編號(hào)所在通道，比如X1小車使用無(wú)線模塊的數(shù)據(jù)傳輸通道1（無(wú)線模塊NRF24L01共有6個(gè)通道），將N通過(guò)通道1傳輸給中央控制臺(tái)。當(dāng)收到中央控制臺(tái)確認(rèn)收到信號(hào)時(shí)，小車重新啟動(dòng)電機(jī)，開(kāi)啟中斷功能，并退出中斷。

2.2 公交模擬系統(tǒng)主控站臺(tái)實(shí)現(xiàn)方式

圖5 主控站臺(tái)程序流程圖

如圖3，單片機(jī)工作，使得無(wú)線模塊始終處于等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，從通道4讀取數(shù)組RX[3]（即為中央控制臺(tái)發(fā)出的TX[3]數(shù)組）。以2號(hào)站臺(tái)為例，對(duì)數(shù)組RX[3]中各個(gè)元素依據(jù)公式進(jìn)行重新計(jì)算。不難發(fā)現(xiàn),在2號(hào)站臺(tái),X1（1號(hào)車）、X2（2號(hào)車）到達(dá)1號(hào)站臺(tái)后，N=1,與2號(hào)站臺(tái)僅相距一站不到,X1（1號(hào)車）、X2（2號(hào)車）到達(dá)2號(hào)站臺(tái)后，N=2，要重新達(dá)到2號(hào)站臺(tái)則還需要經(jīng)過(guò)兩站，以此類推，得到1、2號(hào)車位置信息N與到達(dá)2號(hào)站臺(tái)的站數(shù)之間的關(guān)系分別為RX[0]=(4-RX[0]%3)，RX[1]=(4-RX[1]%3)，而3號(hào)車位置信息N與到達(dá)2號(hào)站臺(tái)的站數(shù)之間的關(guān)系為RX[2]=RX[2]%3。所以，依據(jù)上面3個(gè)公式，對(duì)RX[3]數(shù)組進(jìn)行重新計(jì)算，并通過(guò)RXmin=min(RX[1],RX[2],RX[3])，得到此時(shí)距離2號(hào)站臺(tái)最近的小車距離RXmin。然后通過(guò)液晶顯示出RXmin與小車編號(hào)，提示候車的乘客是在此站臺(tái)等車，還是在線路對(duì)面等車，更為快捷。

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)利用了單片機(jī)來(lái)作為核心控制模塊，通過(guò)單片機(jī)之間的無(wú)線通信及自動(dòng)循跡小車，實(shí)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)實(shí)公交系統(tǒng)的簡(jiǎn)單模擬。該模擬系統(tǒng)可以優(yōu)化目前的公交系統(tǒng)，并解決仍然存在的問(wèn)題。

[1]張發(fā)海.基于單片機(jī)STC89C52的LED數(shù)碼管溫度顯示及報(bào)警器的實(shí)現(xiàn).科技信息,2009年35期（87-88）

[2]陳?ài)?李爾園全球定位系統(tǒng)(GPS)現(xiàn)代化運(yùn)行控制段(OCX)的進(jìn)展與現(xiàn)狀.全球定位系統(tǒng),2010年02期（56-59）

[3]江明.單片機(jī)控制多功能信號(hào)發(fā)生器.吉林大學(xué), 2004

[4]張海順,劉鐵根,王峻松,朱體高. 基于AT89C52單片機(jī)的GP觸摸屏通訊.自動(dòng)化與儀表,2009年06期 （22-25）