王沛國

摘 要 如今我們的生活節(jié)奏越來越快，車輛成為人們生活中的必需品，伴隨而至的交通問題也層出不窮，在我們上班上學(xué)的過程中堵車可謂是家常便飯各大一線城市的堵車更是壯觀。行車過程中，剮蹭、碰撞也是屢見不鮮，重特大交通事故也時有發(fā)生。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計（WHO）統(tǒng)計全球每年有120萬人死于車禍，平均每25秒就有一人死于車禍。我國平均有200人每天因車禍死亡或受傷，平均每五分鐘就有一人死于車禍。我國汽車世界保有量為世界的3%但卻造成了世界上16%的車禍，而目前，我國2017年汽車保有量將突破2.9億，如何防止和避免各類車禍的發(fā)生，提高公路系統(tǒng)的運行效率，使人民群眾出行生活更便捷，成為了一種迫在眉睫需要解決的問題。

【關(guān)鍵詞】擁堵 交通規(guī)則 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

而目前以沈陽市位例，沈陽市警方統(tǒng)計結(jié)果表明無序駕駛，隨意變換車道，疲勞駕駛，粗心大意成為了車禍的主因。通過交通安全教育，民眾交通安全意識增強(qiáng)的同時，我們是否可以從技術(shù)層面對于車輛進(jìn)行升級，讓交通事故少發(fā)生，不發(fā)生呢，這當(dāng)然是可以的。既然無序駕駛成為了目前交通事故頻發(fā)的主要原因，那么是否可以從技術(shù)層面在車輛的設(shè)計上對于無序駕駛進(jìn)行杜絕呢。其實在生物界我們就有很多類似的例子。以蜜蜂為例，看似無序的蜂群其實存在著非常嚴(yán)格的秩序，即使再密集的蜂群也不會出現(xiàn)撞擊同伴的空難，這源于蜜蜂腹部的超流磁性，根據(jù)地球的磁場對蜂群進(jìn)行規(guī)劃。所以對于龐大的交通網(wǎng)絡(luò)是否可以運用蜂群式控制方式來進(jìn)行管理，保證到杜絕無序駕駛，提高出行效率，更加方便人民群眾的出行。

1 關(guān)于蜂群式控制系統(tǒng)

1.1 流程略圖

如圖1所示。

1.2 分步說明

車輛：車輛的主要針對對象是民用私家車、運輸車輛、民用特種車輛。

路況反應(yīng)機(jī)制：

路況反應(yīng)機(jī)制由車載傳感器（溫度，濕度，震動，光學(xué)傳感器，計時器組成，分別檢測地面溫度，地面濕度，積水水深，能見度，路面顛簸程度，擁堵程度等路況問題）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航（負(fù)責(zé)計算擁堵程度，重新規(guī)劃路線，導(dǎo)航等作用）組成。其作用主要是對路況信息進(jìn)行匯總，將路面的自然狀況和人為狀況首先反映給北斗衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將所有信息匯總給并為擁堵區(qū)域車主規(guī)劃新的行駛路線，在規(guī)劃的同時將匯總過的路況信息反饋給城市智能交通系統(tǒng)，并由城市智能交通系統(tǒng)進(jìn)行下一步行動。

信息交互機(jī)制：

信息交互機(jī)制由紅外傳感器（計算車距和行車方向）車載計算機(jī)（1、對于紅外傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算；2、接收和發(fā)送相關(guān)信息；3、對車輛的相關(guān)功能進(jìn)行控制；4、車流物聯(lián)網(wǎng)）旨在對于外界信息的接受和反饋，對于內(nèi)在信息的上傳和分析，以及對車輛的控制。

藍(lán)牙遙控機(jī)制：

由藍(lán)牙遙控軟件，藍(lán)牙，車載計算機(jī)組成，針對酒駕，疲勞駕駛等問題設(shè)計，車主可以利用手機(jī)APP與車載藍(lán)牙和車載計算機(jī)鏈接，并下達(dá)指令，在自動模式下車主可以讓車輛獨自去接送家人，運輸貨物等活動；在手動模式下，車主可以通過手機(jī)對車輛進(jìn)行遙控，讓車輛在車主的遙控下行駛。

2 智能車模藍(lán)牙遙控系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

2.1 創(chuàng)作目的

通過把步進(jìn)電機(jī)作為可移動輪式車模的動力部分，同時增加一些任務(wù)，將步進(jìn)電機(jī)的控制和單片機(jī)、模電、數(shù)電、算法等知識一起糅合，已經(jīng)具有初步的系統(tǒng)性框架，是一種帶有智能的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，本次設(shè)計主要體現(xiàn)在軟件流程編輯上。

2.2 所需硬件

電腦：處理器 AMD Opteron（tm） Processor 6320、內(nèi)存 16G 以上、硬盤 500G以上；

STC89C52RC單片機(jī)；

手機(jī)：安卓系統(tǒng) 內(nèi)存1G及以上。

STC89C52標(biāo)準(zhǔn)功能：

具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。

2.3 創(chuàng)作過程

根據(jù)車模的功能要求，設(shè)計了系統(tǒng)程序流程圖，編寫了車?；具\動子程序、藍(lán)牙子程序，并根據(jù)車模驅(qū)動模塊驅(qū)動芯片的工作原理，編寫了車模驅(qū)動程序，最終，通過主程序調(diào)用將其連為一個整體。完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計。

2.4 技術(shù)描述部分

2.4.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

智能車模藍(lán)牙遙控系統(tǒng)軟件整體示意圖，如圖2所示，其中手機(jī)部分，包括手機(jī)APP、手機(jī)的藍(lán)牙模塊，控制部分包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、藍(lán)牙從機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊。

2.4.2 小車模型底盤結(jié)構(gòu)

小車模型底盤包括車輪4個，直流電機(jī)4個，車身底板1個，以及單片機(jī)控制系統(tǒng)電路板。其中，每個車輪由一個直流電機(jī)控制，由直流電機(jī)驅(qū)動模塊控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車模型的前進(jìn)后退等基本動作。

設(shè)輪子1正轉(zhuǎn)為前進(jìn)，小車模型基本動作的實現(xiàn)如表1，根據(jù)車輪正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的不同，可以實現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等基本動作。

L298電機(jī)驅(qū)動芯片，可以通過兩位數(shù)字信號控制一個電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，因此，需要兩個電機(jī)驅(qū)動，控制四個直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。

2.4.3 單片機(jī)與藍(lán)牙模塊的連接

本次藍(lán)牙模塊設(shè)計綜合考慮市場上的主流方案，我依據(jù)技術(shù)較成熟最成熟及成本較低的原則，采用了CC2540藍(lán)牙芯片作為的單模式低功率藍(lán)牙解決方案。

藍(lán)牙模塊與單片機(jī)的連接有兩種方案，一種是利用CC2540的GPIO口與單片機(jī)的IO口連接，傳輸數(shù)字信號；一種是利用CC2540的URAT串口進(jìn)行數(shù)據(jù)透傳，傳輸給單片機(jī)的串行緩沖寄存器。本次我選用了第一種方案，CC2540具有19個GPIO口，這些IO口一般都有各自的特殊功能，一般不適用他們作為GPIO口，這里選擇不影響研究目標(biāo)功能的三個GPIO口P0.7、P0.6和P0.5，分別連接單片機(jī)的P2.7、P2.6和P2.5。

2.4.4 智能手機(jī)APP的設(shè)計

目前市場上有很多基于CC2540的APP共享軟件成熟方案，可以很方便的下載來進(jìn)行二次設(shè)計。此處也可以描述成借助親戚朋友等外力來完成二次匹配，畢竟此次設(shè)計的著重點在控制。

APP運行平臺選擇Android系統(tǒng)，APP的開發(fā)環(huán)境，為Windows7 64bit旗艦版，開發(fā)軟件選擇eclipse。開發(fā)語言使用java語言。APP需要實現(xiàn)的功能，包括調(diào)用手機(jī)藍(lán)牙模塊作為主機(jī)模塊，掃描到從機(jī)模塊，建立連接，并通過模擬串口傳遞數(shù)據(jù)。

如圖3所示，我在上述流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計了用戶界面，包括動作按鈕，掃描從機(jī)按鈕，以及更多的命令開發(fā)按鈕。

src-com.nordisemi.xxx下的java文件為安卓工程的主程序文件， MainActivity.java中為主程序，負(fù)責(zé)調(diào)用其他函數(shù)完成APP的工作；DeviceListActivity.java中定義了諸多函數(shù)，在APP調(diào)用藍(lán)牙模塊掃描從機(jī)時調(diào)用。它定義了一個public class，包括匹配設(shè)備時需要各種設(shè)備表單存放。

UartService.java中定義了串口傳輸中的諸多宏，包括串口對應(yīng)的char，主機(jī)UUID，以及數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)。定義了RX和TX的UUID，與藍(lán)牙協(xié)議棧不同，在安卓工程中，UUID由完整的128位十六進(jìn)制數(shù)表示。

前進(jìn)按鈕的功能代碼中，massage為要通過藍(lán)牙串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，定義為GO，并在listAdapter中顯示，通過writeRXCharacteristic函數(shù)傳輸。其中，函數(shù)傳輸?shù)牟皇侵苯拥膍assage，而是將message轉(zhuǎn)碼儲存在value中。其他按鈕代碼與此類似，其中send按鈕稍微不同，massage得到的字符不是固定的，而是獲取text欄數(shù)據(jù)。

2.4.5 單片機(jī)程序設(shè)計

單片機(jī)程序的流程圖如圖4所示。

其中，串口初始化主要設(shè)置串口的比特率為9600，同時藍(lán)牙協(xié)議棧中的串口初始化也需要將串口比特率設(shè)置為9600。默認(rèn)藍(lán)牙串口比特率為115200，單片機(jī)在11.0594MHz晶振下很難準(zhǔn)確達(dá)到這個比特率。在11.0592MHz晶振、9600波特率下，單片機(jī)可以與藍(lán)牙模塊串口保持良好的通訊。

藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)通過串口，傳給單片機(jī)時，會存放在單片機(jī)的SBUF緩存中，RI會自動置1，此時將緩存區(qū)的數(shù)據(jù)存在char型變量kumo中，方便主程序調(diào)用處理。串口檢測函數(shù)如下：

void bluetooth（）

{

if（RI） //是否有數(shù)據(jù)傳過來

{

RI=0；

kumo = SBUF； //接收命令

2.5 后期設(shè)計的思路

通過這次設(shè)計實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)控制，加入藍(lán)牙模塊配合APP可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

通過設(shè)計對STC89C52RC單片機(jī)有了更深入的理解，通過該芯片還可以開發(fā)完善更多的功能，例如：加上語音識別芯片可以實現(xiàn)控；

加入傳感器實現(xiàn)自主尋跡、避障；

因為對于實驗材料和相關(guān)知識的缺失，無法對其他兩大機(jī)制進(jìn)行研究，故本文僅對于藍(lán)牙遙控機(jī)制作為介紹。

感想：

在日后的將來，我希望蜂群式交通系統(tǒng)可以實現(xiàn)。因為我堅信通過這種控制系統(tǒng)在某種程度上降低車禍發(fā)生的幾率，挽救更多無辜的生命。同時也可以提高交通運輸體系的運行效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也為我們的生活出行多添一份方便、一份安全、一份保障。

但蜂群式系統(tǒng)的思維不僅僅是交通運輸，還可以是更多的領(lǐng)域，在軍事領(lǐng)域，蜂群思維下的無人機(jī)可以更好的協(xié)作完成任務(wù)，在高空或海底布置雷區(qū)，對建筑物進(jìn)行偵查，對目標(biāo)進(jìn)行突襲等。不但成本低，還可以減少傷亡，何樂而不為。在信息工程的領(lǐng)域，例如美國洛杉磯市啟動過的“深藍(lán)計劃”，育碧游戲公司的《看門狗》系列作品中的CTOS城市中央控制系統(tǒng)。他們都利用蜂群式思維對城市的一切進(jìn)行控制，讓人們的生活井井有條，讓犯罪分子無處可逃。

這將是一種趨勢，蜂群式控制系統(tǒng)將會是一種新的物與物之間的秩序模式，也將是軍事，交通，信息工程，航空航天的新型控制理念。

作者單位

西安高新第一中學(xué) 陜西省西安市 710075