基于光伏供电自动循迹小车的智能公交模拟系统研究

陈蓓玉 陈天元

南京信息工程大学，江苏 南京 210044

目前，因公交运力不足或堵车等问题导致的站台等车时间过长，等车时间不确定等问题给人们带来了很大困扰，另外，对于很多环形公交线路而言，如何乘车才能更快地到达目的地也给不少乘客带来了困惑。尽管一些城市的公交站台已经提供等车时间预告功能，即告知下一班车处于哪一站，但是对于环形线路而言，换乘哪一班车可以更快地到达目的地，现有的站台提醒系统并无法提供相关信息。

本系统的提出，通过单片机的无线通信与数据处理等功能，将会继续优化目前的公交系统，并解决仍然存在的问题。

1 智能公交模拟系统方案设计

图1 系统框图

图2 智能公交模拟系统硬件框图

如图1，蓝色线标志小车向中央控制发出无线信号，告知中央控制此时本车的位置信息；红色线标志中央控制向站台发出无线信号，告知站台此时处于环路上的小车的位置信息，站台对收到的信息进行运算处理，显示出此时最优换乘的方案。

如图2，1、2号小车在顺时针车道从站台A之前出发，3号小车在逆时针车道从站台A之前出发，程序开始运行，在主函数中执行循迹小车算法。当检测到地面垂直于行车道的黑线时，进入外部中断，小车停车，小车内部记录的位置信号N+1，若为3，则计为1，并向主控站台2发出此时计数得到的站台位置信号N。主控站台2始终保持等待接收状态，在接收到小车传来的位置信息时，对位置信息进行整理，把系统中3辆小车的位置信息发往其他各个站台，并且计算离本站最近的小车编号与相距站数，在液晶上显示，提示候车乘客的最优换乘路线，是在顺时针方向等候，还是在逆时针方向等候，以及车辆编号。其他站台始终保持等待接收状态，在接收到主控站台2传来的小车位置信息时，对位置信息进行运算处理，计算出离本站最近的小车编号以及离本站剩余的站数，并在液晶上显示，提示候车乘客最佳乘车方向以及车辆编号。

2 系统硬件设计

整个系统包含7片单片机，3辆小车，3个L298电机驱动模块，15个光电对管集成模块，7片NRF24L01无线收发模块，3片液晶等电路元件构成。

2.1 公交模拟系统小车实现方式

图3 STC89C52

图4 公交模拟系统小车设计程序流程

通过太阳能电池板发出电能，通过DC-DC变换、整流、滤波为蓄电池充电，蓄电池用以提供小车整个系统的电能。

如图3、4，主控芯片STC89C52，P0.0-P0.3连接光电对管，检测黑白线。其中P0.0-P0.3用以检测路面黑白线，当光电对管正对黑线时，光电对管输出高电平，使单片机管脚输入为1，当光电对管正对白线时，光电对管输出低电平,使单片机管脚输入为0。车道宽度选用2～3cm，使得小车用于扫描车前的4个光电对管，中间两个在车道上用以检测黑线，最左和最右的两个用以检测白色地面。当单片机P0.0-3输入为0110时，表明小车大致在车道正中行驶。当P0.0-3输入序列为0100时，说明车道向左边偏转一些，即小车应当向左转弯。此时，单片机P1.0-3向电机驱动模块输出0010，并延时少许，使得小车可以保持左边车轮停止，右边车轮前进，实现左转。当P0.0-3输入序列为1100或1000时，说明车道向左边偏转很大，即小车应当向左迅速转弯。此时，单片机P1.0-3向电机驱动模块输出0110，并延时少许，使得小车可以左边车轮反转，右边车轮前进，实现迅速左转，使得小车可以重回到车道正中。反之类似。

P3.2所接光电对管较偏离车道，只用于检测到达车站时遇到的黑线，并根据上升沿进入单片机中断功能。进入中断后，单片机先关闭中断功能，P1.0-3向电机驱动送入0000用以停止小车前进。小车从1号站台之前出发，并设置N=0，通过计数，如果N≠3，则N=N+1，否则N=0，得到小车此时所在的站台位置N，并使用无线模块将此位置信号N通过小车的编号所在通道，比如X1小车使用无线模块的数据传输通道1（无线模块NRF24L01共有6个通道），将N通过通道1传输给中央控制台。当收到中央控制台确认收到信号时，小车重新启动电机，开启中断功能，并退出中断。

2.2 公交模拟系统主控站台实现方式

图5 主控站台程序流程图

如图3，单片机工作，使得无线模块始终处于等待接收数据状态，当接收到数据时，从通道4读取数组RX[3]（即为中央控制台发出的TX[3]数组）。以2号站台为例，对数组RX[3]中各个元素依据公式进行重新计算。不难发现,在2号站台,X1（1号车）、X2（2号车）到达1号站台后，N=1,与2号站台仅相距一站不到,X1（1号车）、X2（2号车）到达2号站台后，N=2，要重新达到2号站台则还需要经过两站，以此类推，得到1、2号车位置信息N与到达2号站台的站数之间的关系分别为RX[0]=(4-RX[0]%3)，RX[1]=(4-RX[1]%3)，而3号车位置信息N与到达2号站台的站数之间的关系为RX[2]=RX[2]%3。所以，依据上面3个公式，对RX[3]数组进行重新计算，并通过RXmin=min(RX[1],RX[2],RX[3])，得到此时距离2号站台最近的小车距离RXmin。然后通过液晶显示出RXmin与小车编号，提示候车的乘客是在此站台等车，还是在线路对面等车，更为快捷。

3 结语

本设计利用了单片机来作为核心控制模块，通过单片机之间的无线通信及自动循迹小车，实现对于现实公交系统的简单模拟。该模拟系统可以优化目前的公交系统，并解决仍然存在的问题。

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