智能模擬公交車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、智能模擬公交車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：智能公交車系統(tǒng)是為了解決公交車運(yùn)行狀態(tài)與沿途站臺(tái)的的信息自動(dòng)交換與控制問題。本設(shè)計(jì)智能公交車采用雙處理器系統(tǒng)，相互分工協(xié)作，用MC9S12DG128單片機(jī)控制公交車的黑帶識(shí)別、行駛驅(qū)動(dòng)和方向控制，以STC12C5410ADA速單片機(jī)處理公交車的速度、里程檢測(cè)，站點(diǎn)到站檢測(cè)，語音報(bào)站和調(diào)頻無線數(shù)據(jù)收發(fā)；公路黑條及站臺(tái)標(biāo)志檢測(cè)采用光電傳感器，電機(jī)速度用PWM控制；里程及車速測(cè)量采用霍爾傳感器，站點(diǎn)播報(bào)處理使用ISD4002語音集成電路；小車與站臺(tái)信息交換用遠(yuǎn)距離JZ871調(diào)頻數(shù)據(jù)模塊。經(jīng)調(diào)試及多次測(cè)試，智能公交車系統(tǒng)運(yùn)行可靠，實(shí)現(xiàn)了公交小車按任意黑線行駛、到站前語音提

2、示、自動(dòng)停靠、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)駛完全程以及站臺(tái)顯示器實(shí)時(shí)顯示小車距離、車速、到站大致時(shí)間信息等設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：智能模擬公交車單片機(jī)設(shè)計(jì)引言：智能公交系統(tǒng)作為現(xiàn)代文明城市交通的人性化服務(wù)項(xiàng)U正受到日益的重視，燈前已有采用先進(jìn)GPS定位器組成的公交汽車運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，使得乘客候車時(shí)能對(duì)運(yùn)行的公交車狀況（多少車、兒點(diǎn)到站等信息）有個(gè)清楚的了解。作為實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，本次設(shè)訃采用了室內(nèi)模擬的小黑條公路及若干公交模擬站臺(tái)，通過模擬公交小車與站臺(tái)的信息交換實(shí)現(xiàn)雙向動(dòng)態(tài)信息的顯示與控制功能。1 方案選擇與論證1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案考慮到公交小車要實(shí)時(shí)處理方向、車速、路面信息、速度里程計(jì)?算等多項(xiàng)工作，決定采

3、用雙CPU系統(tǒng)，其中CPU1用以處理行車驅(qū)動(dòng)、行車方向、路面黑條測(cè)量等工作，CPU2用以進(jìn)行速度與里程計(jì)算、站臺(tái)到站檢測(cè)、語音播報(bào)、與站臺(tái)及CPU1進(jìn)行信息交換等工作。站臺(tái)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)站臺(tái)名的設(shè)定、站臺(tái)與始發(fā)車站的距離設(shè)定、公交小車行駛中的動(dòng)態(tài)信息接收與顯示等。山于行駛路道路況復(fù)雜，距離較遠(yuǎn)，因此公交小車與站臺(tái)的通訊采用調(diào)頻數(shù)字格式，這樣可克服象紅外線通訊中方向性強(qiáng)、距離短等問題，抗環(huán)境噪聲效果良好。另外為了增加數(shù)據(jù)發(fā)送接收的可靠性，在站臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)與公交小車發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行了分別的特定編碼，其中包含不同約定的起始位、結(jié)束位數(shù)據(jù)。在接收程序中，單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了驗(yàn)證，保證了數(shù)據(jù)傳送的正

4、確性。智能模擬公交車系統(tǒng)組成框圖如圖1。圖1智能模擬公交車系統(tǒng)框架圖1.2 系統(tǒng)組成模塊方案1.2.1 電源方案電源是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，山于本系統(tǒng)中不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容M各不相同，因此系統(tǒng)中包含了多個(gè)穩(wěn)壓電路。電源系統(tǒng)主要有為單片機(jī)、光電檢測(cè)電路以及霍爾傳感器工作的+3V電源、轉(zhuǎn)向舵機(jī)使用的+6V電源、后輪驅(qū)動(dòng)電路和語音模塊的+7V電源、語音芯片使用的+3V電源，可選擇的方案有：方案一：采用集成多路輸出電源模塊。集成多路輸出電源模塊具有制作簡單，使用方便等特點(diǎn)，但臨時(shí)短時(shí)間內(nèi)要購買比較困難，而且價(jià)格較貴，電源組合方式固定不易選擇。方案二：采用單獨(dú)三端穩(wěn)壓集成塊具有組合靈活

5、、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，本次電源采用多塊低壓差三端穩(wěn)壓塊組成電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。1.2.4速度檢測(cè)方案圖2電源系統(tǒng)構(gòu)成框圖1.2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式方案方案一：采用步進(jìn)電機(jī)，電脈沖驅(qū)動(dòng)，改變脈沖頻率調(diào)速，改變相序?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，此方案可以輕松實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)角控制、制動(dòng)定位等功能。但兩個(gè)輪子電機(jī)參數(shù)不易匹配，電機(jī)工作電流大，且控制復(fù)雜加大了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。方案二：減速宜流電機(jī)采用H型橋式驅(qū)動(dòng)電路，此方式控制簡單，可靈活實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、原地旋轉(zhuǎn)，而且減速電機(jī)輸出扭矩大，帶負(fù)載能力強(qiáng)。本系統(tǒng)采用H型橋式驅(qū)動(dòng)電路的減速宜流電機(jī)。1. 2.3路徑識(shí)別方案方案一：使用CCD攝像頭進(jìn)行圖象采集和識(shí)別方

6、案，山于攝像頭體積較大，并且還涉及圖象采集、圖象識(shí)別等領(lǐng)域，使用單片機(jī)處理精確度很難達(dá)到要求范圍，速度也不能提高。方案二：采用RPR220型光電對(duì)管識(shí)別路徑。RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)神化鐐紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敬度，硅平面光電三極管。通過LM567頻率調(diào)制發(fā)射與鎖存接收，可較好的避免自然光和鄰近同類傳感器的干擾。本次設(shè)計(jì)要求對(duì)比較窄的黑色道路引導(dǎo)線（18mm）進(jìn)行尋跡，因此采用了紅外光電管方案。方案一：輪子光電傳感檢測(cè)。光電測(cè)速傳感器受外界光源的影響非常大，但制作簡單，在要求不要的場合經(jīng)常采用。方案二：霍爾傳感器檢測(cè)?；魻杺鞲衅骶哂徐`敏度高，抗干擾能

7、力強(qiáng)，體積小，低功耗，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)使用霍爾傳感器作為速度里程檢測(cè)。1 .2.5數(shù)據(jù)傳輸方案方案一：采用紅外線數(shù)據(jù)傳輸方案，雖然它的方向性能比較好，比較簡單，但是紅外通信較適用于室內(nèi)靜止或慢速移動(dòng)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線通信，且距離較短。方案二：采用遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腏Z871無線調(diào)頻數(shù)據(jù)模塊，它采用雙向工作方式，調(diào)頻數(shù)字發(fā)送，傳輸性能穩(wěn)定，最大收發(fā)距離為800米。本系統(tǒng)選取了JZ871調(diào)頻數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)訃電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用MC33886作為驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖3所示。MCU產(chǎn)生的PWM通過IN1引腳輸入，以調(diào)節(jié)33886的OUT1口的輸出電壓，并且12

8、接地使OUT2輸出為0,這樣0UT1和0UT2間就有了一個(gè)電壓差，MCU通過改變PWM的占空比來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢。圖3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2. 2光電尋跡電路的設(shè)計(jì)光電尋跡電路圖如圖4所示。4路面標(biāo)志光電尋跡電路LM567作為一個(gè)鎖相環(huán)芯片通過R5、C7組成的RC振蕩給本身一個(gè)中心參考頻率，當(dāng)外輸入方波頻率在RC設(shè)定的中心頻率帶寬范圍內(nèi)時(shí)其輸出為低電平，不在其頻率范圉內(nèi)時(shí)輸出為高電平。其5腳輸出的是一個(gè)頻率山RC決定的方波。設(shè)計(jì)中的本振頻率為2.33KHz,利用這一振蕩波去控制一個(gè)反射式光耦發(fā)射管的工作，其口的是：更利于接收管的接收，能夠有效地消除自然光的干擾?；竟ぷ髟頌椋寒?dāng)接收管接收到發(fā)射管發(fā)

9、射的該頻率的方波，那么LM567的輸出就變?yōu)榈碗娖?，因?yàn)槠漭斎氩ǖ念l率就是其本身的中心振蕩頻率。當(dāng)接收管未接收到該頻率的波形時(shí)，LM367輸出為高電平。也就是說當(dāng)檢測(cè)到口線時(shí)，LM567輸出就變?yōu)榈碗娖?，檢測(cè)到黑線時(shí)輸出就變?yōu)楦唠娖?。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)共用了11個(gè)反射式光耦發(fā)射管，以一字排開狀，確保尋跡的穩(wěn)定及準(zhǔn)確。方波的頻率計(jì)算如公式(1)。式2.3站臺(tái)信息接收系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)圖5為站臺(tái)信息接收系統(tǒng)電路原理圖。處理器采用宏晶公司STC系列單片機(jī)，LCD顯示屏采用16X16中文漢字顯示器，采用四根控制線與單片機(jī)進(jìn)行字符顯示控制；為了系統(tǒng)編程調(diào)試，設(shè)計(jì)了RS-232串口下載電路，利用宏晶公司的下載軟件可以

10、在線更新程序。三個(gè)按鍵開關(guān)分別用于設(shè)定站臺(tái)名、距離值、信息發(fā)送控制；單片機(jī)的串行口與無線數(shù)據(jù)模塊相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息的發(fā)送與接收。圖5站臺(tái)信息接收系統(tǒng)電路原理圖2. 4小車語音電路的設(shè)計(jì)語音電路設(shè)計(jì)主要采用語音芯片ISD4002和運(yùn)放LM386N,使用真人聲音模擬存儲(chǔ)，經(jīng)單片機(jī)處理控制，自動(dòng)識(shí)別預(yù)報(bào)站名，達(dá)到真人語音報(bào)站的效果。其電路原理圖如圖6所示。6小車語音報(bào)站系統(tǒng)電路原理圖3系統(tǒng)主要程序的設(shè)計(jì)3.1交互信息發(fā)送程序的設(shè)汁公交小車主要發(fā)送的信息是汽車的車速及已行駛的里程數(shù)，公交站臺(tái)發(fā)送的信息是站臺(tái)名、距始發(fā)站的距離。在智能公交車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中信息的發(fā)送采用串行通訊模式,為了數(shù)據(jù)傳送的正確及抗

11、干擾影響，采用了頭標(biāo)志字節(jié)及結(jié)束標(biāo)志字節(jié)進(jìn)行驗(yàn)證，另外采用選擇一定頻率的信道進(jìn)行頻率隔離。小車信息發(fā)送格式為：起始位（CCH）-里程高位-里程低位-速度高位-速度低位-結(jié)束位（DDH）。站臺(tái)信息發(fā)送的格式為：起始位（AAH）-站臺(tái)名-距離高位-距離低位-結(jié)束位（BBH）。小車信息的頭尾位字符與站臺(tái)信息的頭尾位字符不同是為了進(jìn)行不同站臺(tái)的收發(fā)隔離，小車發(fā)信息時(shí)各站臺(tái)均能收到，而莫站臺(tái)發(fā)信息時(shí)只有小車才能收到。圖7為信息幀數(shù)據(jù)發(fā)送子程序流程。圖7信息幀數(shù)據(jù)發(fā)送子程序流程圖3. 2動(dòng)態(tài)交互信息接收程序的設(shè)計(jì)站臺(tái)中對(duì)小車的動(dòng)態(tài)信息采用中斷接收，接收成功后置成功標(biāo)志，然后山主程序進(jìn)行小車離站臺(tái)距離的計(jì)算

12、及根據(jù)車速算出大致到站時(shí)間，然后進(jìn)行顯示。而小車在運(yùn)行之前將各站臺(tái)信息一一接收并存在處理器中，在行駛中對(duì)照各站臺(tái)距離進(jìn)行站臺(tái)?？考罢Z音預(yù)報(bào)。站臺(tái)信息接收程序流程如圖8o圖8站臺(tái)信息接收程序流程圖3.3 LCD液晶驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)12232F中文液晶顯示器的操作主要由初始化程序、寫命令程序、寫數(shù)據(jù)程序等組成。初始化程序主要負(fù)責(zé)上電時(shí)的液晶顯示區(qū)清除、功能設(shè)定、地址歸位、設(shè)定顯示地址等；寫命令程序和寫數(shù)據(jù)程序采用吊行方式，都需發(fā)三個(gè)字節(jié)給12232F,三個(gè)要發(fā)送的字節(jié)組成如下：1 ）第一個(gè)字節(jié):寫命令時(shí)為F8H,寫數(shù)據(jù)時(shí)節(jié)為FAH。2）第二個(gè)字節(jié)：由需寫入的命令（或數(shù)據(jù)）字節(jié)的高四位（組成字節(jié)的高四

13、位）及四位0（組成字節(jié)的低四位）組成。3）笫三字節(jié)：山需寫入的命令（或數(shù)據(jù)）字節(jié)的低四位（組成字節(jié)的高四位）及四位0（組成字節(jié)的低四位）組成。在寫命令或數(shù)據(jù)時(shí)，先發(fā)第一個(gè)字節(jié)，然后再發(fā)第二三字節(jié)。發(fā)送時(shí)高位先發(fā)，在移位時(shí)鐘的作用下逐位移入液晶顯示器。12232F液晶顯示器的讀寫操作時(shí)序圖如圖9o圖912232F液晶顯示器串口讀寫時(shí)序圖4理論分析與計(jì)算（1）模擬小車駛路程汁算模擬小車行駛的距離是通過霍爾傳感器配合稀土磁鋼來檢測(cè)轉(zhuǎn)速及里程，111單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。其里程訃算公式可分為：直線段:S二（L/n）p式（2）其中：L為模擬小車檢測(cè)輪的周長，約為17.2cm；n為編碼盤一轉(zhuǎn)的脈沖個(gè)數(shù)，考慮將精度控制在2cm左右，n取8,即一個(gè)盤上用8個(gè)磁鋼；p為從啟動(dòng)開始累加的脈沖數(shù)。圓弧段：式（3）其中：為該圓弧段按式原理計(jì)算的距離，為修正后的距離，k:為修正系數(shù)，當(dāng)車道為半圓時(shí)，k=0.5；當(dāng)