洛阳市潮汐车道自动控制系统的研究方案

苏玮 岳迪 李雪婷 马金虎

摘   要：洛阳凭借雄厚的工业基础，取得经济上快速发展，也带来了难以解决的城市病，尤其是交通问题逐渐凸显。针对这一问题，在不可能大幅度改建的前提下，仅能使用潮汐车道来解决。为解决现有潮汐桩移动中的问题，本设计潮汐车道自动控制系统由STM32F103作为微处理器，自动控制电机工作，达到潮汐桩移动使行驶路段变宽的目的;从行驶中的安全性考虑，本设计还具有传感器模块，其决定电机是否开始工作;本系统还设计了信号灯模块，保证道路行驶的安全。改进后的自动控制潮汐车道系统具有智能化、安全实用的优点，可以较好地解决洛阳市潮汐式拥堵的交通问题。

关键词：潮汐现象  可变车道  自动控制

中图分类号：U491                                   文献标识码：A                        文章編号：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  研究意义

由于洛阳市的土地规划，各个功能集中管理，使得居住——工作的聚集和分化，造成了潮汐现象的交通，当大批人向同一个方向行驶势必会造成拥堵现象，而另外一个方向的路段行驶车辆少，从而造成道路资源的浪费，这样不平衡的道路情况是洛阳市面临的挑战，为了更好、更快的解决这个问题，同时顺应科技的发展，潮汐车道的自动控制系统的设计显得尤为重要。

潮汐车道是可变车道，城市内部根据早晚交通流量不同情况，对有条件的道路设置一个或多个车辆行驶方向规定随不同时段变化的车道。潮汐车道是针对有规律的潮汐交通而设计，所谓潮汐交通是指，在早高峰时，车辆行驶方向是从居住地向工作地行驶，在晚高峰刚好相反，这样有规律的交通方式，使用简单有效的自动控制就可以解决潮汐式拥堵。

2  研究现状

潮汐车道对于城市的发展有着必要的关系，所以不管是国内还是国外，都对潮汐车道进行了研究与设计。就目前研究看来，大多数的潮汐车道还处于使用拉链车调节潮汐桩的位置从而缓解交通压力。在金门大桥上，拉链车规范潮汐桩的位置。拉链车需要每年花费1.9亿进行保养，长9m，宽4.5m，车重19t，动力方面搭载了112kW的6缸涡轮增压柴油发动机，最快时速为32km/h，最慢时速10km/h。该车可以双向行驶调节潮汐桩的位置从而达到缓解早晚高峰的交通压力。每20min就可以变换一次方向。拉链车的外形如图1所示。

这种拉链车已经引进到深圳，有效地解决了道路拥挤的道路资源浪费的问题。

但是，这种拉链车不仅造价高，每年保养需1.9亿人民币，而且，也是对车内能源以及驾驶员的资源浪费。如果该潮汐桩不需要拉链车，自身就可以根据路面情况做出反应，自我调节，这样就可以减少不必要的资源浪费，更加环保、更加实用。

3  设计创新

根据目前研究的不足，本设计基于环保，实用的原则，设计了潮汐车道的自动控制系统。以STM32F103作为该系统的微处理器，利用keil5编译器进行分模块编写程序，使工程更具有条理性，便于清除错误。整个系统能够智能化的调节潮汐桩的位置。下面是主函数的程序流程：分别为驱动电机模块、传感器模块、信号灯模塊相互配合是整个系统按照数据分析的轨迹进行移动，达到最终使路面变宽的目的，如流程图2所示。

3.1 驱动电机模块

L298N是专门驱动集成电路，其输入端可以与单片机直接相连，从而很方便地受单片机控制。L298N电机驱动模块性能特点：

（1）可实现电机正反转及调速。

（2）启动性能好，启动转矩大。

（3）工作电压可达到36V，4A。

（4）可同时驱动两台直流电机。

（5）适合应用于机器人设计及智能小车的设计。

就本设计而言，L298N同时驱动两台直流电机，以小车作为潮汐桩的基本模型来模拟潮汐车道的工作情况。其程序流图如图3所示。

3.2 传感器模块

红外接近开关是一种集发射与接收于一体的光电开关传感器。数字信号的输出伴随传感器后侧指示灯壳的亮灭，检则距离可以根据要求进行调节，可调范周3～80cm。该传感器具有探刘距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、互动媒体、工业自动化流水线等众多场合。

就本设计而言，红外避障传感器仅仅利用其后侧指示灯亮，表示前方有障碍物，潮汐桩停止移动，即数字信号的输出为高电平，电机不工作。

3.3 信号灯模块

使用最简单的LED灯来模拟潮汐桩的信号灯。LED灯容易控制，方便编程。其设计难点在于如何与道路上的红绿灯进行配合，达到道路资源更有限的利用，实现智慧交通。就本设计而言，当电机准备开始工作时，信号灯亮，告诉前方的行驶车辆，不能继续前进，需调整行驶方向;若灯是灭的，则继续行驶。本设计将有两个信号灯，来决定潮汐桩两端的车辆进行变道行驶。

4  未来创想

随着科技的高速发展，在今后越来越多的自动智能产品出现在日常生活中，改变人们的生活方式。自动控制潮汐车道同样会改变人们的出行方式，减少时间的浪费，道路资源的浪费，更加便利的出行方式会有更多的人去享受这项设计带来的好处。当然在未来科技技术逐步成熟，也会让自动控制的潮汐车道更加便利、更加亲民，将会有越来越多的城市道路引进该项系统，得到城市的快速发展。

参考文献

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