無線模塊多對多通信的公交模擬系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：本算法針對包含主控站臺的公交模擬系統(tǒng)算法存在的不足，提出通過無線模塊進行無線通信，并應(yīng)用單片機作為數(shù)據(jù)的中央處理裝置，通過一種靈活的編程算法，實現(xiàn)無需主控站臺，也可以實現(xiàn)模擬小車對模擬站臺的多對多通信，從而實現(xiàn)對于一條線路上各輛公交車大致位置的可靠定位。

關(guān)鍵詞：STC單片機；無線通信；公交定位

中圖分類號：TM615；U495 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 14-0000-01

在公交模擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需要先通過主控站臺[1]計算數(shù)據(jù)，再發(fā)往各個站臺的算法中，如果主控站臺出現(xiàn)故障，則整個系統(tǒng)都會處于癱瘓狀態(tài)。本算法針對這一問題，優(yōu)化了系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)了在不包含主控站臺的條件下，僅適用一個數(shù)據(jù)傳輸通道，實現(xiàn)模擬小車對模擬站臺的多對多通信功能。

一、總體設(shè)計方案

整個公交模擬報站系統(tǒng)，主要由單片機主控模塊、無線數(shù)傳模塊、液晶顯示模塊、電源供電模塊等部分組成。

整個系統(tǒng)都以單片機STC89C52RC作為系統(tǒng)的主控芯片，由電源供電模塊供電；模擬小車部分以自動循跡小車為載體，使用紅外對管檢測站臺黑線模擬到站，并通過液晶顯示出當前站臺，同時將位置信息發(fā)送給主控站臺；模擬站臺部分使用液晶顯示線路上各車的位置，并通過無線模塊進行站臺間數(shù)據(jù)的傳遞，以達到每個站臺都能準確顯示出線路上各輛小車位置的功能。

二、硬件設(shè)計方案

本系統(tǒng)采用STC 公司的STC89C52單片機作為主控制器。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗8位微控制器，采用外部時鐘，晶振頻率可達12Mhz，具有32個通用IO口，從速度和管腳數(shù)量兩個角度來看，可以達到本系統(tǒng)各個部分的要求。

系統(tǒng)硬件分為兩個部分：模擬小車部分和模擬站臺部分。模擬小車部分使用單片機P0.0-P0.3作為紅外對管信號接入引腳，P0.4-P0.7作為L298N電機驅(qū)動模塊的信號給入引腳，驅(qū)動模塊中ENA與ENB與高電平短接；P2.0-P2.5與無線模塊nRF24L01的6個信號口分別相連，液晶1602的并行數(shù)據(jù)口與單片機P1.0-P1.7相連，RS、RW、EN分別連接至P2.6、P2.7、P3.4口，并且P3.2管腳用于下降沿觸發(fā)外部中斷檢測小車到站黑線。模擬站臺部分均使用P2.0-P2.5管腳與無線模塊nRF24L01的6個信號口分別相連，液晶1602的并行數(shù)據(jù)口與單片機P1.0-P1.7相連，RS、RW、EN分別連接至P0.0、P0.1、P0.2。

系統(tǒng)顯示部分采用M1602模塊。該模塊有兩行、每行16個字符可以用來顯示，可以滿足小車與站臺的顯示需求。小車液晶第一行顯示小車編號“Number：1”，第二行顯示此時站臺編號“Position：2”（以X1小車在2號站臺為例）。站臺液晶顯示第一行為站臺編號“Positon：1”，第二行顯示最近的小車編號與最少站臺數(shù)“Bus2 Distance 1”（以1號站臺為例，假設(shè)最近的2號小車距離1站到達）。

小車部分以自動循跡小車為載體，以STC89C52為主控芯片，采用4個紅外對管集成模塊作為黑線探測器，直線行駛時置于小車前部的4個紅外對管中間兩個位于黑線上，左右兩個用于檢測白色路面，若以1表示高電平，0表示低電平，則直線行駛時四個紅外對管傳給單片機的四位信號分別為0110。當線路出現(xiàn)拐彎時，4個紅外對管反饋的信號會發(fā)生變化，例如，若此時路線右拐，則在小車還未改變直行的方向時，紅外對管傳給單片機的信號可能是：0010或者0001。不難知道，當傳輸信號為0010時，小車偏離路線角度并不是很大，向電機驅(qū)動模塊L298N送給指令1000，令右側(cè)輪停止少許，左側(cè)輪前進，即可以使小車向右小幅度轉(zhuǎn)彎；當傳輸信號為0001時，小車偏離路線角度較大，可以向電機驅(qū)動模塊L298N送給指令1001，令右輪反轉(zhuǎn)，左輪正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)原地逆時針旋轉(zhuǎn)一定角度，從而使小車盡快回到黑線位于中間兩個紅外對管的情況繼續(xù)行駛。反之同理。

根據(jù)該系統(tǒng)大部分硬件采用5V供電以及nRF24L01無線模塊采用3.3V供電，所以采用高性能可充電鋰電池提供7.4V直流電，再經(jīng)三端穩(wěn)壓集成電路LM7805穩(wěn)壓，形成5V直流電供給單片機。5V直流電經(jīng)過AMS1117-3.3V三端穩(wěn)壓電路形成穩(wěn)定的3.3V，供給nRF24L01模塊。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

（一）模擬小車

程序首先初始化無線模塊nRF24L01和液晶1602，并以tx[0]=1標記1號小車，同理tx[0]=2、tx[0]=3分別標記2號小車和3號小車，并定義全局變量N記錄本輛小車經(jīng)過站臺的位置信息。每輛小車都默認由1號站臺出發(fā)，，無論順時針運行還是逆時針運行，都以經(jīng)過1號站臺記錄此時位置N=0。

由于STC89C52單片機中斷數(shù)量有限，所以在程序主循環(huán)中運行循跡程序，當用于檢測到站的紅外對管檢測到站臺黑線時，程序進入中斷，首先在中斷子程序中先關(guān)閉外部中斷，向L298N電機驅(qū)動送給指令0000，使小車停下。在中斷程序中，使全局變量N=N+1，tx[1]=N，并且設(shè)置無線模塊nRF24L01為發(fā)送模式，發(fā)送數(shù)組tx[]。發(fā)送完畢后，再次打開外部中斷，為小車下一次到站做準備。

（二）各個站臺

程序初始化無線模塊nRF24L01和液晶1602完成后，各個站臺始終處于等待接收狀態(tài)。當站臺數(shù)組Rx[]接收到來自小車發(fā)出的數(shù)組后，通過讀本地Rx[0]的數(shù)據(jù)，判斷是由第n號小車發(fā)來，并將相應(yīng)編號的小車的站臺位置Rx[1]存放在需要發(fā)送給其它站臺的數(shù)組Count[]中的Count[n]的位置上。接收數(shù)據(jù)完成后，各個站臺單片機對Count[]數(shù)組進行運算。以1號站臺為例，小車通過1號站臺時位置信息數(shù)據(jù)N會被刷新為0，所以通過D[n]=（4-Count[n]）%4一個公式，就可以計算得到再線路上的所有小車離1號站臺剩余的站數(shù)D[n]，取所有小車離本站臺剩余的站數(shù)的最小值并記為min，并在液晶上顯示出這個最小值min與其小車的編號n，方便人們選擇要換乘的公交方向。

其他站臺程序與一號站臺類似，有區(qū)別的地方只是剩余的站數(shù)公式不同。再以2號站臺為例，對于各小車距離本站的站數(shù)以及最少的站數(shù)可以由以下公式得到：D[1]=（5-Tx[1]）%4，D[2]=（5-Tx[2]）%4，D[3]=（Tx[3]+1）%4，min=min（D[1]，D[2]，D[3]）。

四、結(jié)束語

本系統(tǒng)提出的一種多無線模塊相互通信構(gòu)建的公交模擬系統(tǒng)，對于無線模塊數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活使用以及對于單片機數(shù)組數(shù)據(jù)的靈活操作，使得整個系統(tǒng)能夠準確的在每一站臺顯示出離此站剩余站數(shù)最少的公交車編號以及相距站數(shù)。該模擬系統(tǒng)的研究和實際應(yīng)用也將為不斷發(fā)展的公交系統(tǒng)的報站問題，提供一種可用的解決方案。

參考文獻：

[1]陳蓓玉.基于光伏供電自動循跡小車的智能公交模擬系統(tǒng)研究[J].中國科技信息，2013（11）：174-176.