王欽北　忻宇　張志雄　張靜之

摘要：本文采用Arduino單片機(jī)來(lái)處理傳感器采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)隔離墩的機(jī)械裝置給出控制信號(hào)，具有實(shí)現(xiàn)隔離墩自動(dòng)移動(dòng)，重新劃分往來(lái)車道寬度的功能。根據(jù)功能要求，利用Arduino單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外傳感器信號(hào)的采集，對(duì)隔離墩履帶式移動(dòng)輪電機(jī)啟停和運(yùn)轉(zhuǎn)方向的邏輯控制，對(duì)鎖止桿舵機(jī)的起?？刂?。

關(guān)鍵詞：Arduino單片機(jī)；紅外傳感器；控制方法

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）04-0013-03

1 引言

隨著我國(guó)汽車保有量的上升，在道路發(fā)展和汽車數(shù)量之間出現(xiàn)了難以調(diào)和的矛盾，尤其在大中型城市。當(dāng)前城市道路劃分結(jié)構(gòu)多以固定式隔離護(hù)欄為主，難以滿足在特定出行時(shí)間對(duì)車道數(shù)量的靈活控制，尤其是在出行高峰期，這就容易導(dǎo)致交通擁堵，影響行程時(shí)間和交通安全。因此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N新型的、包含自走位劃分雙向車道寬度的控制方法。

2 智能隔離墩的控制要求

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，智能隔離墩將具有以下幾個(gè)功能：

（1）隔離墩之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，每個(gè)隔離墩的移動(dòng)由紅外傳感器采集到的信號(hào)來(lái)控制。

（2）隔離墩能做跟隨運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)隔離墩接受到移動(dòng)信號(hào)后，第二個(gè)以及之后的隔離墩能跟隨前一個(gè)隔離墩移動(dòng)，并且在第一個(gè)隔離墩停止后，后面的隔離墩也能及時(shí)停止，停止時(shí)所有隔離墩在車輛前進(jìn)方向上保持對(duì)齊（如圖1）。

（3）保證前后相鄰隔離墩的移動(dòng)具有合理的時(shí)間間隔，并且在完成對(duì)齊后，相鄰隔離墩的間距保持在合理的范圍內(nèi)。

（4）每個(gè)隔離墩上裝有鎖止桿，采取前一個(gè)隔離墩鎖止后一個(gè)隔離墩的鎖定方式，并且能在隔離墩開(kāi)始移動(dòng)前完成解鎖，隔離墩停止移動(dòng)后，在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)鎖定。

3 智能隔離墩的控制方法

3.1 隔離墩橫向移動(dòng)的控制方案

隔離墩的橫向移動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)相鄰隔離墩的跟隨移動(dòng)與停止，并且自動(dòng)判斷移動(dòng)方向。隔離墩的底盤(pán)上裝有一對(duì)帶有電機(jī)的履帶式車輪，采用由單片機(jī)控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向，如圖2所示。

在隔離墩上裝載有一對(duì)紅外傳感器，用以判斷離墩的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（如圖3）。以第一個(gè)和第二個(gè)隔離墩為例，傳感器A和B的信號(hào)輸出端口分別與單片機(jī)IO口的D3和D4連接。在系統(tǒng)初始狀態(tài)下，每個(gè)隔離墩靜止，以一定間距成一條直線排列，前隔離墩對(duì)后隔離墩的A、B傳感器形成障礙，使A、B發(fā)出的信號(hào)由于遇到阻礙而反射回來(lái)。此時(shí)A和B的信號(hào)輸出端分別向單片機(jī)的D3、D4口輸出數(shù)字信號(hào)1。當(dāng)前隔離墩接受到向右移動(dòng)的信號(hào)后，先將鎖定后隔離墩的鎖止桿打開(kāi)，然后開(kāi)始向右移動(dòng)。而第二個(gè)隔離墩不會(huì)立即運(yùn)動(dòng)，直到傳感器A發(fā)出的信號(hào)因沒(méi)有阻礙而無(wú)法反射回來(lái)時(shí)，傳感器A的信號(hào)輸出端口會(huì)向單片機(jī)D3口輸出數(shù)字信號(hào)0，而傳感器B仍然能接受到反射回來(lái)的信號(hào)，所以B的信號(hào)輸出端仍然向單片機(jī)D4口輸出數(shù)字信號(hào)1。由此可以使前后隔離墩的移動(dòng)具有時(shí)間上的延遲，完成隔離墩的跟隨移動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)接受到傳感器的輸入信號(hào)狀態(tài)改變后，將控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，使電機(jī)具有一定的速度和正確的轉(zhuǎn)向。同理，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)隔離墩向左移動(dòng)的時(shí)候，傳感器B的信號(hào)輸出端因無(wú)法接受反射回來(lái)的信號(hào)而向單片機(jī)D4口輸入數(shù)字信號(hào)0。傳感器A仍然保持輸出為1，以控制隔離墩向左運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)向右運(yùn)動(dòng)的隔離墩接受到駐車信號(hào)停止運(yùn)動(dòng)后，由于兩個(gè)隔離墩在移動(dòng)上存在時(shí)間間隔，所以第二個(gè)隔離墩仍然會(huì)保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直到傳感器A發(fā)出的信號(hào)被再次遮擋而接受到反射信號(hào)，此時(shí)傳感器A向OUT端輸入信號(hào)1，單片機(jī)檢測(cè)此種狀態(tài)變化后就會(huì)控制相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使其停止運(yùn)動(dòng)。向左運(yùn)動(dòng)的停車與此同理。

控制隔離墩移動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊具有有四個(gè)控制電機(jī)轉(zhuǎn)向的使能端，成兩組同時(shí)控制電機(jī)的左右轉(zhuǎn)向。設(shè)控制左輪電機(jī)的使能端為1號(hào)和2號(hào)控制端，控制右輪電機(jī)的使能端為3號(hào)和4號(hào)控制端。1號(hào)和2號(hào)控制端通過(guò)信號(hào)通道A和單片機(jī)的D5、D6口連接。3號(hào)和4號(hào)控制端通過(guò)信號(hào)通道B和單片機(jī)的D7、D8口連接。其中隔離墩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與傳感器輸入信號(hào)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制信號(hào)變化關(guān)系如表1所示。

3.2 智能隔離墩鎖止桿的運(yùn)動(dòng)控制方案

隔離墩的鎖止桿能夠防止隔離墩在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)出現(xiàn)不必要的滑移。鎖止桿需要在隔離墩移動(dòng)前打開(kāi)，并且在隔離墩完全停止后才鎖止。鎖止桿的關(guān)閉采取延遲鎖定、由前隔離墩鎖定后隔離墩的控制方案。

如圖3所示，由于前隔離墩先于后隔離墩運(yùn)動(dòng)，如果前隔離墩的兩個(gè)傳感器檢測(cè)到移動(dòng)信號(hào)之后，前隔離墩上的鎖止桿會(huì)立即打開(kāi)，然后開(kāi)始移動(dòng)；當(dāng)前隔離墩的傳感器接受到停止信號(hào)后，鎖止桿會(huì)緩慢地放下，由于做跟隨運(yùn)動(dòng)，此時(shí)后隔離墩會(huì)繼續(xù)移動(dòng)直到傳感器監(jiān)測(cè)到停車信號(hào)，由于兩個(gè)隔離墩的運(yùn)動(dòng)間隔時(shí)間較短，并且設(shè)定控制鎖止桿關(guān)閉時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速在合理范圍內(nèi)，以保證后隔離墩停止運(yùn)動(dòng)后鎖止桿才開(kāi)始進(jìn)入鎖止槽。

3.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介

裝置的實(shí)驗(yàn)室模型如圖4所示，裝置采用Arduino單片機(jī)作為控制機(jī)構(gòu)，其核心是ATmega328，它具有14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。它的開(kāi)發(fā)環(huán)境使用Arduino IDE界面直接書(shū)寫(xiě)控制代碼?？稍赪indows/IOS等諸多環(huán)境中運(yùn)行，使用非常方便。本次設(shè)計(jì)中，接受傳感器信號(hào)和控制電機(jī)的程序如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

“一種潮汐車道自走位劃分車道寬度的隔離墩控制方法”能夠使用Arduino單片機(jī)輕松實(shí)現(xiàn)，且控制代碼編寫(xiě)簡(jiǎn)潔，易于維護(hù)，經(jīng)實(shí)物檢測(cè)移動(dòng)效果良好。

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