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高二男生設(shè)計(jì)智能公交車 具有防夾人防逃票防擁擠功能
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/11/4


  公交車是人們?nèi)粘I钪兄匾慕煌üぞ撸诜奖闳藗兂鲂械耐瑫r(shí),卻也帶來了很多煩惱:車內(nèi)乘客密度不均,人流擁擠在車門處,造成上下車?yán)щy;早晚高峰,司機(jī)、售票員應(yīng)接不暇,逃票、漏票情況難以避免;車門突然關(guān)閉,造成的傷人、夾人事件時(shí)有發(fā)生……



  在前不久舉辦的北京市中小學(xué)生創(chuàng)客秀上,來自大興八中高二(1)班的兩名男生王鑫宇、王子敬展示了他們?yōu)榻鉀Q上述問題特別設(shè)計(jì)的智能新型公交車,引起了大家的關(guān)注。目前,這個(gè)創(chuàng)新作品已在青少年科技創(chuàng)新大賽和金鵬論壇上分別獲得了大興區(qū)一等獎(jiǎng),兩名高中生正在為參加市級比賽做準(zhǔn)備。


  讓有限的空間承載更多的人


  根據(jù)對現(xiàn)有情況的調(diào)查和分析,王鑫宇和王子敬總結(jié)出現(xiàn)行的公交車有3個(gè)有待改進(jìn)的地方:第一,解決公交車車門夾人的問題,“我們需要設(shè)計(jì)一套智能防夾人的系統(tǒng)”;第二,解決車體內(nèi)空間利用的問題,“讓有限的空間能夠承載更多的人,并提高乘車人的舒適感”;第三,設(shè)計(jì)一套可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)人數(shù)的系統(tǒng),既可以統(tǒng)計(jì)上下車的人數(shù),防止逃票、漏票的現(xiàn)象,還可以記錄車內(nèi)總?cè)藬?shù),減少超載的幾率,提高行車的安全性。


  那么,他們設(shè)計(jì)的智能公交車是如何實(shí)現(xiàn)“防夾人”功能的呢?王鑫宇解釋,在智能公交車的車門處,安裝有一個(gè)光電傳感器,用來感應(yīng)上下車的乘客,再由單片機(jī)作為主控,“在感應(yīng)到乘客時(shí),會自動(dòng)控制車門的開閉”。此外,傳感器連接著位于車頭處的發(fā)光二極管,當(dāng)感應(yīng)到車門處有人的情況,車頭的警示燈會自動(dòng)點(diǎn)亮,提醒司機(jī)注意車門位置的情況。


  為解決車體內(nèi)空間利用的問題,兩個(gè)男生也是頗費(fèi)了一番心思。怎樣才能讓擁擠在車門處的人群均勻地分布在車內(nèi)各處呢?他們決定將車門由兩個(gè)變?yōu)?個(gè),這樣乘客上下車更加便捷,運(yùn)輸效率得到了提高,人流的壓力也就得到了緩解!白铋_始,為了實(shí)現(xiàn)分流,我們根據(jù)車門的位置,把公交車內(nèi)部的空間分成了4個(gè)封閉的區(qū)域,但考慮到這樣的劃分太過死板,我們還是放棄了這個(gè)想法。”不能封閉各個(gè)區(qū)域之間的連接,男生們又想到利用座椅位置的排布來實(shí)現(xiàn)分流,“車內(nèi)座位的布局變成橫向,每個(gè)車門對應(yīng)兩排座椅”,根據(jù)調(diào)查,現(xiàn)有公交車(單機(jī)車)內(nèi)座位最多有30個(gè),而這樣設(shè)計(jì)車內(nèi)的座位是35個(gè),比一般公交車多了約15%的座位,乘客的站立面積也對應(yīng)提高了大約1平方米左右,提升了車內(nèi)空間的利用率。


  統(tǒng)計(jì)車內(nèi)上下人數(shù)和防止逃票的功能則是由兩塊單片機(jī)、一個(gè)觸控傳感器、一個(gè)光電反射傳感器和一個(gè)對射傳感器共同作用完成的!耙粋(gè)傳感器感應(yīng)上車乘客,一個(gè)傳感器感應(yīng)下車乘客,一個(gè)傳感器感應(yīng)刷卡和投幣的情況,當(dāng)上下車人數(shù)統(tǒng)計(jì)和投幣人數(shù)不一致時(shí),警報(bào)就會自動(dòng)響起,提醒乘客自覺刷卡,從而避免了乘客逃票的情況發(fā)生!边@種設(shè)計(jì)同時(shí)也節(jié)約了人力,不再需要每個(gè)車門都配有一個(gè)售票員。另外,單片機(jī)則記錄上下車人數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,提醒司機(jī)控制車載乘客的總量,防止超載情況的發(fā)生,提高行車安全。


  克服傳感器抗干擾差的難題


  從高一開學(xué),到高二前的暑假,這個(gè)智能公交車的制作經(jīng)歷了大半年時(shí)間。其間,兩名男生克服了不少困難。王鑫宇介紹,在傳感器的選擇上,他們就頗費(fèi)了一番心思。由于智能公交車的防夾人系統(tǒng)檢測部分要實(shí)現(xiàn)判斷車門處有沒有乘客,他們根據(jù)所學(xué)的知識率先想到的就是利用紅外傳感器來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,分別把發(fā)射部分和接收部分安裝到車門處的兩端。“起初,我們選用普通的紅外傳感器制作模型,但演示和測試的效果并不好!睖y試中,他們發(fā)現(xiàn)這種傳感器抗干擾能力很差,會受到太陽光和熱光源的影響,變得不敏感,甚至做出錯(cuò)誤的判斷。此外,在制作模型的過程中,他們也發(fā)現(xiàn)紅外對射傳感器的一端很難固定在車體上,而且位置不準(zhǔn)確,檢測效果不好。后來在指導(dǎo)老師劉維維的啟發(fā)下,經(jīng)過多次測試,他們決定改用光電反射傳感器,“這樣才徹底解決了抗干擾的問題,而且只需要使用一個(gè)傳感器安裝在車門位置即可,只要有人或者物體遮擋,傳感器就可以檢測到信號,檢驗(yàn)效果很好!


  而在實(shí)現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的功能時(shí),男生們也遇到了困難,“怎樣利用傳感器辨別出上下車的乘客,這是個(gè)問題。”他們最初設(shè)計(jì)使用一個(gè)光電傳感器來實(shí)現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的功能,但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),單一的傳感器并不能分辨出車門處感應(yīng)到的乘客是上車還是下車,這對后續(xù)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)帶來了很大的困難。經(jīng)過反復(fù)思考,男生們想到可以通過兩個(gè)光電傳感器同時(shí)判斷來解決這個(gè)問題!霸谲囬T內(nèi)外依次安裝兩個(gè)傳感器,當(dāng)一個(gè)乘客經(jīng)過傳感器的順序是先內(nèi)后外時(shí),說明他是一位下車的乘客;當(dāng)經(jīng)過順序?yàn)橄韧夂髢?nèi)時(shí),則是一位上車的乘客!边@樣,上下車乘客的判別問題就迎刃而解了,“上車加一,下車減一,這樣系統(tǒng)就可以記錄每個(gè)車門處上下車的人數(shù),實(shí)現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計(jì)了!


  小科技迷還曾發(fā)明智能盲杖


  大興八中是科技特色示范校,從初中起就在這兒上學(xué)的王鑫宇一直都是個(gè)小科技迷。在他上科技創(chuàng)新校本課的實(shí)驗(yàn)教室里,王鑫宇給記者展示了他自初中以來參與制作的各種創(chuàng)新發(fā)明作品。智能停車場可實(shí)現(xiàn)停車數(shù)量、剩余車位的統(tǒng)計(jì)和提示,“在無空位的情況下,停車場亮起紅色的提示燈,且‘只進(jìn)不出’。有車位時(shí),可以通過傳感器和指示燈連接自動(dòng)引導(dǎo)車輛開往空車位!敝悄苊ふ葎t通過高低位置不同的傳感器的分布,與位于手柄處舵機(jī)的連接,可以提示使用者注意避開高低不同的障礙物,“盲杖上的警示燈在光線昏暗時(shí)也會自動(dòng)亮起,提示行人注意主動(dòng)避讓”……


  針對這一次發(fā)明、制作的智能公交車,王鑫宇認(rèn)為還有不少亟待改進(jìn)之處,畢竟目前的試驗(yàn)都是在考慮理想條件的情況下進(jìn)行的。如果考慮到老年人及兒童等不需要購票的群體,防逃票的系統(tǒng)則需要重新設(shè)計(jì)和排布;如果同時(shí)有四五名上下車乘客經(jīng)過傳感器前,傳感器能不能敏感地完成反應(yīng)、統(tǒng)計(jì)的過程……這些都是他們?nèi)栽谔剿骱驮噲D解決的問題。


  “首先我們打算在公交車的外部安裝一個(gè)LED的光屏,提示等車的行人車內(nèi)的人數(shù)情況。同時(shí),通過光屏顏色的變化起到警示的作用:當(dāng)車內(nèi)滿員時(shí),光屏顯示紅色;車內(nèi)人數(shù)較多時(shí),則顯示黃色;如果環(huán)境較為寬松,顯示綠色。這樣可以提醒等車乘客,根據(jù)自己的出行情況和車內(nèi)人數(shù)的情況選擇是否上車。”這項(xiàng)改良功能,他們打算在即將到來的寒假實(shí)現(xiàn)。


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