2015台北市機器人大賽創意賽 宜居城市-智慧運輸 國中組第一名

參賽學生

敦化國中8年級: 陳致杰、鄧書賢

摘要

避免十字路口常發生交通事故，或因駕駛習慣而造成交通塞車，透過樂高EV3主機、Arduino電子電路及樂高人偶相互連結，模擬智慧車、路口仲裁系統和行人路權，運用我們的創意和想法提升公共服務設施智能化。

寫軟體程式的過程中，使用PID(比例、積分、微分)控制方法，使智慧型自走車循跡更穩定，再透過Wi-Fi的方式建立通訊來連接Arduino和EV3，模擬並試著讓十字路口的交通更有效率，達到宜居城市中的智慧交通。

壹、創作動機

全球都市人口密集度不斷提升的狀況下，自用車使用率增加是導致交通堵塞的主要原因，為增加運輸效率，紅綠燈的仲裁方式成為我們主要改善的目標；由於自用車的方便，導致市區內車流日益升高，每逢尖峰時間，上班、旅遊或是購物的車流從四面八方湧入市中心，常見到許多車爭先恐後的想節省時間，因此我們選擇了交通作為研究主題，改善交通壅塞、路口通行時間浪費等問題。

貳、創作目的

模擬現實中的三個情境並加以改善達到智慧交通，希望可以透過智慧交通的方式節省時間，進一步減少汙染、交通事故，提昇行車安全；藉由先進交通控制系統，可有效減少延滯及旅行時間，提昇道路服務品質，打造一個更適合居住的城市。

建立三個使用者情境，探索以下問題：

第一個使用者情境(S1)─車對車通訊(V to V)：透過藍芽連線，建立兩台車間直接的通訊，模擬現有車載通訊系統(DRSC)，藉此增加超車時的行車安全。現實中，前車往往不知道後車要進行超車動作，在模擬中，後車會主動通知前車要進行超車，後車超車時，前車保持安全速度及行車方向，確保超車過程更安全。

第二個使用者情境(S2)─車對路通訊(V to R)：在道路上使用Arduino設置光敏電阻，路口系統可感應車輛經過，並透過Wi-Fi將EV3和Arduino連線，模擬車載通訊系統，Arduino、EV3分別為系統和車輛，Arduino透過光敏電阻可知車輛進入路口的先後順序，並仲裁路口車輛通行的先後順序。

第三個使用者情境(S3)─車對人通訊(V to P)：想讓行人更安全、便捷的通過路口，於是改善紅綠燈的計時系統，當人進入路口時請求通行，系統通知並淨空路口的車輛後，即讓行人通過，以改善傳統紅綠燈沒車時還要等紅燈的情形。

參、設備及器材

樂高EV3主機兩台(Wi-Fi網卡兩張)
Arduino Uno 、精密電阻、光敏電阻(光感應器)、蜂鳴器

肆、創作的過程

將路段劃分一百等分， 兩台智慧型自走車，Car1從黃色、Car2從綠色起始點出發，黃色點為路段的百分之零 ，綠色點為百分之五十五，系統透過連線取得兩台車在路段上的位置。

第一個使用者情境(S1) ─ 車對車通訊(V to V)：情境一(圖A)Car2先通知Car1準備超車，Car1保持相同速度並通知Car2是否可以超車，Car2完成超車完成後解除車速限制。

第二個使用者情境(S2)─車對路通訊(V to R)：情境二(圖B)Car1在進入路口時，系統用光敏電阻偵測Car1並登記車號，緊接著Car2進入路口，系統通知Car2停車等待， Car1先行通過，待Car1順利通過路口後，系統下達Start命令通知Car2通行。

第三個使用者情境(S3)─車對人通訊(V to P)：情境三(圖C)在路口放置一個光敏電阻，當行人(圖D)抵達路口時會蓋住光敏電阻，使系統偵測到行人進入路口，同時向系統要求通過，此時系統禁止行人通過，透過連線命令路口車輛停止，路口淨空後，會通知行人通行，行人通過後系統通知車輛可以通行。

伍、創作結果

一、無線通訊：透過藍芽和Wi-Fi通訊，將多台車與系統連結 。

二、智慧車輛：車頭裝有超音波感應器 ，當前方有障礙物時會立即減速停車。

三、感應數據：十字路口(圖E)的兩端裝有光敏電阻可以偵測路口是否有車輛進入，車上的光源感應器可以讓車沿著路線走。

四、Arduino的每個光源感應器都串接了一個光敏電阻和一個固定電阻，透過光敏電阻在不同亮度下改變電壓的原理來讀取光源數值，數值範圍大概在0~800間，只要低於650，系統就判定有行人或車輛經過。

路口仲裁：偵測Car1、Car2哪輛車先進路口，並發訊息命令兩台車通行或停止。

五、路口仲裁：偵測Car1、Car2哪輛車先進路口，並發訊息命令兩台車通行或停止。

六、虛線以上是設定的三個情境：S1的情境是車對車超車，S2是十字路口透過仲裁管理通行的先後順序，S3是行人穿越路口的情境。

七、Scratch程式(圖F)：左半的程式是第一台車和第二台車進入路口的狀態，當光敏電阻偵測到第一台車進入路口的時候，第二台車就要等待第一台車通過路口才能通行。右半的程式是路口仲裁的四種狀況。

八、情境一Car1主要程式(圖G)：Car1先與Car2建立連線，開始循跡時收到Car2的超車通知後保持速度與方向，並通知Car2可進行超車。

九、情境一Car2主要程式(圖H)：與Car1建立連線後傳送超車通知並等待回應，收到通知後進行超車，超車完成傳送訊息給Car1。

九、情境一Car2主要程式(圖H)：與Car1建立連線後傳送超車通知並等待回應，收到通知後進行超車，超車完成傳送訊息給Car1。

十一、Arduino線路圖(圖J)： 蜂鳴器接在腳位13，當開機和連線時會發聲，光敏電阻接在腳位A1、A2、A3設置在路口的西、南兩側和人行道，感應車輛和行人，燈和光敏電阻串連，用來辨識光敏電阻的感應狀態。

陸、討論

透過研究智慧交通的主題模擬，找到許多關於車載通訊(DSRC)、智慧型運輸系統(ITS)等相關內容，並思考如何做出模擬系統，更深入了解這個問題。

電子電路：過程中學會接Arduino的電路，不小心接錯就會造成很多的變動，所以要小心翼翼看好每一條電路才能下手。

學習Scratch程式：雖然以前用過幾次但不熟練，經老師指導後，漸漸能夠順利的把程式完成。

EV3 程式 ：寫程式的過程中有許多數據是要自己測試的，程式中也有許多需要修正的地方，經過老師的指導並反覆測試找出問題，使問題排解的能力更加進步。

PID控制：第一次看到這個公式時，覺得很複雜，但經過老師的講解後，漸漸了解什麼是微分及積分，並經過改變數值做實驗，現在能夠使用這種方式控制馬達，比以前會的循跡方式穩定許多。

Wi-Fi和藍芽通訊：透過藍芽連線讓兩台車互相傳送訊息。這是我們第一次用Wi-Fi連接EV3和個人電腦，使傳送訊息的時間大幅縮短。

流程圖繪製：在這次的實作中，運用流程圖來做團隊間工作討論，大幅縮短了討論的時間；並且讓程式設計時，腦中的藍圖更加清晰。

未來世界的想像：若由電腦來控制車輛行走，並與道路上的系統設備互相連結，讓交通更有效率及安全，司機工作在未來可能被取代，但也可能出現更多工程開發或資訊工程師等工作內容。

現實中的應用：這次的作品在真實世界中並不一定能正常運作，因為有很多的環境問題要考量，像太陽光的強弱對感測器影響，也讓我們了解到許多環境的變因及問題處理的應變能力。

柒、參考資料及其他

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