基于模糊控制的智能交通灯文档格式.doc

基于模糊控制的智能交通灯文档格式.doc

《基于模糊控制的智能交通灯文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于模糊控制的智能交通灯文档格式.doc（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

3系统硬件电路设计 9

3.1单片机最小系统外围电路 9

3.1.1AT89S51芯片内部结构 9

3.1.2AT89S51单片机主要引脚功能 10

3.1.3看门狗电路 13

3.1.48255A芯片简介 13

3.1.574LS373简介 14

3.2显示电路 15

3.2.1时间显示电路的设计 15

3.2.2红绿灯的显示电路 16

3.3车流量检测电路 17

3.4紧急车通行电路 18

4系统软件设计 18

4.1软件总体设计思想 18

4.2软件主要模块程序流程图 18

4.2.1系统初始化程序 18

4.2.2模糊控制器程序 20

4.2.3系统显示模块程序设计 20

4.2.4紧急状态控制模块 21

5总结与展望 21

参考文献 23

附录 24

外文资料 25

中文译文 31

致谢 35

摘要

随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。

本系统采用MSC-51系列单片机和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，进行交通路口的管理。

它用简单的硬件电路模拟交通信号灯的交替变换，实现红绿灯循环点亮，用LED数码管作为倒计时指示。

本次设计中增加了车流量检测电路，运用模糊控制算法来自动调整红绿灯时间，实时的控制当前交通灯时间使LED显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步，在保持交通安全的同时最大限度的提高交通能顺畅交替运行，大大提高交通运输的运行效率，还可以减少交通事故，节省能源消耗，具有巨大的现实意义。

关键词：

路口管理；

模糊控制；

51单片机；

车流量检测;

交通灯

ABSTRACT

Withthedevelopmentofeconomyandtheimprovementofurbanmodernizationlevel,thedemandoftrafficandthenumberofcarshavebeengrowingrapidly.Asthetrafficcongestion,trafficaccidentsandenvironmentpollutionhasbecomemoreobvious,that,ithasbecometheglobaleconomicandsocialproblem.

ThissystemusesMSC-51seriesmicrocontrollerand8255Atodesignthetrafficcontrollertomanagethetrafficroad.Itusessimplehardwarecircuittosimulatethealternativetransformationofthetrafficlightsandtorealizethecircularilluminationofthelights.WeusetheLEDasthecountdowninstructions.Inthisproject,weaddthetrafficdetectioncircuit,whichusesthefuzzycontrolalgorithmtochangethetimeofthetrafficlightsautomaticallytocontrolthetrafficlightstime.ThisdesigncanmakesurethattheLEDkeepsthepacewiththestatelamp.Whatismore,whileitcankeepthetrafficsafe,atthesametime,itcanmakethetrafficrunningsmoothly,operationefficient,andalsocanreducethenumberoftrafficaccidents,saveenergyconsumption.Aboveall,thissystemhasgreatrealisticsignification.

Keywords:

Intersectionmanagement;

Fuzzylogiccontrol;

MCU51;

trafficdetection;

Trafficlight

1绪论

1.1交通灯研究的背景和意义

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据检测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

交通灯是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。

城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济将设的重要因素。

城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾事故导致城市交通拥挤的根本原因。

城市街道网络上的交通容量的不断增加，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不可能改变。

自从开始使用计算机控制系统后，不管在控制硬件里取得什么样的实际发展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破。

可以肯定的说，对于减轻交通拥塞及其副作用特别是对于大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正的交通响应控制策略。

计算机硬件能力与控制软件能力很不相符，由此造成的影响是很多交通控制策略根本不能实现。

在少数几个例子中，一些新的控制策略确实能得以实现，但他们却没能对早期的控制策略进行改进。

由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎可以说真正成熟的控制策略仍然不存在。

智能化和集成化是城市交通信号控制系统的发展趋势和研究前沿，而针对交通系统规模复杂性特征的控制结构和针对城市交通瓶颈问题并代表智能决策的阻塞处理则是智能交通控制优化管理的关键和突破口。

因此，研究基于智能集成的城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值。

把智能控制引入到城市交通控制系统中，未来的城市交通控制系统才能适应城市交通的发展[1]。

从长远来看，该研究具有巨大的现实意义。

1.2国内外交通灯研究的发展概况

交通问题已经日益成为世界性的难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题愈加突出。

为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：

一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；

二是增加供给，也就是修路。

但是这两个办法都有其局限性。

交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问题的好方法。

而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。

这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。

交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。

智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。

对城市交通流进行智能控制，可以使道路畅通，提高交通效率。

合理进行交通控制可以对交通流进行有效的引导和调度，使交通保持在一个平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提高交通运输的运行效率，还可以减少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，节省能源消耗，本文就是通过对交叉路口交通信号的智能控制，达到优化路口交通流的目的[2]。

交通系统作为一个时变的、具有随机性的复杂系统，传统的人为设定多种方案或是建立各种预测模型均比较困难。

城市交通控制研究的起源比较早。

1868年，英国伦敦燃汽信号灯的问世，标志着城市交通控制的开始。

1913年，在美国俄亥俄州的Cleveland市出现了世界上最早的交通信号控制。

1926年美国的芝加哥市采用了交通灯控制方案，每个交叉口设有唯一的交通灯，适用于单一的交通流。

从此，交通控制技术和相关的控制算法得到了发展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性，并减少了对环境的影响。

进入20世纪70年代，随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，交通运输组织与优化理论和技术水平不断提高，控制手段越来越先进，形成了一批商水平有实效的城市道路交通控制系统。

早在1977年，Pappis等人就将模糊控制运用到交通控制上，通过建立规则库或是专家系统对各种交通状况进行模糊控制，并取得了很好的效果。

近年来，欧美日本等相继建立了智能交通控制系统。

在这些系统中，大部分都在路口附近安装磁性环路检测器，还使用了新型检测器等技术和设备。

这些现代化设备技术加上控制理论和现代化科学管理技术，使得交通控制系统日益完善。

随着一些研究控制理论的学者投身到交通控制的研究中，在交通信号控制领域提出了一些新方法、新思路。

如静态多段配时控制、准动态多段配时控制、最优控制、大系统递阶控制、模糊控制、神经网络控制，网络路由控制等。

模糊交通控制已经成为了交通信号控制的主流方向之一。

虽然模糊控制能有效处理模糊信息，但是产生的规则比较粗糙，利用规则表查表进行控制，运算速度虽然比较快，但没有自学习功能。

而且这些研究有些以相序固定为前提。

不能保证相序与实际交通流状况的一致性，影响了绿灯时间的利用率。

有些研究则提出了可变相序的模糊控制方法，提高了绿灯时间的利用率，弥补了相序固定的缺点，但同时也存在一些不足。

例如目前应用比较好的交通系统：

SCOOT（经典交通系统），他们都是主要采用统计模型和经典算法。

但城市交通系统是一个复杂的、随机性很强的巨型系统，要想建立实用性较强的数学模型是十分困难。

利用模糊控制智能控制技术进行交叉口信号灯控制能取得比定时控制与感应控制更好的效果，是今后单交叉路口信号灯控制的主要研究方向[3]。

目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。

加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。

对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在缺点：

两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；

另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。

2系统的总体方案设计与分析

2.1交通灯总体设计的描述

目前设计交通灯的设计方案有很多，有应用CPLD实现交通信号灯控制器的设计，有应用PLC设计实现对交通灯控制系统，同时还有应用单