基于模糊控制的智能交通灯控制系统开题报告

毕业设计开题报告

(“卓越计划”学生用)

题 目： 基于模糊控制的智能交通灯控制系统

学 院： 电气信息学院 专 业： 自动化

学生姓名： 周志会 学 号： 201301209112 学习企业: 德力西电气（芜湖）有限公司

企业指导教师： 周超 学校指导教师： 杨青

2017 年 3 月 15日

一、基于模糊控制的智能交通灯发展综述

一、绪论 交通灯在人类道路交通发展过程中扮演着非常重要的角色，而我国是一个人口超级大国，汽车工业的发展正在快速增长的阶段，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。 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。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。 智能交通灯系统正是解决这一矛盾的途径之一。智能交通灯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灯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。合理进行交通灯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灯的智能控制，达到优化路口交通流的目的。 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灯控制系统。早在1977年，Pappis等人就将模糊控制运用到交通灯控制上，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灯控制系统。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。国内外很多学者都进行了此类研究。 交通灯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。 二、国内外关于交通灯的研究现状及分析 交通灯的出现，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让正在路口内行驶的车辆和过人行道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。 在西方发达国家，交通控制系统基本上完成了由传统的交通控制系统向智能交通控制系统ITS的转变，而在我国，智能交通系统则刚刚处于起步阶段。对于传统的交通控制系统而言，对红绿灯一般采用定时控制，无法对实际的交通流进行识别优化，以至于不能适应交通量的不确定性和随机性的原因，往往造成交通资源的浪费和道路的梗阻。而智能交通控制系统则在不产生大的硬件改动的情况下有效的提高交通运输效率。 三、智能交通灯 3.1模糊控制 交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，因此其数学模型的建立非常困难，有的甚至无法用现有的数学方法加以描述。即使经过多次简化已经建立的数学模型，它的求解还须简化计算才能完成。所以经典控制法很难取得满意的效果。模糊控制主要模拟人的思维，推理，判断的一种方法，它将人的经验常识等用自然语言表示出来，建立一种适合于计算机处理的输入输出过程模型，它是智能控制的一个重要研究领域。在交通控制领域，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，取得很好的控制效果。模糊控制系统设计的核心是模糊控制器的设计，一个模糊控制系统性能的优劣，主要取决于模糊控制器的结构、所采用的模糊规则、合成的推理算法以及模糊决策的方法等。 3.2采用基于单片机控制的智能交通灯控制系统 STC89C51/52 RC/RD+系列单片机的特点： (1) 增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU (2) 工作电压：5.5V—3.4V(5V单片机)/3.8V—2.0V(3V单片机) (3) 工作频率范围：0-40MHz,相当于普通8051的0-80MHz,实际工作频率可达48MHz (4) 用户应用程序空间4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节 (5) 片上集成1280字节/512字节RAM (6) 通用I/O口（32/36个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。 (7) ISP（在线可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片 (8) EEPROM功能 (9) 看门狗 (10) 内部集成MAX810专用复位电路（D版本才有），外部晶体20M以下时，可省外部复位电路 (11) 共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8为定时器使用 (12) 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒