智能交通信号灯系统设计.docx

摘要我国许多大中城小交通信号灯控制的工作时间不合理,导致交通的压力大。所以，改善和提高现有的交通系统的工作效率，加强交通路口的信号灯控制和安全状况的监控是很重要的。交通系统是一个具有模糊性、随机性和不确定性的狂杂系统，其建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法理论加以描述。目前，我国城市中的交通信号灯大多采用的是自适应信号控制，它需要建立数学模型，且不考虑交通延误、停车次数和车辆流量大小等，所以经典控制法很难得到满意的效果。而模糊控制是一种无须建立数学模型的控制方法，它能智能化模仿有经验的交警指挥交通时的思路，达到很好的控制交通效果。本文设计是实现基于P1.C的交通信号的模糊控制系统。根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用P1.C实现单个卜字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个卜字路口4相位交通灯为例，把P1.C作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证系统运行稳定性与可推性，能根据不同的交通流量进行智能化模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的交通问题。关键词：交通灯：智能控制；P1.e控制系统；梯形图ABSTRACTTheunreasonab1.eworkinghoursoftraffic1.ightscontro1.inmany1.argeandmedium-sizedcitiesinChinaresu1.tingreattrafficpressure.Therefbrc,itisver),importanttoimproveandimprovetheefficiencyoftheexistingtrafficsystcnandtostrengthenthetrafficintersectionsigna1.ConIrOIandsaietymoni1.oring.Trafficsystemisacomp1.exsystemwithfuzziness,randomnessanduncertainty.1.tisverydifficu1.ttoestab1.ishamathematica1.mode1.Sometimesitcannotevenbedescribedbytheexistingmathematica1.methodthcory.Atpresent,mosttraffic1.ightsincitiesinChinaadoptadaptivesigna1.contro1.,whichneedsIoestab1.ishmathematica1.mode1.s,anddoesnotconsidertrafficdc1.ays,parkingtimesandthesizeofvehic1.ef1.ow,soitisdifficu1.ttoobtainsatisfactoryresu1.tsbyc1.assica1.contro1.method.Fuzzycontro1.isacontro1.meth<x1.thatdoesnotneedtoestab1.ishamathematica1.mode1.1.tcaninte1.1.igent1.yimitatethetrainofthoughtofexperiencedtrafficPOIiCemenwhendirectingtraffic.andachievegoodtrafficcontro1.effect.Thedesignofthispaperistorea1.izethefuzzycontro1.systemoftrafficsigna1.basedonP1.C.Accordingtothetheoretica1.researchresu1.tsofthefuzzycon1.11)1.systemwhichdeterminesthetimingoftraffic1.ightsaccordingtothefrontandbackphasef1.ow,themeth<1.offuzzycontro1.oftraffic1.ightsatasing1.eintersectionisrea1.izedbyusingP1.C-Takingthefour-phasetraffic1.ightsatasing1.eintersectionasanexarnp1.e,theP1.Cisregardedasafuzzycontro1.1.erandprogrammedby1.adderdiagram.Throughexperinents,thestabi1.ityandre1.iabi1.ityofthesystemcanbeguaranteed.Inte1.1.igentfuzzycontro1.decisionscanbemadeaccordingtodifferenttraffict1.ows,andthetimingofsigna1.1.ightscanbeoptimizcd.Thus,thctrafficprob1.emscausedbytheunba1.ancedandunstab1.etrafficf1.owcanbeeffective1.yso1.ved.KEYWORDSzTraffic1.ightinte1.1.igentcontro1./P1.Ccon1.11)1.SyStenVIadderdiagram目录I1.交通灯系统的现状I1.2 P1.C交通灯的国内外研究现状I1.3 P1.C研究的目的与意义21.4 本文主要研究内容3图1.1交通路口检测车流量图4第2章系统硬件设计52.1 传感器的分类与基本原理5(I)石英晶体7(2)压电陶瓷7(3)高分子压电材料72.2 感应控制的实现8图2.1车辆感应僦IJ92.3 可编程控制器的工作原理与选型9图2.2P1.e的一般结构10第3章控制任务分析133.1 控制要求(系统示意图，控制要求表)13表3-1控制要求13图3-1交通灯示意图143.2 控制任务分析14图3-2交通信号灯控制的时序图14第4章P1.C选型及输入输出地址定义154.1 选型154.2 输入输出定义15表4-1输入输出定义154.3 输入输出接线图15第5章程序设计175.1 状态转移图17图5-1状态转移图175.2 梯形图17图5-3T1.O触电的脉冲波形18图5-4逻辑指令梯形图19第6章系统安装与调试236.1 输入程序23图6-1程序输入236.2 系统安装236.2.1 元件表24表6-1元件器材246.2.2 安装接线24a）元潺件布局图24图6-2元器件布局图25b）安装接线25图6-3完整的系统图256.2.3 将程序写入P1.C256.3 系统调试25图6-4系统调试图26结论27致谢28参考文献29第1章绪论1.1交通灯系统的现状随着社会经济的发展，机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，缄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。自80年代后期，很多城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采川合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此，为了保隙城市交通有序，安全，快速，提高城市路网的通行能力，实现交通的科学化管理迫在眉睫.传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流盘的调查，运用统计的方法将两个方向的红绿灯的延时预先设置好。但是，实际上车流量是一个变量，它的测定是不确定的。不同的路口在不同的时段，车流室存在着很大的差异。即使经过长时间的试验运行，仍然可能出现这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆经过，而红灯方向的车辆却排着长队等候。出现这种状况，不免会影响到司机的心情，或多或少的令乘客怨声载道，而且对人力和物力也是一种浪费。这种流量的变化的方法已经不能适应迅猛发展的交通现状，采用种可以根据车流量的变化情况而进行自动调节控制的方案是十分现实而又必要的。基于P1.C控制的十字路口交通灯信号系统，是根据实时的车流量对各个路口的交通灯时间进行动态的调节，较好的解决了车流量的不均衡问题。其最大的优点在于级解车流量滞流现象，也不会出现空道占时的情形，从而提高了公路交通的通行率。1.2P1.C交通灯的国内外研究现状智能交通系统的发展，最早可以追溯到20世纪七八I年代的一系列车辆导流系统新技术的开发和应用.1991年美国通过“地面交通效率法”（ISTEA）,从此美国的IVHS研究开始进入宏观运作阶段。199，1年，美国将IVHS更名为ITS。之后，欧洲、日本等也相继加入了这一行列。经过30年的发展，美国、欧洲、日本成为i1.1.：界ITS研究的三大基地.美国是当今世界在ITS开发领域发展最快的国家，它从上个世纪80年代开始，先后开屣了与智能汽车技术相关的PATH、IVI、Vn和CVHAS等国家项目。1995年3月美国交通部正是出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能“目前7大领域包括：出行和交通关系系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。我国ITS的发展起步较晚，70年代以来，从国外引进、消化J'一些项H,并进行了一些ITS或类ITS基础项目的研究和应用.70年代中至80年代初，主要是进行城市交通信号控制试验研究，80年代中至90年代初，在一些大城市引进和消化城市交通信号控制系统，实现了一些（高速）公路监控系统、高等级公路电子收费系统和路边信息服务系统。90年代中以来，开始研究部门ITS发展战略和GIS、GPS.EDI在交通中的应用等，电视交通信息网络的建设，公路和桥梁管理用基础数据库和道路交通量和气象数据采集等。经过多年的努力，也已取得明显的进展。1.3 P1.C研究的目的与意义随着社会经济的快速发展，以前的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的重要课题。传统的十字路口交通控制灯.，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。智能交通系统(ITSInie1.1.igentTransportSystems)ITS是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是：将先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息与通iR技术及电子传感技术等有效的集成，并应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。交通控制系统是ITS研究的一个重要方面。由于交通系统具有较强的非线性