交叉路口智能交通控制系统标准专科机电一体化

交叉路口智能交通控制系统 摘 要 随着经济的发展，城市现代化限度不断提高，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，道路运送所带来的交通拥堵、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-52系列单片机和可编程并行I/O接口芯片8279为中心器件来设计交通灯控制器，进行交通路口的管理。它用简朴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。本次设计中增长了车流量检测电路，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营，大大提高交通运送的运营效率，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：模糊控制；交通灯；车辆计数传感器；车流量 目 录 交叉路口智能交通控制系统I 摘 要I 1 绪论1 1.1问题的来源及背景1 1.2交叉路口智能交通控制系统的研究意义1 1.3国内外交通信号控制系统的研究现状2 1.3.1国外交通信号控制系统的研究现状2 1.3.2国内交通信号控制系统的研究现状4 1.4模糊控制理论及其在交通信号控制系统中的研究现状5 1.5本文重要研究的内容7 1.5.1.设计任务7 1.5.2.设计规定7 2模糊控制器的设计8 2.1模糊控制理论简介8 2.2模糊控制器的基本结构和组成8 3硬件系统设计10 3.1总体方案设计10 3.2单片机控制器的设计10 3.2.1单片机的选型10 3.3键盘与显示电路设计16 3.4车辆计数传感器的选择20 3.4.1感应线圈车辆检测装置20 3.4.2波频车辆检测装置20 3.4.3热释电红外传感器21 3.5红绿灯电路23 4软件设计25 4.1主程序设计25 4.2 T0中断程序设计26 4.3 键盘中断程序设计27 4.4 显示子程序设计27 4.5模糊推理查表子程序设计29 4.6 车流量检测解决子程序设计30 结论31 参考文献32 致谢33 1 绪论 1.1问题的来源及背景 本论文研究内容来自长沙市城区交通疏导工程项目。2023年至2023年是长沙交通疏导工程的重点攻坚建设阶段，政府计划通过三年交通疏导工程建设达成提高城区道路交通通行能力的目的。实行交通疏导工程项目一方面是加强道路的建设和改造，另一方面是完善道路智能交通控制系统。车站北路交通疏导工程是长市第二期交通疏导工程中的重点工程，其位于长沙市芙蓉区，长沙火车站北边。车站北路车流人流非常大，经常堵车，影响了市民的正常工作和生活。特别是营盘路与车站北路相交的十字路口，经常导致堵车，是本次交通疏导工程的重点。工程完毕后营盘路与车站北路交叉路口使用了智能交通控制系统，该控制系统具有实时适应协调能力、自感应智能控制、无线缆协调控制、降级运营等功能，车辆检测器可以自动检测路口车辆状态信息，送给路口交通信号控制器，并通过通信传输到区域计算机。 本文根据交叉路口交通信号控制系统的规定，采用车辆计数传感器以及单片机为核心的硬件电路，总结交通警察指挥交通的经验，运用模糊控制理论，实现了交叉路口交通信号模糊控制系统。 1.2交叉路口智能交通控制系统的研究意义 智能交通系统是指人们将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机解决技术等有效地综合运用于整个运送体系中，从而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运送综合管理系统。 当前我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下，同时，由于车辆速度过慢、尾气排放增长，使得城市的空气质量进一步恶化。为缓解经济发展给交通运送带来的压力，使现有资源发挥出最大的作用，我国政府加大了智能交通系统的研究和建设力度。采用智能交通系统的交叉口具有两大优点:一方面，有效提高交通运送效益，使交通拥挤减少20%，延误损失减少10-25%，车祸减少50-80%，油料消耗减少30%;另一方面，对解决道路交通堵塞、减少财产损失、减少环境污染，增强交通安全性，合理运用土地与能源。 交叉路口城市机动车辆的不断增长，使得车辆堵寨现象越来越严重，当前大部分城市仍然采用的定期控制十字路口交通灯的控制方法。交通控制就是拟定交叉口红绿灯的信号配时，使通过交叉口的车辆延误尽也许小。传统的控制一般是采用模型控制或预先人为地设定多套方案，由于道路上的车流量具有较大的随机性，所实行的相位控制也应随车流量的不同而相应变化，但是交通警察在实际的交通指挥中可以根据实际情况来控制交通，假如东西方向的车流量大，则其放行时间长;南北方向车流量小，则其放行时间短。 模糊控制理论在交通系统中的应用模仿了交警的控制经验实现智能控制，可以使车辆等待延误时间最小，因此基于模糊控制理论的交叉路口信号灯控制系统的研究对解决交叉路口车辆堵塞有重要的现实意义。 1.3国内外交通信号控制系统的研究现状 早在十九世纪的工业革命时期，由于蒸汽机的发明，交通工具随之机械化和现代化，缺少交通控制手段的城市道路、交叉利口等交通设施已难以负荷锐增的车流量和人流量。人们逐渐意识到交通信号对城市通行能力的重要作用，并着手研究交通信号对车辆出入交叉口的控制。随着科技的飞速发展，以及交通规律和运营机理的进一步研究，交通信号控制系统取得了奔腾性的发展。其发展方向可通过四个角度进行划分:从系统的控制范围来看，可分为单点信号控制、干道信号控制以及区域信号协调控制;从系统的硬件设备来看，其经历了机械控制、点击控制、电子控制以及计算机控制系统;从系统的控制方法来看，由最先的固定式信号控制，发展到感应式信号控制，再到自适应信号控制;从系统的配时方式来看，自原始的人工配时发展为以计算机脱机技术和计算机联机技术为主的智能配时阶段。 1.3.1国外交通信号控制系统的研究现状 作为工业革命的发源地的英国一方面意识到交叉口在城市交通中的枢纽地位以及交通信号对交叉口通行能力的重要作用。1868年，英国的J.P.众Knight发明了一种红绿两色壁板式燃气信号灯，并将其运用于伦敦Westminster街口。这次创举标志着交通信号灯的问世。继英国之后，美国人在192023发明了一种手动控制的三色信号灯，并安装在纽约街头使用，这就是现代交通信号灯的雏形。 汽车行业的迅猛发展，传统的手动控制信号灯已难以满足交叉口的通行需求。人们开始通过其他工程领域的技术方法改善交通信号的控制问题。英国人于1926年设计了一种机械式交通信号灯，并安装在wolfverhampton街口使用。该信号灯结构简朴，通过对红绿灯单时段定周期的切换实现车辆通行控制。这种机械式红绿灯在历史上初次实现了对交通信号的自动控制，标志着城市交通控制系统的诞生。 1928年，美国成功试制了世界上第一台感应式信号机，初次将检测器应用于交通信号控制系统中。 随着对道路交通、交叉口通行规律的进一步