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1、分 类 号_ 密级_收藏编号_ 学号_学校代码 10386 编号_应用研究基于单片机的交通信号灯智能控制系统的设计工程领域： 研究方向： 研究生姓名： 指导教师、职称： 所在学院： 答辩委员会主席签名： 二一 年 月一 遵守学术行为规范承诺本人已熟知并愿意自觉遵守福州大学研究生和导师学术行为规范暂行规定和福州大学关于加强研究生毕业与学位论文质量管理的规定的所有内容，承诺所提交的毕业和学位论文是终稿，不存在学术造假或学术不端行为，且论文的纸质版与电子版内容完全一致。二 独创性声明本人声明所提交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，
2、论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得福州大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。三 关于论文使用授权的说明本人完全了解福州大学有关保留使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）本学位论文属于（必须在以下相应方框内打“”，否则一律按“非保密论文”处理）：1、保密论文： 本学位论文属于保密，在 年解密后适用
3、本授权书。2、非保密论文：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。研究生本人签名： 签字日期：20 年 月 日研究生导师签名： 签字日期：20 年 月 日基于单片机的交通信号灯智能控制系统的设计中 文 摘 要随着城市交通智能化的日益发展，城市交通控制也步入了新的时代，在当代，智能交通领域交通信号灯的合理高效使用，是治理城市交通拥堵的有效的手段之一。虽然困扰城市交通的问题有很多种，如基础设施建设跟不上现代交通的发展，未能充分利用城市空间或者道路设置不合理等问题，但在实际现有交通的设施的基础上最大化的充分利用却是一个亟需解决的问题，交通灯的智能控制正是解决这一问题的重要方法。在本文中选用STC系列
4、的8位单片机作为整个交通灯控制系统的核心，配合最小系统以及其他外围功能芯片在实验室电路上模拟对交通灯的控制，采用LED显示功能结合外部扩展的DS1302芯片实现交通灯的倒数读秒功能，通过外部车辆检测传感器测量通过路口的车辆数以及等待的车辆数，并对这些数据进行模糊处理，采用模糊控制输出来实时调整信号灯的时间，并将数据通过RS232传递给上位机便于控制室人员掌握信息。在本设计中交通信号灯采用模糊控制算法，实现了对交叉路口的模糊控制，文中通过MATLAB仿真和实物电路实验验证了算法的可行性和实际的可操作性，表明该算法可以很好的实现交通信号灯的智能控制。关键词：智能交通，单片机，模糊控制，Matlab
5、The Design ofIntelligent Traffic LightsControlSystem based on SCMABSTRACTWith the development of city traffic, city traffic control has entered into a new era, signal lampreasonably and efficientlyused that to solvethe city trafficjam inintelligent transportation systems. Although troubled city traf
6、fic problem has developed many kinds of such as infrastructure construction can not keep up with the modern traffic, not full use of city space or road is unreasonable, but the maximum based on actual existing traffic facilities on the full use of it is a problem to be solved, the intelligent contro
7、l of traffic lights is an important method to solve this problem.In this paper the 8 bit MCU used for the traffic light control system, with the minimum system and other peripheral chips simulation to control the traffic lights in the laboratory circuit, using LED to achieve the traffic lights by DS
8、1302.The chip has the function of countdown. Vehicle detection sensors measurement the vehicle that are through the cross and waiting. Those data are fuzzed, then use fuzzy control output the real-time to adjustment of signal. The data transmitted to the host computer for control room personnel info
9、rmation by RS232.The traffic light control algorithm using fuzzy control, fuzzy control can realize the intersection without the establishment of mathematical model, in this paper use MATLAB simulation and the actual circuit to validatethefeasibility and operability, simulation results and circuit e
10、xperiments show that the algorithm can adjust the traffic signal lamp .Key Words：Intelligent Transportation， Single Chip Microcomputer， Fuzzy Control， Matlab73目 录第1章 绪论11.1 课题背景11.2国内外研究现状21.2.1国内研究现状21.2.2国外研究现状31.3本文研究意义、内容及创新4第2章 交通灯控制方法和模糊控制原理62.1交通灯的含义及类型62.2信号灯控制的基本参数及控制方式72.2.1基本参数72.2.2定时控制8
11、2.2.3感应式交通信号控制92.2.4自适应控制方式102.3交通信号灯控制系统类型102.4模糊控制概述112.5不同控制间的比较12第3章 交通灯控制系统的总体设计方案153.1交通信号的模糊化设计153.1.1对输入参数进行模糊化153.3.2输出量的模糊化173.3.3 模糊规则确定173.3.4 模糊关系矩阵与解模糊183.4交通灯模糊控制器的仿真193.5 区域协调模糊控制系统223.5.1区域协调模糊控制器的组成223.5.2区域协调模糊控制的基本步骤243.5.3区域协调模糊控制输入输出系统的设计263.5.4区域协调模糊控制规则的设计273.5.5区域协调模糊控制清晰化方法
12、283.6区域协调模糊控制的仿真283.6.1各级模糊控制器系统结构的设计283.6.2各级模糊控制器输入输出变量隶属函数的设计293.6.3各级模糊控制器模糊规则的设计323.6.4仿真结果观测333.6.5仿真结果分析35第4章 硬件设计364.1 硬件总体构架364.2 MCU系统374.2.1单片机选型374.2.2 单片机最小系统384.3 各相关电路设计394.3.1数据通讯394.3.2直流稳压电源404.3.3 显示及按键414.3.4 传感器信号的转换及调理424.3.5时钟芯片DS1302454.4 硬件可靠性设计47第5章 软件设计485.1开发工具介绍485.2软件总流
13、程485.3时间信息读取模块495.4 传感器信号采样及计数525.5 模糊控制535.6 交通灯显示输出与按键输入575.7 串行通讯59结论与展望62参考文献64致 谢66个人简历67在学期间的研究成果及发表的学术论文68基于单片机的交通信号灯智能控制系统设计第1章 绪论1.1 课题背景随着城市化速度的加快,机动车日益普及,人们在赚取由机动车辆所带来的巨额利润以及充分享受汽车巨大便利的同时,也越来越受到交通拥堵，交通事故频发，环境污染加剧和燃油损耗上升所带来的困扰。国内外城市中的交通阻塞主要发生在交叉口,交叉口是两条道路相互交叉而产生的作为方向转换的枢纽,是道路网中道路通行能力的咽喉交通阻
14、塞和事故的多发地。日本全国每年由于交通拥挤所造成的经济损失高达12兆3千亿日元(合人民币9000多亿元)作为经济和科技都很发达的美国,每年因为交通问题导致的经济损失也高达2370亿美元,而美国交通事故约有一半发生在交叉口，我国国内百万人口以上的大城市,每年由于交通带来的直接和间接经济损失达1600亿元,相当于国内生产总值的3.2%如果我们不及早采取综合措施加以管理,则城市交通必影响我国经济发展和城市功能正常的发挥。解决城市交通问题主要通过最直接的两种方式，一方面完善基础设施的建设，一方面增强交通管制的水平。由于城市发展现已到瓶颈阶段大范围的扩建城市路网已不太可能，所以在现有条件的基础上对智能交
15、通的合理管控和提高基础设施的高效使用，此方法是现在现实可行有效解决道路拥堵问题的关键方法，多年前有专家提出，在现有基础上只有在城市道路的优化升级改造、城市道路的方向的合理分布和城市交通控制信号灯全面智能化三个角度来系统探讨解决城市交通问题，为城市畅通提供一个全方位的概念，只有这样才能从根本上彻底解决现有交通问题1-3。第1层次：城市道路优化升级改造现有城市道路的通行保障能力能否适应交通车流的日益增长，是摆在面前必须要加以重视的问题。在现有路网的通行能力满足交通基本需求的前提下，对路网进行改扩建使得道路更加的通畅，但在现有城市中继续无节制的扩建已经不太可能。 本层次上需要做的工作是，找出已经建设
16、网络中不能满足车流量需求的瓶颈地段，用尽量少的资金和人力投入其中去改造已经存在的网络，使得这些存在的路段能够满足日益发展的大流量，因此需要考虑到以下几个方面的问题：已经存在于城市的道路作为基准建立数学模型，我们暂且把道路的出口处定为集合点，将每条道路设为子集，对每个道路设定一个车辆通行数值能够体现道路对车辆的保有能力。第2层次：城市道路矢量变更城市道路的方向性决定了一个城市的发展方向与城市走向，对城市道路的划分方向通常有两种方式：一种是将集合中道路细分成不定数的行车道路，将每个车道规定一个主要的引导的方向，道路方向的确定直接对两个不同方向的通行能力造成影响，所以必将会对整个系统的路网通行能力造
17、成直接的影响，对此问题的重视程度直接关乎城市交通通畅能力，所以道路走向的矢量问题是城市交通不可或缺的一个至关重要的方面。第3层次： 交通信号灯的合理调配 在完成上述两点之后即基本实现路网交通的优化与改造，下一步的工作是进一步优化交通的通行速率，如何使得交通能够有序且高速的流动，需要采取哪些措施这些需要进一步讨论，交通灯的合理配置与高效智能管理是一个很好的手段去解决上述问题，因此如何合理高效的利用交通信号灯控制车流将会是未来城市发展的一个关键性问题4-5。交通信号灯的控制方式可以分为定时控制、感应控制、自适应控制。定时控制：交叉口交通信号控制机均按事先设定的配时方案运行，也称定周期控制。感应控制
18、：感应控制是在交叉口进口道上设置车辆检测器，交通信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。自适应控制：把交通系统作为一个不确定系统，能够连续测量其状态，如车流量、停车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌握对象，把他们与希望的动态特性进行比较，并利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优或次优控制的一种控制方式。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状在我国现有的城市中，对交通灯的控制有众多手段和方法，其中点对点的控制，道路线路控制以及局域地段或者地区的整体交通控制是常见的手法。据资料
19、显示目前我国国内仅有几十家生产交通装备的企业，且产品的做工和样式比较落后，针对此现象国家出台了GA47-20025行业标准，此标准出台后厂家针对此标准制定了相应的生产流程和规则，在市场上产品质量得到很大的提升。但是纵观整个产业生态链，还是以中小企业为主至今没有出现大型企业投身到其中，整个行业也没有一个龙头企业。这有多种因素导致这个现象，首先是行业本身利润较低不能吸引大企业的投入，其次没有足够的经费投入和高端人才的加入，整体的技术水平还处于初级阶段，极少有厂家能开发出多轮信号协调控制的，因此稳定性和功能都不强。在我国城镇化过程中城市的交叉路口是越来越多，于此同时如何合理控制交通信号灯的问题也越发
20、的重要和急迫，传统的控制属于粗放型控制不能很好的适应现代交通飞跃式的发展，尽管现代技术手段逐渐增强，但在交通控制的研究上还处于相对薄弱的环节，虽然还是采用红黄绿三种颜色的信号灯进行控制，但是其控制的方法却在不断的改进中。其主流的算法有神经网络，模糊控制等算法都在研究中得到很好的应用。 所以在未来的发展中交通信号等水平的发展程度很大程度上决定了未来城市交通的发展程度。我国现有交通信号灯存在的不足有：1、对机动车与非机动车的控制方式存在一些模糊概念，两种车量互相制约，导致整个交通系统运行效率不高。2、在实际的优化道路过程中对道路通行能力考虑不够充分。3、现有很多智能交通灯的控制系统只能实现2相位的
21、控制，这个控制带来了一定的局限性需要进一步完善综上所述虽然我们在交通灯控制上取得了一定的成绩并且也还在不断提升中，但我国人口基数大车辆未来保有量会有进一步扩大的这个基本国情下，快速合理的建立适合我国实际需要的交通信号规范还有待加强，开发出属于自主知识产权的能与发达国家比一比的智能交通控制系统还有很长的路要走。1.2.2国外研究现状进入21世纪之后很多发达国家，如美日欧等从传统的粗放的不断修建路网来解决问题的模式，慢慢过渡到利用现代科技的方式来高效合理的使用现有路网系统，进一步改良和发展交通控制系统，从而最大化的利用现有系统。在降低事故死亡率，优化生态环境，保护我们共同生活的地球资源有着很多现实
22、意义，正是基于上述考虑，智能交通控制被广泛采用也在不断的探索中积极向前进步，与此同时时代与科技共同进步的步伐，带动本行业的发展有了进一步的实质性提升，这也是发达国家能够走在前列的根本原因所在。技术发展与社会发展同步并且在科技力量的研发投入在国民生产中的比重也大，所以能协调发展。以美国为例在上个世纪就已经致力于智能交通系统的开发与研究了，虽然起步也算比较迟的，但是其强大的经济和科研实力推动着本技术的快速高效发展，雄厚的资金投入加上科技人才的全力研发，造就了美国在本领域的国家领导地位，并最终在1991年通过立法的形式规范其交通运输体系，并配有专门的执法机构。正是这样的投入与重视导致美国研发了先进的
23、交通控制管理系统、先进的出行信息系统，这些超前的交通控制系统为国内的道路使用者提供了极大的帮助，不仅能实时有效的反应路况信息更能为驾驶员朋友发布住宿和饮食方面的消息。这项技术融合了多门学科，在很多方面有着很多意义，这是基于这个技术的成功使用使得美国在多年后提出要在主要城市建设智能交通系统。反观欧洲大陆，智能交通可谓是经历了一波三折，首先在起步阶段就比其他发达国家要落后，即使是在当今社会其智能交通和路网建设也不及美日等发达国家。其实在上世纪后期以法国为首的一帮欧洲国家试图发展智能交通也投入了一定的资金，想通过拓宽道路这样的基础设施以及政府相关部委的管理能力来解决交通问题，另一方面也准备在技术领域
24、通入资金和人力来构建一套完备的系统来综合解决面临的挑战，但是由于当时社会的技术发展和人们的意识水平问题很多问题都没有很好的解决。直到2009年以欧盟为一个整体进行多单位的合作开发以无线网为基础研发出著名的Telematics这个系统的研制依靠欧洲明间的公司及科研单位，他们强烈的现实和利益需要是他们这些团体参与到其中的根本动机，正是这样的动机推动着欧洲智能交通的快速发展，先进的智能交通系统为整个欧洲大陆带来新的生命源泉，使得城市重新焕发了活力。日本是一个岛国，所以对智能交通的渴望远远超过了一般国家的需求，加之日本是一个雄厚科技实力的国家所以日本在对智能交通方面不惜重金的投入换来的是一个世界领先的
25、科技成果。比较具有代表性的是动态路径诱导系统，正是以此为基础日本人在他的现有基础上开发了多套车辆诱导和领航系统，在上世纪末期日本成立行业理事会，并通过理事会与政府的合作快速的发展了本国的交通系统，并采用世界当时最好的技术和工程师建设了东京的智能交通控制系统，在1996年开始正式启用，取得良好的效果后迅速在全国的其他地方推广，在90年代末基本已经能够覆盖全国，就是这样的渴求与技术以及资金的配套成就了日本在智能交通领域的众多第一，也是现今在这方面世界领导者，为世界智能交通的发展做出了不可或缺的努力。1.3本文研究意义、内容及创新有效的交通控制可以大大提高人和货物的运输安全并可以对过往行驶的车辆起到
26、警告和疏导的作用，如何实现这些目的需要涉及到交通信号设备的安装调试和使用。城市交通的控制主要是交通信号灯的调节，通过对车辆的诱导从而实现交通控制。在高速公路主要是通过警示和信号标识来通知车辆进出匝道。本文正是基于以上的目的通过对通过车辆和等待车辆的统计采用模糊控制算法来确定交通灯的延时时间，从而实现城市交通的智能控制。本文主要通过5章来对整个交通灯模糊控制系统进行阐述，主要结构内容如下：第一章是绪论部分对现有城市的交通问题以及交通灯控制现在存在的一些不足进行了总体的阐述，对国内外研究的现状进行了对比，提出我国现在在交通控制方面存在的问题及未来发展的趋势，针对这些问题提出基于模糊控制的交通信号灯
27、的解决方法。第二章首先对交通灯一些基本参数和概念进行介绍，进一步引入交通灯在城市交通中的控制方式，最后通过这些方式的对比来说明选择模糊控制的原因和理由为下一章的引出做铺垫。第三章针对基于模糊控制的交通信号灯进行设计首先介绍了模糊控制的基本概念并与其它算法对比，随后介绍了整个模糊控制器的设计过程和相关参数最后通过MATLAB软件对控制器进行仿真得出仿真结果证明算法的可行性和可靠性。第四章是基于单片机交通信号灯的硬件设计通过单片机最小系统和各个功能模块的介绍展现了一个完整控制的硬件设计。第五章在硬件设计的基础上进一步对系统进行软件设计并给出了设计流程和部分源代码最后通过实物调试实现了总体功能。本文
28、的创新之处在于将模糊控制算法引入交通信号灯的控制中，并通过实验验证了算法的可行性和系统的可实现性，为今后进一步研究交通灯的高效控制提供了一定的借鉴意义。第2章 交通灯控制方法和模糊控制原理通常意义上的交通智能化指的是，利用相关的设备对原始信号进行采集，然后传输到相关的控制设备上，并对获得的相关信息进行分析处理，以实现对交通的智能化实时处理，并做相应的情况做出正确的反映，从而保证路面交通的顺畅和安全。从其定义上可以知道，在进行智能交通管理时，我们主要研究的是行驶车辆，通过相关的数据处理系统和控制系统从而完成对交通的引导和控制，并及时的对驾驶员提供信息帮助，对行人提供安全指示，从而使得交通从容不迫
29、，有条不紊的进行。停车标志红绿信号等等显示控制的设置一般设在道路的交叉处，只有合理的设计信号灯才能发挥智能交通控制的最佳效益。2.1交通灯的含义及类型一个城市是否发达，与该城市的路网系统有着直接的联系，当道路的联系越多那么城市越发达，但是当联系多了之后必然会有交叉之处，起初人们通过修建一个类似岛一样的地方来缓解这种路口的拥堵，通过这种方式的确在初期解决了车辆延误和堵塞，但是与此同时这也带来一些其他新的问题，例如这个建筑设施本身需要占用公共用地这就带来一个土地使用的问题，其次虽然能够分流一部分的车辆但是当短时间的出现车辆拥挤涌向一个路口时刻，这样的环型岛的分流效果也不是很明显甚至可能带来反向作用
30、使得道路更加拥挤，经过不断的努力摸索和实践经验的总结，人们利用信号灯来改变车辆通行的时间，从而交替的让车辆通过路口，这样一种方法更加的行之有效而且不会占用太多的场地。交通信号灯含义1、绿灯闪亮时刻，通过但是直行的车或者人具有最高的优先级，任何想要拐弯的车或者人都不得和直行车争抢道路使用权。2、黄灯闪亮时刻，黄灯代表警示，以禁止线为标准已经通过禁止线的车辆继续通行，没有通过的则全部暂停。现在修改后的交规有了更为细致的解释和判罚标准。3、红灯闪亮时刻，是禁止指示一切的车辆和行人都要停止不能继续前进。城市不同那么城市中的道路也相应的不完全相同，但是不论城市的道路如何的交错其终究会有一部分地方有道路的
31、交叉与交错口，这些路口不仅承担了分流车辆的任务更是城市东西南北各个走向的分界点，对城市来说起到了承上启下的作用，纵观城市的交叉路口大致可以分为以下几个形状的类似T 形交叉口，类似X 形交叉口，类似Y 形交叉口，类似加号的十字形路口。图2-1展示了以下几种路口的形状。 图 2-1 各个形态的路口分析上述的这几个路口，其中十字路口是城市中最常见到的路口形式在，我国主要城市中这个路口是相比与其他来说最具通行效率的，所以对这个路口的讨论将是本文的重点。其他路口例如T型以及X型都是在十字路口基础上演化出来的，针对当地显示的一些路况问题因地制宜开发出来。虽然能适应一段路段的特殊情况但是不能具备代表性所以在
32、本文暂时不做讨论13-18。2.2信号灯控制的基本参数及控制方式2.2.1基本参数1、绿信比所谓绿信比是指在一个特定的时期内绿灯的点亮时间和这样一段特定时间的比值，这其中绿灯的点亮时间计算方法是将黄灯和绿灯的点亮时间相加取得的值N再减去通过路口第一辆汽车延误的时间T,取得的一个数值就是我们所谓的绿信比，这个数据是控制交通信号的一个重要参数。2、相位是指在一段时间内根据道路交叉段车辆通行情况作为判断依据来改变一定方向上红绿灯的时间即通行的权利也可以是几个方向上的通行权。在单一方向上的改变我们称为单相位，多个方向上的改变我们称为多相位。3、相位差所谓相位差是在一段特定时间内，同一个方向上通行权交替
33、起止所消耗的时间差4、饱和流量顾名思义所谓饱和流量是指一段路口能通过的最大的车流，使路口达到饱和的数量。5、流量比所谓流量比是指实际通过路口的车辆数和上面提到的饱和流量的一个比较值，这个数值也是信号灯控制中一个非常重要的参数，这也是测量一个道路通行能力的只要指标。6、延误所谓延误就是说有限的交通控制能力给整个城市交通造成的时间累积折损，这个是由于自身设备原因或者人为原因不能及时调整所带来的可避免的损失，这也是考量控制的一个重要参数和指标。在现今城市中，智能交通的控制已经渗透到了城市的每个角落，现在比较流行的智能交通控制方式大致可以分为以下几种自适应式的智能交通灯控制系统 ：可实现定时智能交通灯
34、的控制系统以及感应式智能交通灯控制系统。下面我们来具体详细介绍。2.2.2定时控制所谓的定时交通灯控制系统是一种人为的设置方式，在这种方式中首先要通过查询大量的某一路口交通通行的历史状况再来总结这种状况的成因和解决方式，分析出最终方案后根据来制定绿灯的闪亮周期从而实现交通信号的时间方案，此方法的缺点是，当方案一旦确定后就不会再去更改。这种形式的交通信号灯的控制在我国大多数城市得到了广泛的应用，也是普及率和推广度最高的一种控制方式，此方法中又可以细分为定周期控制方式和不定周期的控制方式两种方法。在定周期中交通信号灯根据事先制定好的周期闪烁，每天的绿灯闪烁时间不会根据任何外界的车辆变化而变化相对来
35、说比较死板。另一种变周期方式，根据历史数据判断在一天的不同时间段中设置不同的绿灯信号时间，这样的好处是在于交通信号灯可以根据路口不同时段车辆通行的波峰波谷来调节绿灯的时间，从而疏通道路的交通，这样不仅可以使得路口使用率得到大大的提升更能高效的利用交通信号灯。此方式的适用对象一般是车辆通行能力相对固定，变化量不大的路口并且此路口一般是可以预测的有历史数据可以参考的。这样可以让简单的硬件设备完成整个控制系统的操作，而且这种方式的控制投入较少，维护起来也简便快捷，此外本控制方式还可以多台机器联合操作，实现对路网的整体或者局域的监控和管制。然而在某些不确定的条件下，例如车流量时多时少的情况下，控制起来
36、十分不便，当路口出现意外情况或者需要暂时交通管制的情况这种相对固定的控制方式没有办法很好的适应，因为一旦控制方案形成那么他是不会自动适应和调整控制方案的。2.2.3感应式交通信号控制所谓感应控制是指在各个交通路口通过安置交通通行能力信号检测装置来实时探测路口车辆通行数据，并根据这个数据来改变交通信号灯的绿灯时间从而实现交通信号灯的动态调整。在一段时间内检测装置如果能检测到某一段路口突然增加，则可以下一段绿灯时间内增加时间即大于原先设置好的绿灯时间，把其他路口的时间减少，从而实现若干条主干道的疏导，这样可以实时动态的控制各个路口的信号灯时间，实现智能疏导交通的目的。通过感应控制交通信号灯的方式，
37、信号灯本身并不会被设置一个时间段或者配置绿灯时间方案，在进行监控时，系统是实时调整，实时检测的，这种检测设备有多种方式可以是通过超声波的探测返回超声波探测信号给交通信号灯，可以是微博探测返回微波探测信号给交通信号灯，再或者是通过电感等感应设备来实时动态的检测各个路口的车辆信息，汇总给总的控制器来动态分配整个路网系统的绿灯时间，本系统适合车流量变化较大，但整体流量不大的路口，这样的路口采用本控制方式可以极大的降低车辆等待时间，提高路口通过效率。在现实的使用中本控制方式大体可以分为如下两类：第一是非全感应式交通信号灯控制系统，首先在设备的安装上，检测装置一般只安装在路口的非主线干道上，这种以主干道
38、为主要通行的控制中支线干道一般都是红灯保持主干道是绿灯，这样主干道是基本顺畅通行的，只有在主干道上出现红灯支线干道才会变为绿灯这样支线干道才会放行，这样的控制方式是保证主干道通行的优先权为前提的。第二类就是全感应式控制，此控制方式相比较上一种控制方式首先在检测设备的安装上就会有不同，此安装方式不分主干道和非主干道，所有路线均安装检测设备，各个路口的绿灯时间完全根据该路口的车辆通行情况考虑。在这种控制方式主要考虑三个方面的因素，最长绿灯时间，需要延长的绿灯时间以及最短的绿灯时间。在这个三个因素中不论最长还是最短的绿灯时间均设有上下限值为660s。此外为了能够保证最快的路口通行速度在重要的道路进口
39、处还会安装设备来实时监测车量在该道路上的平均速度为下一步路口的信号灯输出提供判断依据。具体示意图如下所示。图2-2 全感应相位绿灯延长间隔时间由上图可看出在本控制方式中首先会在一个路口通行方向设置一个绿灯最短时间，随后通过检测设备的检测数据不断调整该路口的绿灯的时间长度，其检测机理可以分解我两部分，第一步检测到N量车通过这个路口，第二步就在这个车被检测到之后，这个方向的绿灯开始延时N个已经设置好的时间段即已经设定好的周期时间。相反如果没有检测到有车辆则更改绿灯方向即原绿灯变为红灯，相反方向的绿灯亮19-22。2.2.4自适应控制方式随着社会经济技术的飞跃发展自适应这种高端的控制方式也得到大力发
40、展，所谓自适应即设备可以根据现场的环境和参数变化完全自动的改变交通信号灯，来适应现场变化的交通状况。类似上面给出的感应控制系统，自适应控制系统首先需要有车辆检测和数据传感装置作为提供数据的采集端，这些数据包括停车的次数和时间长短，车辆具体的数量以及排队的长度等等，通过计算来分配最优的绿灯时间，这样的分配兼顾各个路段的通行状况，使得在使用自适应控制的交通信号灯的区域内协调控制，使得道路可以实现最大化的通行速率。计算机技术和网络技术的发展让这种分配方式的结果可以传到网上或者手机上，让驾驶员可以实时接收这些数据，从而规划出最适合自己的行车路线这样不仅可以节省驾驶员的时间更可以优化道路通行情况，有效的
41、避免了堵车现象便于相关部门的管理。2.3交通信号灯控制系统类型在当今智能交通管理体系中交通信号灯的使用是不可或缺的部分，在我们常用的智能交通的交通信号指示灯中按其可控区域的大小通常可以分为以下几种类型：第一种类型是小范围的点对点控制，所有的交通信号指示灯各自为政相互之间没有任何联系，各个路口的交通信号指示灯只对各自控制的路口负责，这种点对点的控制可以保证交通信号灯所在路口的车流尽量通畅，但是对区域性控制没有太大帮助，所以只能使用在小范围的交通信号控制对于大范围的控制不太适用。第二种是整条道路的整体控制是线性控制，交通信号灯对整体道路的不同路口均设有检测装置在一条道路中的不同路口协调统一，保证整
42、条道路的车辆可以顺利的通行。这样控制的前提是有统一的时间基准，一般在一条道路中选择一个交通信号灯为基准信号灯，这个信号控制灯对整条道路上的信号灯发出基准信号，所有道路上的信号灯可以联动控制，采用这种控制最大的好处是在一条道路上行驶时一般行驶中预见红灯或者绿灯的时间是相对可控的，如果一开始遇到红灯那么后面路口的交通信号灯绿灯的可能性就会加大，这中控制方式有个原则是支路服从主干道要求，即主干道优先级高于支线。第三种是范围控制即区域控制，顾名思义这种控制方式是对一个较大区域整体协调控制，在这种控制系统中每个路口和道路的交通信号灯都由一个统一控制中心来协调和操控，这种控制方式是一种面控的控制方式在这种
43、控制中下面又会分出小的区域一级级划分最终实现点对点的控制，所以不管是面控还是线控最终的出发点还是点控。面控适合在大型城市中的环形路网，交通控制较为复杂的情况中使用30-34。2.4模糊控制概述模糊控制的理论基础是数学中的模糊集合论，这个理论中的奠基人LA.Zadeh在1965年发表了模糊集理论，这个理论的诞生为使得模糊控制得到了新的发展空间，并奠定了理论的科研和应用基础。经过了多年的研究探索，模糊控制理论已经得到了长足的发展，理论也逐渐完善，尤其在控制领域的应用更是大放光辉。将此理论应用到控制方面的先驱是EH.Mamd他在1974年开创性的将这个 理论在应用层面获得了巨大的成功，从而使得其应用
44、打开了一扇窗，此后模糊控制理论的发展取得飞跃式发展。此理论的也逐渐应用的越来越广泛。例如在测量数据时由于数据测量等问题，测得的数据并不十分确定，数据的兼容性也未可知35-38。在众多领域的应用模糊控制得到了很好的验证，相比于传统的控制器模糊控制器可以不受控制器行为参数的限制，然而有的控制器在工作时仍然需要控制者的相关经验。在进行参数的调整时，一般利用微分方程提供的状态模型分析等综合方法来完成，但调整模糊控制器的输入输出参数时，是从过程函数在逻辑层面产生的。改变模糊控制器的基本方式之一就是模糊规则，所谓的模糊规则是一种数学统计的逻辑表达式，操作者可以根据以往工作经验改变输入参数而不需要精确的了解
45、数学模型，适合各个层次的使用者。通过众多的实验可以对模糊控制理论做如下总结1、数学模型在模糊控制中可以忽略；2、是一种智能控制可以适度的反应出人们生活中对事物的总结，是人思维过程中的模糊量的反应如高矮胖瘦等没有定量的分析只是一个概念或者想法，这些推理结果其实是人们表达自己思考结果的一个方式。3、模糊控制规则是模糊控制的灵魂这个规则决定了这个模糊控制器能否适应控制要求，这些规则类似人类语言的表达例如在洗衣服时衣物多了就应该多放些洗衣粉洗的时间长一点，这样就很容易理解了；4、构造相对简单；5、鲁棒性相对较好。2.5不同控制间的比较由于模糊控制机传统控制在所用的基础数据并不相同，模糊控制并不是在准确
46、的数学模型上建立起来的控制方法，所以对影响控制模型的各个输入参数的方面是没有具体的规则的，因此在进行建模时，避免了一些相关的问题。1、理论基础模糊控制的实质是一种建立在数据推理基础上的控制思想，这种控制理论的推理在控制中可以总结成一种规则或者指令，各种控制的推理正是基于这种指令的运算。在模糊控制中有个很重要的概念就是隶属度，所谓隶属度就是用数字零和一来表示子集与集合的关联关系，零代表与集合的非关系，一代表与关系。以生活中一个简单的例子做个比方，当一个人在纸上描绘出了一个圆形，那我们可以说这个圆是圆还是不圆，这个是一个大众的评审标准，不同的人可能有不同的判断，那么我们估且认为这个圆像圆的人越多那么这个圆的隶属度就会越高，同样认为他不像的越多那么这个画出的圆隶属度就越低。这个例子说明这个所谓的模糊控制就是人们对日常生活中遇事的一种逻辑推理过程，他可以表示为条件结构若.就，形成一个闭环的逻辑控制系统。图3-1 模糊控制器的组成框图如上图所示任何一个模糊控制系统总