基于单片机和遗传算法的交叉口实时控制研究

摘要

随着经济的飞速发展,我国的车辆数量不断增加,道路拥挤现象日趋严重,造成的经济损失越来越大,然而目前我国的交通灯大部分仍然停留在不够智能的状态,只是机械地按照固定的时间倒计时并且切换信号灯,不能实时地根据道路的车流量大小自动调整信号灯,这样大大地降低了道路的利用效率。
　　普及智能交通灯管理系统有利于提高交通运输效率,有利于提高人民的生活水平。所谓智能交通灯管理系统就是信号灯系统可由检测电路自动检测干道上的车流量,并将车流量送入主控制器,由控制器进行运算发出信号来控制信号灯的变化以及倒计时显示,这种智能交通灯管理系统可有效改善交通状况,提高交通效率。
　　本文第一部分采用51单片机作为控制器,车流量检测电路利用电容三点式振荡电路原理,利用外部中断接收车流量检测电路检测到的车流量脉冲信号,并通过软件编程实现对交通信号灯及其倒计时时间的控制。干道两个方向的车流量之差在一定范围内时按照固定的倒计时时间显示;车流量差超出这个范围时,车流量大的方向适当延长绿灯时间,车流量小的方向适当缩短绿灯时间;当一个方向上无车时另一个方向车道时钟保持绿灯通行状态。经实验验证,本设计可以实现车流量信号的采集和交通信号灯的控制功能。
　　本文第二部分对交叉口信号灯和人行横道的协调配置问题以及相位差参数设计问题提出了有效的算法。相位差参数设计可以归结为在一定的约束条件下,求解车辆平均等待时间尽可能短的一个目标规划问题。本文建立了该规划问题的模型,同时设计了求解该模型的遗传算法。通过与普通循环搜索方法的比较,本文利用遗传算法是合理、有效的。本文设计的遗传算法可以根据情况,在不同的参数条件下,迅速有效地得出最优解。

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第一章 绪论

1.1 论文研究的背景

1.2 论文研究的意义

1.3 MCS-51单片机的概述

1.4 各章节主要内容

第二章 系统设计要求与方案分析

2.1系统设计要求

2.2 方案论证

2.3 本章小结

第三章 系统的硬件电路设计及调试

3.1 系统的硬件电路设计要求及综述

3.2 车流量检测电路设计

3.3 信号灯控制电路

3.4 系统的抗干扰设计

3.5 本章小结

第四章 系统的软件设计及调试

4.1 系统的软件设计综述

4.2 系统的软件流程图及组成

4.3 软件程序的调试及调试结果

4.4 本章小结

第五章 遗传算法简介和提出问题

5.1遗传算法的基本原理

5.2 遗传算法的应用关键

5.3遗传算法的特点

5.4问题的提出

第六章 遗传算法解决问题

6.1问题分析

6.2思路与背景

6.3算法问题的建立

6.4模型的求解

6.5求解结果说明

结论与展望

优点

算法的改进与检验

算法的推广

参考文献

附 录

附录1:单片机系统所需原件

附录2：单片机系统的软件程序

致谢