基于无线传感网的城市交通灯模糊控制系统设计

摘要

由于机动车数量迅速增加而导致了越来越严重的城市道路拥堵问题。城市交通灯控制系统是智能交通系统的重要组成部分，它对提高道路使用效率，节约能源有至关重要的作用。本文针对现在城市交通灯控制系统存在的布线麻烦、容易受环境因素影响、实时性差、维护不方便以及运行成本高等诸多缺陷，设计了一种无线传感网和模糊控制算法相结合的城市交通灯控制系统。
　　本文给出了磁阻传感器HMC5883L与微控制器CC2530相结合的采集节点的设计，介绍了基于ZigBee无线协议数据传输模块和以STM32作为协调器主控芯片的硬件设计。文章设计了针对单交叉口四相位的交通灯的绿灯延时模糊控制器，控制器选择当前相位车流量参数和下一相位交通流参数作为输入，当前相位绿灯延长时间作为输出，并给出了模糊规则的建立过程和控制流程的设计。该控制系统有以下优点:1.用磁阻传感器检测相关交通参数，该方法不会受到坏境因数影响具有很好的准确性和稳定性;2.数据传输采用ZigBee无线协议不仅省去布线的麻烦还具有很好的实时性，并且易于后期扩展和维护;3.使用模糊算法设计绿灯延时控制器，使红绿灯可以根据路口当前交通流实时改变通行时间。
　　最后以MATLAB作为仿真平台对该控制系统的可行性和有效性进行了验证。结果表明，该控制系统可以实现交通参数的实时采集和无线传输，交通信号灯的模糊控制可以在很大程度上缩短车辆等待时间，提高了交通效率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外城市交通信号控制系统的发展历程及研究趋势

1．2．1 国外发展历程

1．2．2 国内发展历程

1．2．3 研究趋势

1．3 研究目的及意义

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究意义

1．4 主要研究内容

1．5 文章的结构安排

2 交通控制的相关理论和技术

2．1 交通信号灯控制的基本参数

2．1．1 周期长度

2．1．2 信号相位

2．1．3 绿信比

2．2 交通控制的基本评价指标

2．2．1 延误时间

2．2．2 通行量

2．2．3 停车次数

2．3 车辆检测技术

2．3．1 视频图像式车辆检测器

2．3．2 环形线圈式车辆检测器

2．3．3 微波雷达式车辆检测器

2．3．4 几种检测器的性篚总结和比较

2．4 交通信号控制系统分类

2．4．1 按信号控制范围分类

2．4．2 按信号控制方法分类

2．5 本章小结

3 系统总体硬件设计

3．1 磁阻传感器车辆检测系统

3．1．1 AMR传感器的工作原理

3．1．2 磁阻传感器HMC5883L的介绍

3．2 ZigBee无线通信模块

3．2．1 ZigBee协议规范概述

3．2．2 ZigBee协议栈结构

3．2．2 ZigBee设备

3．3 CC2530微控制器芯片

3．4 主控芯片STM32

3．4．1 stm32与协调器的链接

3．4．2 STM32与上层网络的连接

3．4 本章小结

4 信号灯配时的模糊控制算法

4．1 模糊控制理论简介

4．1．1 模糊数学的基本概念

4．1．2 模糊控制器的组成和设计

4．1．3 模糊控制的优点

4．2 单交叉口绿灯延时控制器的设计

4．2．1 控制器的输入输出量设定和模糊化

4．2．2 模糊规则的制定

4．2．3 解模糊

4．3 绿灯延时的模糊控制流程

4．4 本章小结

5 仿真测试

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果