【正文】 ）將 8個按鍵一端接到 PLC 的輸入端。 （ 2）按照圖 ， 將 HEF4511BP 和七段數(shù)碼管相對應(yīng)的引腳用導(dǎo)線焊接。 PLC 的 I/O 具體接線原理圖見附錄 A：硬件接線原理圖（用 Protel99SE 軟件繪制） 。 圖 HEF4511BP引腳圖 圖 七段 數(shù)碼管 圖 硬件的設(shè)計 確定 I/O 點數(shù)及 PLC的選擇 控制器功能要求：東、西、南、北方向各有紅、黃、綠信號燈一盞，共 12 盞信號燈；有 2個 HEF4511BP（為 4 位 BCD 碼輸入，輸出驅(qū)動七段數(shù)碼顯示管 )；則共有 14 個輸出點。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極接到 +5V。 因此它被廣泛用作 電子，電氣 儀 表， 數(shù)控裝置 及 計算機(jī)的數(shù)顯器件。s)，高頻特性好，單色性好，亮度高 。另外 ， HEF4511BP有拒絕偽碼的特點，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù) 9(1001)時，顯示字形也自行消隱。其中 A， B， C， D為 BCD 碼輸入， A 為最低位。 HEF4511BP 芯片 和 七段數(shù)碼管 一． HEF4511BP 功能介紹 HEF4511BP是一 個用于驅(qū)動共陰極 LED（數(shù)碼管）顯示器的 BCD碼 — 七段碼譯碼器 ?；局噶?27 條，步進(jìn)指令 2條，應(yīng)用指令 298 條。 本次設(shè)計使用 FX2N 系列中的 FX2N32MT 產(chǎn)品 。 PLC 采用梯形圖邏輯編程，有利于電氣操作人員對 PLC 的編程，可 以方便地調(diào)整系統(tǒng)的程序和組態(tài)。 (3) 功能強(qiáng)大，應(yīng)用靈活。 PLC 的主要特點： (1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。如果需要任何時候都要被執(zhí)行的程序段，可以通過 特殊的內(nèi)部常閉繼電器或一個沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點來連接。 PLC 的編程的基本原則： (1) 輸入 /輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等器件的觸點可以重復(fù)使用，無需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點的使用次數(shù)。另外，在 PLC 的發(fā)展過程中，產(chǎn)生了三類按 1/0點分類的 PLC：小型、中型、大型。第四代為 1983 年到現(xiàn)在。 第三代在 19761983 年。這個時期的產(chǎn)品， CPU 由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出第一臺 PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章 智能交通燈的硬件設(shè)計 14 3 智能交通燈的硬件設(shè)計 硬件器件的簡介 三菱 FX2N32MT 型 PLC 可編程控制器又稱為可編程邏輯控制器 (Prgrammable Logic Controller)。所以經(jīng)典控制法很難取得滿意的效果。 總之，模糊控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展，不是用模糊性完全 取代精確性，而是承認(rèn)精確性向模糊性的逼近，是模糊思維在控制理論領(lǐng)域的重現(xiàn)。而在傳統(tǒng)控制中也引入了許多模糊控制的思想，這兩種思維方式的相互融和，標(biāo)志著控制論的成熟性更強(qiáng)、適應(yīng)性更廣， 也標(biāo)志著控制論中思維方式的先進(jìn)性和成熟性進(jìn)入了更高的階段。這種具有自組織功能的模糊控制器稱為自組織模糊控制器，它是目前糊控 制器研究的一個新領(lǐng)域。 在實際應(yīng)用中，重心法采用較多，一些研究試驗結(jié)果顯示重心法能給出較好的結(jié)果，有較好的穩(wěn)定性，它的輸出是連續(xù)的而不是跳躍的。 （ 3）加權(quán)平均法 此法又稱重心法，就是取輸出模糊集合隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)軸圍成面積的重心相應(yīng)的輸出當(dāng)作精確值的輸出。 （ 1）最大隸屬度法 它是在輸出模糊集合中選取隸屬度最大的論域元素為判決結(jié)果。解模糊的過程是模糊化的反過程，它是在模糊推理結(jié)果的基礎(chǔ)上產(chǎn)生輸出控制量的數(shù)值。 (三 )解模糊：根據(jù)給定的模糊算法，對輸入的模糊量進(jìn)行運(yùn)算，從而進(jìn)行判定，即將模糊集合映射到普通集合， 從而 可 得到輸出 的 確定量。輸入變量的值在內(nèi)部論域時是普通數(shù)值，經(jīng)過模糊化以后變?yōu)?[0， 1]區(qū)間內(nèi)的隸屬度。如圖 。而模糊集合隸屬函數(shù)可以取 [0， 1]中的任何值，隸屬度越接近 1，表示該點隸屬模糊集合的程度越高，否則越低。 模糊控制與傳統(tǒng)控制的關(guān)系 模糊控制理論 模糊控制理論是建立在扎德的模糊集合和模糊推理的基礎(chǔ)上。它的取值范圍為閉區(qū)間 [0， 1]。然而現(xiàn)實生活中時刻存在著模糊概念，如“運(yùn)行狀況良好”、“水溫有點高”等，它們的邊界都是不明確的。 模糊集 合和隸屬函數(shù) 一般地，給定一個論域，把具有某種確定性質(zhì)且彼此可以區(qū)別的對象組成的一個整體稱為集合。在改善系統(tǒng)性能時，模糊控制不像傳統(tǒng)控制系統(tǒng)那樣只河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 模糊控制 10 能調(diào)節(jié)個別參數(shù)，它可以通過改變控制規(guī)則、隸屬函數(shù)、推理方法、決策方法等多個途徑進(jìn)行調(diào)試，增加了高度的靈活性。模糊控制由于對數(shù)據(jù)的描述上采用了隸屬函數(shù)的方法，在控制規(guī)則的生成上基于人工控制的經(jīng)驗，模擬了人腦的模糊判斷，故控制過程中幾個規(guī)則的失效對控制特性影響極小。 (2) 模糊控制中的知識表述、模糊規(guī)則和合成推理是基于專家知識或者熟練操作者的成熟經(jīng)驗，并通過學(xué)習(xí)可不斷更新，因此它具有智能性和自學(xué)習(xí)性。在很多控制問題中，這種數(shù)學(xué)模型可能不存在或不完整。通常將人的控制行為用語言加以描述，總結(jié)成一系列條件語句，即控制規(guī)則。然 后根據(jù)數(shù)學(xué)模型以及給定的性能指標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律，進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計。模糊控制與傳統(tǒng)控制的根本不同在于模糊控制不需要對象的數(shù)學(xué)模型，因此，可以有效地克服對象數(shù)學(xué)模型建立上所遇到的非線性、時變性、滯后性等問題，先進(jìn)的模糊控制器還 具有參數(shù)優(yōu)化、模糊規(guī)則的自整定、自學(xué)習(xí)、自組織功能。也就是說一個模糊系統(tǒng)，它的狀態(tài)或輸入、輸出具有模糊性 [9]。經(jīng)典邏輯對于自然界普遍存在的非真非假現(xiàn)象是無法進(jìn)行處理的。 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 引言 7 （ 5）完成硬件電路的焊接。 本文的主要研究內(nèi)容 由于交通流量是時變的、非線性的，具有較大的隨機(jī)性，并且很難建立 精確的數(shù)學(xué)模型，所以本文設(shè)計了一種根據(jù)前后車流量來決定信號燈配時的模糊控制系統(tǒng)，其主要內(nèi)容如下 : （ 1）對十字路口交通信號燈控制問題、智能控制系統(tǒng)組成等進(jìn)行描述。城市交通控制研究的新發(fā)展還體現(xiàn)在城市交通網(wǎng)絡(luò)的各個方面：區(qū)域交通信號燈和城市高速公路匝道口的新的控制方法上；實現(xiàn)區(qū)域和高速 公 路的集成控制；采用動態(tài)路由導(dǎo)航與交通網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合；實現(xiàn)先進(jìn)車輛控制系統(tǒng) AVCS 為主的智能運(yùn)輸系統(tǒng) (ITS)；實現(xiàn) ATMS 和 ATIS 為主的城市多智能體交通控制系統(tǒng)；以及一些輔助的交通策略如道路自動計費(fèi)、公共交通優(yōu)先權(quán)等。自適應(yīng)控制系統(tǒng)被認(rèn)為實用性最強(qiáng)、是發(fā)展先進(jìn)的交通管理系統(tǒng) (ATMS)的最佳 基礎(chǔ)。遺傳算法是一種基于自然選擇和進(jìn)化的搜索技術(shù)，因而在優(yōu)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而模糊理論沒有學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，使用者難以確定和校正模糊規(guī)則。 智能交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著城市交通的發(fā)展，交通量的增大，多相位路口的信號控制將逐漸成為主流，所以今后研究的重點將是多相位控制。 （ 2）大多僅考慮兩個方向的直行交通流，而忽略左轉(zhuǎn)車流的影響。 現(xiàn)有智能交通控制的不足 智能控制能夠適應(yīng)交通系統(tǒng)復(fù)雜多變的局面，可獲得比傳統(tǒng)的定時控制 、感應(yīng)式控制方法更好的控制效果，必將成為未來交通控制的主要形式。智能交通系統(tǒng)是一種大范圍、全方位發(fā)揮作用的實時、準(zhǔn)確、高效的綜合交 通管理系統(tǒng)，是檢測技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)等信息技術(shù)在交通管理與控制中綜合應(yīng)用的體現(xiàn)。事實上，由于交通系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的大系統(tǒng)，無論單獨從車輛方面考慮還是從道路方面考慮，都很難從根本上解決問題。解 決這一矛盾，一方面措施是加大交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高交通供給水平； 另一個措施是改善城市布局，實施有效的交通管理，抑制交通需求。主張采用智能交通系統(tǒng)的人士說，這種技術(shù)將大大提高交通效率而節(jié)省大量的燃料和時間；除此之外，智能交通系統(tǒng)能夠減少交通事故，減少因事故造成的部分經(jīng)濟(jì)損失。那么解決城市擁堵的最科學(xué)又行之有效的途河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 引言 4 徑在哪里呢 ？ 最行之有效的良方或許就是大力發(fā)展智能化交通。采用新的人工智能技術(shù)進(jìn)行交通控制，己成為現(xiàn)代交通控制發(fā)展的必然的要求。對于感應(yīng)式信號控制，特別是應(yīng)用較為廣泛的區(qū)域感應(yīng)式信號控制系統(tǒng)，如 SCO0T、 SCATS 等，比定時信號控制來說是交通信號控制上的一大進(jìn)步，在很大程度上有效地減小了交通擁擠，大大提高了交通控制能力，為現(xiàn)代城市進(jìn)行交通控制作出了重要貢獻(xiàn)。此外，交通擁擠使交通事故增多，而交通事故的發(fā)生又造成交通擁擠加劇， 從而形成惡性循環(huán)。城區(qū)主要道路的平均負(fù)荷度高達(dá) 95%以上。一位在美國市區(qū)駕車上班者在 2021年全年平均在路上遇到塞車的時間長達(dá) 62 小時。 現(xiàn)代交通信號常常由電腦來控制。 這些實時自適應(yīng)控制系統(tǒng)的誕生在交通控制發(fā)展史上是一個偉大的創(chuàng)舉，他們可以根據(jù)檢測器測量的實時交通數(shù)據(jù)，聯(lián)機(jī)生成配時方案，同時不斷修正控制參數(shù)，以適應(yīng)交通流的動態(tài)隨機(jī)變化，因此有較高的控制精度和較好的響應(yīng)速度。該系統(tǒng)第一次把計算機(jī)技術(shù)用于交通控制，大大提高了控制系統(tǒng)的性能和水平。早期使用的交通信號燈越來越難 以勝任日趨復(fù)雜的交通控制任務(wù)了。 4年后，在設(shè)置于紐約的交通燈上又增加了第 3種顏色琥珀色。然而，當(dāng)某個信號燈發(fā)生爆炸并炸死了一名警察后，這個計劃就告吹了。 P完善路網(wǎng)來緩解交通擁擠不是短時間所能解決的，目前急需做的是進(jìn)一步挖掘路網(wǎng)的潛力并改善交通現(xiàn)狀，特別是改善交通信號控制。把 PLC 作為一個模糊控制器，采用梯形圖編程，通過模擬實驗保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，并根據(jù)不同的交通流量進(jìn)行模糊控制決策，優(yōu)化信號燈的配時，從而可以有效的解決交通流量不均衡、不穩(wěn)定帶來的問題。目前大多采用的是定時信號控制，很難得到滿意的效果。交通系統(tǒng)是一個具有隨機(jī)性、模糊性和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，建立數(shù)學(xué)模型非常困難，有時甚至無法用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法加以描述。 本文根據(jù)車流量來決定信號燈配時的模糊控制系統(tǒng)的研究設(shè)計，用 PLC 實現(xiàn)十字路口交通信號燈模糊控制的方法。作為城市交通命脈的 道 路阻塞會使整個城市交通陷入癱瘓。 1868年，發(fā)明家 J它們像鐵路信號一樣有一個傾側(cè)臂，并且將紅色和綠色的煤氣燈組合起來供夜晚使用的。貝尼施開發(fā)出一種紅綠燈系統(tǒng)，并且在俄亥俄州的克利夫蘭進(jìn)行了第一批安裝。早期使用的交通信號燈對于安全疏導(dǎo)交叉口的車輛交通起到了良好的作用，但因為其固定的周期長和紅綠燈時間控制效果不佳，隨著城市交通的飛速發(fā)展，交叉口處的交通沖突也越來越復(fù)雜。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，交通感應(yīng)路口控制機(jī)開始在美國使用，這種控制機(jī)當(dāng)時只用在單個交叉路口，其最大優(yōu)點是能根據(jù)交通檢測器測量的交通數(shù)據(jù)來調(diào)整交通控制方案，隨著計算機(jī)的發(fā)展 ， 1963 年，加拿大多倫多市建立了一套由河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 引言 2 JBM650 型計算機(jī)控制的交通信 號系統(tǒng)是基于模糊邏輯的路口交通燈控制算法 ，這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。 1979 年英國道路和運(yùn)輸研究 所研制成功了 SCOOT 系統(tǒng) ， 與此同時澳大利亞推出了 SCAI 系統(tǒng)。這些技術(shù)的應(yīng)用都不同程度的縮減了車輛延誤、提高了道路的通行能力、改善了交通環(huán)境 [3]。據(jù)一項對美國主要城市交通狀況的調(diào)查結(jié)果，在 1982 年至 2021 年間，美國城市在上下班高峰期間的交通堵塞狀況不斷加劇，由交通堵塞造成的時間和汽油浪費(fèi)而帶來的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá) 680億美元。以北京市為例，交通問題己成為影響城市正常功能發(fā)揮和城市可持續(xù)發(fā)展的一個全局性問題。據(jù)統(tǒng)計北京市僅來自汽車排放的尾氣中的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物分別占北京大氣污染物的 63%、 73%和 22%，是北京大氣中的主要污染源；因交通問題而引起的環(huán)境問題同樣己成為人類社會的公害之一。其中 ，定時信號控制作為較為簡單的信號控制方法，同時控制效果也較差。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)、控制理論和控制方法的不斷發(fā)展，人們對交通控制技術(shù)提出了更高的要求。特別是像北京這樣的著名歷史文化古城，一味地擴(kuò)展路面，不僅使古建筑和古跡遭到破壞，也破壞了城市獨有特征。 20 世紀(jì) 90 年代中期后，歐、美發(fā)展智能化交通明顯加快。當(dāng)前，交通問題已成為世界范圍內(nèi)制約城市發(fā)展的棘手問題，人們對交通需求的持續(xù)增長和交通設(shè)施供給之間的矛盾日益突出。與此同時，通過限制車輛增加以達(dá)到削減交通需求的目的，也受到客觀因素的制約而 無法取得滿意的效果。智能交通系統(tǒng)是現(xiàn)代交通管理與控制 中 更先進(jìn)和更高級的形式，代表了現(xiàn)代交通管理的更高水平。借助于這樣的交通信息，系統(tǒng)操作者和車輛駕駛員能迅速做出反應(yīng)，采取適當(dāng)?shù)男袆樱菇煌顩r得到改善[5]。 當(dāng)前基于模糊控制的智能交通控制研究的主要不足之處表現(xiàn)在： （ 1）主要局限于簡單交叉口單向車流的研究。 （ 5）信號相