基于FPGA的交通信号灯的智能控制系统

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近年来,随着我国人民生活水平的不断提高,越来越多的个人及家庭都拥有了自己的私家车,加上其他各类运输车辆,目前我国的机动车数已达到2亿余量。然而,与日俱增的机动车辆,也给城市带来了无尽的拥堵以及严重的环境污染,并导致全社会的运转效率降低。长此下去,将会严重制约我国经济的发展。所以,有效改善我国交通状况已成为迫在眉睫的任务。分析表明,产生车辆拥堵的一个主要因素是城市交通路口红绿灯的设置存在这样那样的技术及管理问题。目前,我国主要城市交通路口的交通信号灯都采用的是定时控制,控制形式单一,无法根据具体交通状况的变化而调整。因此。设计一种能够根据现场环境情况、实现交通信号灯自动配时的智能交通控制系统,对改善城市道路交通情况有着重要的意义。论文通过深入研究视频监控技术,FPGA技术,模糊控制技术等相关理论,并将其有效结合,设计了一种能够根据交通路口通行车流量的多少来实现交通信号灯自动配时的智能交通控制系统。论文从结构上共分为两大部分:算法设计部分和硬件设计部分。算法设计部分主要包括基于视频的车流量检测算法和模糊控制算法。车流量检测算法是论文算法设计的核心部分,该算法采用帧间差和背景差相结合的方法,检测出交通路口通过的车辆数量;模糊控制算法通过模糊控制表,得出一个合理的绿灯时间。硬件设计部分是通过FPGA技术设计实现的,主要包含四大硬件模块:顶层模块,负责连接外部电路的信号以及各个子模块之间的互联工作;车辆检测子模块,负责通过外部输入的图像信号来判断有无车辆的通过;车流辆统计子模块负责统计车辆检测子模块检测到的脉冲个数,即为通行的车辆数量,并作为信号灯控制模块的输入;信号灯控制模块依据车辆数量,并根据模糊控制算法,实现对交通信号灯的智能控制。本系统的车流量检测算法在Matlab软件上编程实现,硬件系统设计选用Xilinx公司的SpartanIII XC3S50芯片、通过VHDL进行硬件语言描述实现,并使用ISE12.3和modelsim6.5SE来分别进行电路开发和系统仿真。仿真结果表明,系统设计方案合理,可以实现交通路口信号灯的智能实时控制。本系统易于安装,且成本低,适合移植和推广,将为解决我国当前交通拥堵问题、实现交通控制系统智能化提供很好的参考和使用价值。
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