基于FPGA的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在如今經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下，居民私家車的購買量越來越多，但機(jī)動車增加的同時，也會給城市交通帶來很多問題。例如：交通擁堵、道路安全等問題。道路交通目前主要的調(diào)節(jié)方式就是十字路口設(shè)置信號燈。但顯然，固定的信號時間顯示已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的路況出行。本文研究的智能交通控制系統(tǒng)，運(yùn)用控制算法設(shè)計(jì)出可隨車流量及車輛排隊(duì)長度實(shí)時變化的交通紅綠燈的時間分配，能夠加快通行效率，避免時間的浪費(fèi)，從而使城市交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)轉(zhuǎn)更加靈活，極大的提高出行效率。本文主要利用模糊控制算法及主控FPGA芯片實(shí)現(xiàn)智能交通信號系統(tǒng)的控制。根據(jù)實(shí)際情況確定模糊控制算法的相應(yīng)規(guī)則表及輸入輸出的相關(guān)隸屬度函數(shù)并在MATLAB上實(shí)現(xiàn)一種雙輸入單輸出的算法控制模型；將得到的模糊控制模型轉(zhuǎn)換成verilog語言實(shí)現(xiàn)智能配時，在傳統(tǒng)交通燈控制代碼的基礎(chǔ)上加入該智能代碼實(shí)現(xiàn)交通信號燈的智能控制，最后在QuartusII上完成仿真。根據(jù)仿真結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)能夠根據(jù)車流量和車輛排隊(duì)長度智能的分配交通信號的顯示時間。使交通系統(tǒng)的控制更加合理。關(guān)鍵詞：交通燈；模糊控制算法；FPGA；智能配時目錄TOC\o"1-3"\h\u19666第一章緒論 第一章緒論選題背景和意義在我國綜合國力和經(jīng)濟(jì)日益雄厚的大背景下,人民群眾正在享受美好的生活。為了方便出行，大眾對私家車的購買需求大幅提高，機(jī)動化交通的比例也是居高不下。根據(jù)專業(yè)部門統(tǒng)計(jì)可以得出：截至2020年底，我國汽車保有量已經(jīng)攀升到2.8億，而且還會持續(xù)增加，這也會是一個不變的趨勢。隨之而來的，城市的規(guī)劃和管理就會有很多潛在的問題，例如交通堵塞，危險事故頻發(fā)，環(huán)境污染和資源不合理利用等問題[[]黃慧喜.基于車流量監(jiān)測的智能交通燈控制設(shè)計(jì)[J].汽車維修,2018(04):6-8.]。特別是因?yàn)榻煌ㄐ盘枱魰r長固定不變，常常出現(xiàn)紅燈方向車流量很大擁堵很嚴(yán)重，而綠燈方向卻幾乎沒有車輛出行；或者常常遇到一個路口紅燈下一個路口還是紅燈，就會造成很多無謂的時間消耗和道路利用率低的問題。城市交通不僅關(guān)系著城市的未來發(fā)展，居民生活也會受到影響。所以如何有效的解決顯現(xiàn)的交通問題，不論是對城市還是居民都是迫在眉睫的需求[[]黃慧喜.基于車流量監(jiān)測的智能交通燈控制設(shè)計(jì)[J].汽車維修,2018(04):6-8.[]YuanWangandMiZhou.RessearchofIntelligentTrafficLightControlSystemDesignBasedontheNIELVISIIPlatfrom[J].AppliedMechanicsandMaterials,2013,2748:1128-1131盡管多年來政府一直在投入大量的精力和財(cái)力設(shè)法解決，但傳統(tǒng)的解決方法如拓寬城市道路，對車輛限號出行，建設(shè)立體交通等措施都不能從根本上解決交通問題。只有通過與高科技結(jié)合研發(fā)出一套智能化的交通系統(tǒng)，特別是將實(shí)時性與交通信號有效的結(jié)合，根據(jù)路口實(shí)時性的數(shù)據(jù)來合理分配交通信號燈的顯示，一個城市的各個交通路口并不是獨(dú)立的而是相互聯(lián)系的，單獨(dú)改善一個路口也不能解決問題，這時就可需要利用大數(shù)據(jù)能夠全面的掌握各個路面的交通數(shù)據(jù)并預(yù)測未來十幾秒的出行狀況從而動態(tài)的調(diào)整交通系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)。將智能算法應(yīng)用到交通信號燈中具有潛在的優(yōu)勢[[]王一鳴,鄧琛,鄧高旭.基于模糊控制的智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子科技,2017,30(08):84-87+141.]，經(jīng)科學(xué)測算，智能信號燈的投入使用，將有效提高20%—35%的通行效率[[]劉秀龍.基于FPGA交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2016.]。將道路，車輛以及人流有機(jī)地結(jié)合起來，才是解決交通問題的關(guān)鍵，這樣既能有效的緩解道路的擁堵和安全問題，也能[]王一鳴,鄧琛,鄧高旭.基于模糊控制的智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子科技,2017,30(08):84-87+141.[]劉秀龍.基于FPGA交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2016.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19世紀(jì)六十年代，開創(chuàng)了交通信號控制系統(tǒng)發(fā)展先河的是英國；大約五十年之后，美國成功制造出了第一套電動式的交通信號控制系統(tǒng)；1963年，計(jì)算機(jī)技術(shù)成功與交通控制系統(tǒng)相結(jié)合并效果顯著[[]杜瑞雪.基于FPGA的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].云南大學(xué),2018.]。在此基礎(chǔ)上，交通信號燈進(jìn)行了不斷的改革和完善，經(jīng)歷了由純手工控制至全自動完成，單點(diǎn)控制到全面區(qū)域控制的轉(zhuǎn)變的過程[[]周春蕾.基于FPGA技術(shù)交通燈智能控制系統(tǒng)的研究[D].河北科技大學(xué),2010.]。目前，很多西方國家早已開始投入對交通智能化的研究，其中由英國發(fā)布的SCOOT系統(tǒng)與澳大利亞的SCATS系統(tǒng)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛NOTEREF_Ref21299\f\h5。這兩套系統(tǒng)主要的特點(diǎn)就是能夠?qū)崟r動態(tài)的變化，把道路情況與控制系統(tǒng)有效的結(jié)合，大大提高了出行效率。[]杜瑞雪.基于FPGA的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].云南大學(xué),2018.[]周春蕾.基于FPGA技術(shù)交通燈智能控制系統(tǒng)的研究[D].河北科技大學(xué),2010.我國的交通信號燈發(fā)展和起步都比較晚，直到改革開放之后，我國才從國外引進(jìn)交通信號燈技術(shù)并大規(guī)模使用。在機(jī)動車性能不斷完善的同時，道路交通也要相應(yīng)完善，我國愈來愈重視智能交通系統(tǒng)的研究并不斷的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新。目前，很多科研團(tuán)隊(duì)與國家有關(guān)部門配合研究，實(shí)現(xiàn)了很大的突破；在我國的黑龍江，青島和烏魯木齊等地已經(jīng)開始試用智能化的交通信號控制系統(tǒng)[[][]付仕.基于圖像處理的智能交通燈控制系統(tǒng)的研究[D].內(nèi)蒙古大學(xué),2019.第二章交通控制系統(tǒng)及算法原理2.1傳統(tǒng)交通系統(tǒng)原理目前大部分路口的控制系統(tǒng)分別控制十字路口四個不同的方向，信號顯示是由常規(guī)的三色信號完成[]徐輝.交通信號燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2020(14):3-5.]。交通燈的控制系統(tǒng)主要是由定時器、控制器、譯碼器和脈沖發(fā)生器等部分組成。控制器主要協(xié)調(diào)各個分立器件的工作[[]劉勇.數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社.2004:156-157]，由時鐘信號發(fā)生器發(fā)出信號源傳遞給主控制電路和計(jì)數(shù)器，通過計(jì)數(shù)器傳遞到譯碼器，經(jīng)譯碼器譯碼后通過顯示器呈現(xiàn)出對應(yīng)方向的信號顯示時間。

（1）控制器

控制器是交通控制系統(tǒng)的核心組成，相當(dāng)于交通控制的大腦來控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。一般通過兩個D觸發(fā)器結(jié)合產(chǎn)生4種[]徐輝.交通信號燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2020(14):3-5.[]劉勇.數(shù)字電路[M].北京：電子工業(yè)出版社.2004:156-157（2）定時器

定時器主要由計(jì)數(shù)器構(gòu)成，初始化時對計(jì)數(shù)器清零，計(jì)數(shù)器隨著脈沖信號上升沿觸發(fā)開始計(jì)數(shù)，每次增加1；并同時向控制器提供數(shù)據(jù)。

（3）譯碼器

譯碼器的主要任務(wù)是將控制器輸出的不同的轉(zhuǎn)換狀態(tài)，翻譯成各方向車道上信號燈不同的顯示時間，通過倒計(jì)時輸出。2.2模糊控制算法原理模糊控制算法:模糊控制算法的核心是模糊化的方法和模糊控制規(guī)則的建立，它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的一種智能控制算法[[]李洪中.基于模糊控制的智能交通燈系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].蘭州交通大學(xué),2013.]。實(shí)現(xiàn)該算法首先要確定輸入輸出的隸屬度函數(shù)，然后根據(jù)實(shí)際問題將相關(guān)專家和權(quán)威的經(jīng)驗(yàn)編成模糊規(guī)則，模糊規(guī)則制定完成后，將輸入量進(jìn)行模糊化處理，將模糊化后的信號作為模糊規(guī)則的輸入，[]李洪中.基于模糊控制的智能交通燈系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].蘭州交通大學(xué),2013.模糊控制過程如圖：圖2-1模糊控制算法框圖2.2.1隸屬度函數(shù)隸屬度是描述某個確定量隸屬于某個模糊語言變量的程度[[]林前進(jìn),楊波,余躍,王成明,蔡彬.基于變論域模糊控制算法的仿真與FPGA優(yōu)化實(shí)現(xiàn)[J].上海航天(中英文),2020,37(06):98-106.]。當(dāng)某一元素u屬于集合A時，就說該元素隸屬度為1；當(dāng)某一元素u完全不屬于集合A時，就說該元素隸屬度為0；當(dāng)某一元素u部分屬于集合A，部分不屬于集合A時，就說該元素u對于A的隸屬度是在開區(qū)間（0,1）中的某個數(shù)。模糊集主是凸模糊集[[][]林前進(jìn),楊波,余躍,王成明,蔡彬.基于變論域模糊控制算法的仿真與FPGA優(yōu)化實(shí)現(xiàn)[J].上海航天(中英文),2020,37(06):98-106.[]王書強(qiáng).基于模糊集理論的圖像處理與控制方法研究[D].北京交通大學(xué),20制定模糊規(guī)則模糊控制規(guī)則是模糊控制算法中重要的部分。該規(guī)則中的語言變量一般取“大”、“小”這樣能描述語言程度的語言值。其中各模糊子集以相應(yīng)的隸屬函數(shù)表明論域上的精確值屬于該模糊子集的程度。因此，為建立模糊控制規(guī)則，需要將基本論域上的精確值依據(jù)隸屬函數(shù)歸并到各模糊子集中。由于各變量取值范圍各異，故首先將各基本論域分別以不同的對應(yīng)關(guān)系，映射到一個標(biāo)準(zhǔn)化論域上。同一個模糊控制規(guī)則庫，對基本論域的模糊劃分不同，控制效果也不同。模糊規(guī)則的制定是模糊控制的核心內(nèi)容，控制性能的好壞很大程度上由模糊規(guī)則決定，目前主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來制定相應(yīng)的規(guī)則。2.2.3模糊化和解模糊化模糊化是將算法中輸入變量的清晰值變換成適用于模糊推理機(jī)進(jìn)行模糊推理的模糊值的一個必要方式。模糊推理是依照當(dāng)前輸入的模糊子集，按照設(shè)定的控制規(guī)則來完成相應(yīng)的模糊推理，得出了一個模糊控制輸出[[][]王永紅.基于模糊控制的智能交通燈教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù),2019,48(02):46-48.第三章基于FPGA智能交通控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)3.1整體方案設(shè)計(jì)目前投入使用的絕大多數(shù)是基于單片機(jī)的交通控制系統(tǒng)，控制方式固定，信號配時單一[[]LinMeiandLijianZhangandLingLingWang.IntelligentTrafficLightBasedonPLCControl[J].IOPConferenceSeries:EarthandEnvironmentalScience,2017,94(1)]，本文相對于傳統(tǒng)的單片機(jī)控制，采用FPGA作為主控芯片來實(shí)現(xiàn)交通信號的控制。FPGA具有靈活性強(qiáng)、運(yùn)行速度快的優(yōu)勢正可以適應(yīng)交通信號數(shù)據(jù)量大運(yùn)作快的特點(diǎn)。智能算法采用模糊控制算法，模糊控制算法作為一種根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)專家制定規(guī)則的智能算法可以很好的滿足根據(jù)交通路況動態(tài)控制的特點(diǎn)。但目前大多數(shù)智能交通燈控制系統(tǒng)針對的只是單一路口的紅綠燈的智能配時，城市的各個交通路口就像一個個節(jié)點(diǎn)，只有把這些節(jié)點(diǎn)連接起來匯成一個城市交通網(wǎng)絡(luò)才能更好的解決城市交通問題。而智能化的根本是對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析；根據(jù)大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)處理速度快和數(shù)據(jù)量巨大的特征[[]江大偉,高云君,陳剛.大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2019:64-66]，為處理交通問題提供了最有效且高效的辦法。交通中的數(shù)據(jù)主要分為行業(yè)數(shù)據(jù)、峰值數(shù)據(jù)和行駛數(shù)據(jù)[[]李彥.大數(shù)據(jù)在城市交通擁堵緩解的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代信息科技,2019,3(04):114-115+117.][]LinMeiandLijianZhangandLingLingWang.IntelligentTrafficLightBasedonPLCControl[J].IOPConferenceSeries:EarthandEnvironmentalScience,2017,94(1)[]江大偉,高云君,陳剛.大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2019:64-66[]李彥.大數(shù)據(jù)在城市交通擁堵緩解的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代信息科技,2019,3(04):114-115+117.[]魏永青,鄂飛,喬瑞,張志慶,馮閻.大數(shù)據(jù)背景下的智能交通系統(tǒng)應(yīng)用與平臺構(gòu)建[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2018(16):171-172.3.2FPGA的可行性分析FPGA（FieldProgrammableGateArray）是在PAL、GAL等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是專用集成電路的一種半定制電路。主要結(jié)構(gòu)有可編程輸入輸出單元、可配置邏輯塊、數(shù)字時鐘管理模塊、嵌入式塊RAM、布線資源、內(nèi)嵌專用硬核和底層內(nèi)嵌功能單元[[][]ZhiweiDeng.DesignofStreetLightIntelligentControlSystemBasedonZigBeeandFPGA[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2018,451(4)使用FPGA設(shè)計(jì)的可行性[[]徐厚意.基于FPGA的智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].江西理工大學(xué),2019.[]徐厚意.基于FPGA的智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].江西理工大學(xué),2019.（1）FPGA可靠性高，設(shè)計(jì)人員資金投入少，編寫語言較容易學(xué)習(xí)且更易修改，開發(fā)時間周期較短。（2）FPGA并行度高，能夠?qū)崿F(xiàn)多個模塊之間同時獨(dú)立運(yùn)算且運(yùn)行速度很快。（3）FPGA的可擴(kuò)展性強(qiáng)：相比于MCU，F(xiàn)PGA能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的情況，且在復(fù)雜情況下，能夠及時擴(kuò)展修改，方便快捷。（4）FPGA可重構(gòu)：根據(jù)需求FPGA內(nèi)部的邏輯可相應(yīng)改變，提高資源利用率，減少開發(fā)成本，并且占用存儲空間少，提高運(yùn)行效率。（5）模塊調(diào)用方便：FPGA有自己的模塊庫，在使用時可以任意調(diào)用，方便省時。3.3模糊控制算法模型的設(shè)計(jì)3.3.1建立輸入輸出的隸屬度函數(shù)a.輸入X1車流量（范圍10輛—60輛）:表3-1輸入X1的隸屬度表格15輛20輛25輛30輛35輛40輛45輛50輛55輛60輛VS0.80.5S0.81.00.80.5M0.80.5L0.80.5VLb.輸入X2車輛排隊(duì)長度（范圍40米—200米）：表3-2輸入X2的隸屬度表格40m60m80m100m120m140m160m180m200m220m240mVS1.00.80.5S0.80.5M0.80.5L0.80.5VLc.輸出Y綠燈時間（范圍20秒-100秒）:表3-3輸出Y的隸屬度表格20s30s40s50s60s70s80s90s100sVS1.00.70.3S0.70.3M0.70.3L0.70.3VL3.3.2確定模糊規(guī)則根據(jù)對輸入輸出的分析確定相應(yīng)的模糊規(guī)則（共25條）：表3-4模糊規(guī)則表VSSMLVLVSVSSMLVLSSSMLVLMSMLVLVLLMMLVLVLVLMMLVLVL模糊規(guī)則如表3-4所示：不同的語言值代表不同的情況，例如：當(dāng)車輛排隊(duì)長度是很短（VS），車流量也是很少（VS）時，對應(yīng)輸出的綠燈時間就是很短（VS）。3.4程序流程圖設(shè)計(jì)圖3-1程序流程圖首先初始化之后，根據(jù)制定的模糊控制規(guī)則對輸入端車流量和車輛排隊(duì)長度進(jìn)行分析來判斷出是否滿足智能控制要求；若滿足，則采用模糊控制算法；若不滿足，則采用默認(rèn)的配時顯示；紅綠燈設(shè)置采用東西，南北各為一組共有6個信號燈進(jìn)行顯示，最后輸出端顯示各盞燈的倒計(jì)時輸出，結(jié)果如圖3-1所示。第四章基于FPGA的智能交通控制系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)4.1軟件介紹4.1.1MATLAB軟件的簡介MATLAB由美國mathworks公司所發(fā)布，主要應(yīng)用方面是數(shù)值計(jì)算、可視化程序設(shè)計(jì)、交互式程序設(shè)計(jì)等高科技計(jì)算環(huán)境[[]潘巍,章興武.仿真建模與MATLAB實(shí)用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005：25-27.]。Matlab集數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等各種十分強(qiáng)大的功于一個易于使用、便于觀察的視窗之內(nèi)，可以為科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)等工作以及其他需要進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)任務(wù)提供了一種具體而又全面的解決方法[[]潘巍,章興武.仿真建模與MATLAB實(shí)用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005：25-27.[]葛顯龍.王偉鑫,李順勇.智能算法及應(yīng)用[M].四川:西南交通大學(xué)出版社,2017:13-14.（1）進(jìn)行數(shù)值分析。（2）支持大量數(shù)值類型和符號進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。（3）在工程方面，可以利用相應(yīng)的模塊進(jìn)行復(fù)雜的分析。（4）運(yùn)用于控制系統(tǒng)時，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真等內(nèi)容。（5）在面對數(shù)字圖像時，可以編輯圖像的內(nèi)容。（6）可以對數(shù)字信號進(jìn)行處理。4.1.2QuartusII軟件的簡介QuartusII是Altera公司提供給工程師對FPGA產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的配套軟件，該軟件支持與芯片實(shí)物不相關(guān)的集成化環(huán)境，方便設(shè)計(jì)[[][]郭利文,鄧月明.CPLD/FPGA設(shè)計(jì)與應(yīng)用基礎(chǔ)教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2019:38-39QuartusII軟件具備強(qiáng)大的處理能力，是工程師開發(fā)FPGA工程的首選工具，該軟件主要有以下幾個特點(diǎn)[[][]趙紅梅,王召東.可編程邏輯器件FPGA與CPLD的發(fā)展與應(yīng)用一例[J].平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào),2005(04):37-39.（1）支持高速的I/O設(shè)計(jì)。（2）集成化程度高，便于調(diào)試，并且大大加快了開發(fā)進(jìn)程。（3）可以導(dǎo)入原理圖直接進(jìn)行仿真，模塊化清晰，并支持多種硬件描述語言進(jìn)行功能編譯。（4）QuartusII開發(fā)平臺內(nèi)部可以提供模塊資源和豐富的IP核資源并支持了更加豐富的器件類型，也提供了很多免費(fèi)使用的宏單元模塊。（5）數(shù)字化邏輯功能設(shè)計(jì)，提供更加靈活的開發(fā)包環(huán)境。4.2MATLAB中模糊控制算法模型的建立4.2.1建立隸屬度函數(shù)a.車流量的隸屬度函數(shù)：圖4-1輸入X1車流量的隸屬度函數(shù)將車流量X1的清晰量轉(zhuǎn)化為模糊化的五個語言值，分別為：VS代表車輛很少S代表車輛少M(fèi)代表車輛適中L代表車輛多VL代表車輛很多。在matlab中的fuzzy模塊根據(jù)隸屬度表格繪制隸屬度函數(shù)（三角形式）如圖4-1所示。b.車輛排隊(duì)長度的隸屬度函數(shù)：圖4-2輸入X2車輛排隊(duì)長度的隸屬度函數(shù)把車輛排隊(duì)長度X2的清晰量轉(zhuǎn)換成表示模糊化的五個語言值，分別為：VS代表車輛排隊(duì)長度很短S代表長度短M代表長度適中L代表長度長VL代表長度很長。在matlab中的fuzzy模塊根據(jù)隸屬度表格繪制隸屬度函數(shù)（三角形式）如圖4-2所示。c.輸出綠燈時間的隸屬度函數(shù)：圖4-3輸出Y的隸屬度函數(shù)把綠燈時間Y的清晰量轉(zhuǎn)換成模糊化的五個語言值，分別為：VS代表時間很短、S代表時間短、M代表時間適中、L代表時間長、VL代表時間很長。在matlab中的fuzzy模塊根據(jù)隸屬度表格繪制隸屬度函數(shù)（三角形式）如圖4-3所示。4.2.2建立模糊規(guī)則圖4-4模糊規(guī)則表根據(jù)輸入輸出分別劃分的五種語言值（VSSMLVL），可建立5*5共25條模糊規(guī)則，如圖4-4所示。4.2.3清晰化結(jié)果圖4-5模糊控制模型（1）模糊控制模型如圖4-5所示：如圖所示得到的清晰化的結(jié)果，默認(rèn)為單車道情況。由圖可以看出，當(dāng)調(diào)節(jié)兩個輸入量的值時，輸出量隨之發(fā)生變化。圖中顯示當(dāng)車流量為35輛，車輛排隊(duì)長度為140米時；輸出的綠燈時間為76.7秒。4.3傳統(tǒng)交通信號燈仿真4.3.1傳統(tǒng)信號燈相關(guān)代碼根據(jù)傳統(tǒng)交通燈原理用硬件編程語言設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)的交通信號控制代碼。調(diào)用時通過調(diào)用頂層模塊進(jìn)行整體仿真。將其在QuartusII中編寫并完成仿真，部分代碼如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitytrafficisport (Inputports clk,hold,cr :instd_logic;--輸入信號 agreen,ayellow,ared,bgreen,byellow,bred :outstd_logic;--輸出信號L1,H1,H2,L2:outstd_logic_vector(3downto0);--輸出信號 OC:outstd_logic);endtraffic;4.3.2仿真波形圖4-7傳統(tǒng)交通信號仿真?zhèn)鹘y(tǒng)信號燈仿真如圖4-8所示：東西兩側(cè)的綠燈執(zhí)行40秒,南北兩側(cè)的紅燈也執(zhí)行40秒;東西兩側(cè)黃燈分別執(zhí)行5秒,南北兩側(cè)紅燈分別執(zhí)行;東西兩側(cè)的紅燈分別執(zhí)行40秒同時南北兩側(cè)的綠燈分別執(zhí)行40秒;東西兩側(cè)紅燈各執(zhí)行5秒,南北兩側(cè)為黃燈。4.4智能交通信號燈仿真4.4.1各等級劃分a.車流量的等級劃分：表4-1車流量等級劃分區(qū)間0-12輛13-24輛25-36輛37-48輛大于48輛等級等級0等級1等級2等級3等級4b.車輛排隊(duì)長度的等級劃分：表4-2車輛排隊(duì)長度等級劃分區(qū)間0-48米49-96米97-144米145-192米大于192米等級等級0等級1等級2等級3等級4c.制定相應(yīng)的模糊控制規(guī)則表：表4-3模糊控制規(guī)則等級表車流量（輛）車輛排隊(duì)長度（米）等級0（0-12輛）等級1（13-24輛）等級2（24-36輛）等級3（36-48輛）等級4（>48輛）等級0（0-48米）時間等級0（30s）時間等級1（40s）時間等級3（50s）時間等級6（70s）時間等級10（78s）等級1（49-96米）不存在時間等級2（45s）時間等級4（60s）時間等級7（71s）時間等級11（80s）等級2（97-144米）不存在不存在時間等級5（68s）時間等級8（72s）時間等級12（82s）等級3（144-192米）不存在不存在不存在時間等級9（75s）時間等級13（85s）等級4（大于192米）不存在不存在不存在不存在時間等級14（90s）根據(jù)之前制定好的輸入端車流量和車輛排隊(duì)長度的等級劃分，再結(jié)合實(shí)際情況，排除不可能出現(xiàn)的等級結(jié)合，這些不存在的可能共有10種；所以還剩下15種情況。分配這15條可用的規(guī)則，將15條規(guī)則根據(jù)模糊控制算法設(shè)置的輸出時間，同樣劃分成15個等級，制定成相應(yīng)的模糊控制規(guī)則表如表4-3所示。4.4.2在QuartusII上仿真實(shí)現(xiàn)（1）交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：圖4-8狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖交通信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖4-9所示，東西方向車輛正常行駛時，南北方向停止行駛；隨后進(jìn)入反應(yīng)時間；反應(yīng)時間結(jié)束后，東西方向車輛停車等待，南北方向正常行駛。以此循環(huán)。采用verilog語言先將設(shè)置好的模糊控制規(guī)則表根據(jù)狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換成可實(shí)現(xiàn)的硬件編程語言，再結(jié)合傳統(tǒng)的交通信號控制代碼在QuartusII中進(jìn)行編譯仿真，部分代碼如下：localparamTIME_LEVEL_0=7'd30;localparamTIME_LEVEL_1=7'd40;localparamTIME_LEVEL_2=7'd45;localparamTIME_LEVEL_3=7'd50;localparamTIME_LEVEL_4=7'd60;localparamTIME_LEVEL_5=7'd68;localparamTIME_LEVEL_6=7'd70;localparamTIME_LEVEL_7=7'd71;localparamTIME_LEVEL_8=7'd72;localparamTIME_LEVEL_9=7'd75;localparamTIME_LEVEL_10=7'd78;localparamTIME_LEVEL_11=7'd80;localparamTIME_LEVEL_12=7'd82;localparamTIME_LEVEL_13=7'd85;localparam