基于FPGA交通灯智能控制系统的设计与实现

发布时间：2017-06-16 07:12

  本文关键词：基于FPGA交通灯智能控制系统的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,我国机动车保有量达2.7亿辆,其中汽车1.54亿辆,这些数据表明国内的生活水平不断提高,但是面对日益增长的机动车辆,国内大部分城市面临道路拥堵的问题,道路拥堵不仅造成城市环境的污染,而且会降低整个城市的运作效率。长此下去,将会严重制约我国经济的发展。由于造成交通拥堵的核心点就是路口信号灯的控制,则本文针对路口拥堵问题设计出一种能够对交通灯实时配时的控制系统,即能够根据路口的实际情况而调整绿灯通行时间,对解决城市拥堵问题有着重要的现实意义。本文通过深入研究车流量检测技术、FPGA技术、以及模糊控制技术等相关技术并将这些技术有效的运用于控制系统,以便它能够根据路口的实时信息来确定下个周期相同相位的绿灯显示时间。本文从算法设计和模块控制两个方面出发来描述整个智能控制系统,其中,算法设计主要包含车流量检测算法与模糊控制算法。车流量检测算法采用的是背景差分法与帧间差分法相结合的新型检测法,该新型检测法能够实时监测出路口在一定时间内是否有通行的车辆,而模糊控制算法核心是推导出输入与输出一一对应关系表,即模糊控制表,最终得到下个周期的通行绿灯显示时间。模块控制部分分为一个顶层模块和五个子模块,子模块分别为:负责时钟分频的时钟模块、负责检测线上是否有通行车辆的车流量检测模块、负责帧图像信息缓存的SDRAM乒乓缓冲模块、负责计算在一定时间内通行车辆总数的车流量统计模块以及负责控制路口信号灯显示状态的信号灯控制模块。本论文设计的车流量检测算法在Matlab验证通过,主控芯片选用目前主流的FPGA控制芯片,即型号为EP2C35F484C7芯片,并且本文采用Quartus II开发平台和Modelsim10.1 SE仿真软件来分别对整个控制系统进行开发与仿真。测试结果表明,该控制系统能够稳定运行,且各项性能指标均符合预期要求。
【关键词】：智能控制 FPGA 交通信号灯 乒乓缓存
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U491.51
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究依据及来源11-12
• 1.1.1 课题的研究依据11-12
• 1.1.2 课题的来源12
• 1.2 智能交通系统的国内外研究现状12-14
• 1.3 FPGA技术的简介14-17
• 1.3.1 FPGA的简介14-15
• 1.3.2 FPGA芯片的内部结构15-16
• 1.3.3 FPGA的发展方向16-17
• 1.4 本文的结构安排17-19
• 第二章 控制系统总体方案设计及算法设计19-37
• 2.1 需求分析19-20
• 2.2 系统总体设计方案20-21
• 2.3 车流量检测算法的设计21-31
• 2.3.1 常见车流量检测算法21-26
• 2.3.2 车流量检测算法的视频图像预处理26-29
• 2.3.3 车流量检测算法的实现29-31
• 2.4 模糊控制算法的设计31-36
• 2.4.1 模糊控制的简介32-33
• 2.4.2 模糊控制的优点33-34
• 2.4.3 模糊控制算法的实现34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 硬件系统选型及电路设计37-48
• 3.1 硬件选型的基本原则37-38
• 3.2 硬件控制系统关键参数计算38
• 3.2.1 缓冲图像容量大小计算38
• 3.3 硬件系统选型38-43
• 3.3.1 主控芯片选型39-40
• 3.3.2 缓冲模块选型40-43
• 3.3.2.1 三种缓冲结构对比41
• 3.3.2.2 SDRAM乒乓结构原理41-42
• 3.3.2.3 SDRAM芯片选型42-43
• 3.4 硬件电路设计43-47
• 3.4.1 FPGA外围电路43-44
• 3.4.1.1 时钟电路43-44
• 3.4.1.2 配置下载电路44
• 3.4.2 SDRAM缓冲电路44-46
• 3.4.2.1 HY57V641620结构45
• 3.4.2.2 HY57V641620接口电路45-46
• 3.4.3 电源电路46-47
• 3.4.4 交通灯硬件电路47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 基于VERILOG的FPGA模块化程序设计48-57
• 4.1 VERILOG语言简介48-49
• 4.2 顶层模块49-50
• 4.3 时钟模块50-51
• 4.4 SDRAM乒乓缓冲模块51-52
• 4.5 车流量检测模块52-54
• 4.6 车流量统计模块54-55
• 4.7 信号灯控制模块55-56
• 4.8 本章小结56-57
• 第五章 控制系统的功能仿真及测试结果57-72
• 5.1 软件简介57-60
• 5.1.1 Quartus II软件的简介57-58
• 5.1.2 ModelSim软件的简介58-60
• 5.2 顶层模块仿真60
• 5.3 时钟模块仿真60-61
• 5.4 SDRAM乒乓缓冲模块仿真61-64
• 5.5 车流量检测模块仿真64-65
• 5.6 车流量统计模块仿真65-67
• 5.7 信号灯控制模块仿真67-69
• 5.8 测试结果分析69-71
• 5.8.1 车流量统计的测试结果70
• 5.8.2 信号灯控制的测试结果70-71
• 5.9 本章小结71-72
• 第六章 总结及展望72-74
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78

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