基于SOPC Nios Ⅱ的單點(diǎn)自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)研究

　　為了提高道路交叉口通行能力，設(shè)計(jì)了一種單點(diǎn)交叉口自適應(yīng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用SOPC方案，利用具有NiosⅡ軟核的FPGA芯片設(shè)計(jì)了控制器的硬件，井利用遺傳算法建立了信號配時(shí)優(yōu)化模型、VHDL語言進(jìn)行了遺傳算法的硬件化、C語言編寫了單點(diǎn)自適應(yīng)控制器的程序。以成都市溫江區(qū)南熏-光華大道路口的實(shí)測數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的仿真實(shí)驗(yàn)，獲得了交叉路口的信號配時(shí)優(yōu)化方案。仿真結(jié)果表明，通過采用優(yōu)化的方案進(jìn)行交叉口信號配時(shí)后，各進(jìn)口的車輛排隊(duì)為零。驗(yàn)證了基于NiosⅡ單點(diǎn)在線自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)是有效的。

　　目前，解決城市交通擁堵，提高區(qū)域效益的重要手段之一是采用城市交通控制系統(tǒng)。單點(diǎn)交叉口控制是交通信號控制系統(tǒng)的最小單元，也是干線交叉口交通信息協(xié)調(diào)控制和區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。單點(diǎn)交叉口的在線式自適應(yīng)控制能根據(jù)前端檢測器得到的實(shí)時(shí)交通信息，自動對交通信號控制的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到改善交通通行狀況的目的，該方式將成為信號控制研究的主流?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方向之一是采用SOPC（System on a Programmable Chip）實(shí)現(xiàn)，SOPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式有3種，其中一種是用含有NiosⅡ軟核的FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。因此，本文對基于NiosⅡ的單點(diǎn)自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)開展了研究。

　　1 單點(diǎn)自適應(yīng)控制研究

　　單交叉路口信號配時(shí)方案的基本內(nèi)容是信號相位方案和信號基本控制參數(shù)，本文側(cè)重于對信號相位方案進(jìn)行優(yōu)化。

　　1.1 自適應(yīng)信號機(jī)控制策略

　　本文用交叉口飽和度s作為選擇控制策略的參數(shù)，將s分為（0，0.8），［0.8，0.9），［0.9，∞），3個(gè)區(qū)間，制定本自適應(yīng)信號機(jī)的控制策略。

　　當(dāng)車輛檢測器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)執(zhí)行固定周期信號控制。若交叉口飽和度s的值為（0，0.8）就執(zhí)行感應(yīng)控制。若交叉口飽和度s的值為［0.8，0.9），就執(zhí)行單點(diǎn)在線的實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制。若交叉口飽和度s為［0.9，∞）時(shí)，交叉口已處于飽和，應(yīng)改善交叉口幾何條件及交通條件。

　　1.2 系統(tǒng)功能分析與整體設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)的信號機(jī)控制器模塊是交叉口信號燈控制系統(tǒng)的控制核心，其將控制信號燈控制及驅(qū)動模塊、人機(jī)接口模塊、通信模塊、交通數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。