BR102014033131A2 - Semaforgical control device using different logic embarked - Google Patents

Abstract

dispositivo de controle semafórico utilizando lógica difusa embarcada. a presente invenção refere-se a um dispositivo de controle de semáforos em que os tempos de estágios de indicação de movimento e as prioridades são ajustados por intermédio de uma lógica difusa embarcada, e que também considera o comportamento do fluxo de veículos em tempo real e dados do histórico. além disso, o dispositivo também atua nas definições de prioridades e a contagem do número de veículos em cada via e, processa dados de tempo como: estágio, ciclo, fase, retardo e aproximação. considerando que o desenvolvimento acelerado dos grandes centros urbanos nos últimos anos levou a um considerável aumento do número de veículos automotores o que provoca um aumento do consumo de combustível, da poluição, do índice de acidentes de trânsito e do tempo de deslocamento, e que quando bem projetado a utilização de semáforos é um meio bastante eficiente para o controle de tráfego, a utilização deste invento surge como uma alternativa para minimizar esse problema atual.

Description

Relatório descritivo da patente de invenção “Dispositivo de controle semafórico utilizando lógica difusa embarcada” Campo da invenção [001] O campo da invenção é um dispositivo de controle de semáforos em que os tempos de estágios de indicação de movimento e as prioridades são ajustados por intermédio de uma lógica difusa embarcada, e que também considera o comportamento do fluxo de veículos em tempo real e dados do histórico. Antecedentes [002] O desenvolvimento acelerado dos grandes centros urbanos nos últimos anos levou a necessidade de avanços políticos, sociais e ambientais para suprir a demanda pelo bem viver da população. Especificamente no que diz respeito à locomoção da população na área urbana observa-se um considerável aumento do número de veículos automotores. Atualmente, deparamos com uma maior facilidade na aquisição do automóvel e, por conseguinte o aumento da frota por habitantes; levando, ao aumento do consumo de combustível, da poluição, do índice de acidentes, do tempo de deslocamento etc.

[003] A utilização de semáforos é um meio bastante eficiente para o controle de tráfego. De forma que, quando o seu funcionamento é bem projetado, este contribui para a redução do consumo de combustível, dos acidentes, do tempo de deslocamento e da necessidade do aumento do sistema viário nas cidades.

[004] O funcionamento adequado de um semáforo depende de como foi projetado seu sistema de controle. A operação sem interrupção, a flexibilidade de poder variar os tempos de verdes e a prioridade de sentido de via em determinados momentos do dia são fatores importantes para um bom funcionamento de um sistema semafórico. Os controles de tempo e prioridade podem ser associados a uma estratégia conhecida como controle atuado pelo tráfego, em que o fluxo de veículos, e o histórico de fluxos passados permitem definir as mudanças nos parâmetros de funcionamento do sistema semafórico.

[005] Uma busca de anterioridade resultou em seis processos de propriedade intelectual relacionados com controle inteligente para semáforos [Michel Gelinger. Semáforo Inteligente Atuado Pelo Fluxo de Veículos. MU 8601660-1. 31/05/2006; Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Circuito Controlador De Semáforo Baseado na Lógica Multi-Valores MVL. PI 0504717-0. 28/07/2005.; Alline Zancanaro. Semáforo Inteligente Microcontrolado para Controle de Trafego Urbano de Veículos e Pedestres com Indicação Luminosa por Segmentos. PI 0301207-7. 05/02/2003.; Evilasio Schmitz. Semáforo Inteligente. MU 8201839-1. 08/08/2002.]; Joji Nagata. Semáforo Inteligente. PI 0103586-0. 09/07/2001. e Melquior Panini. Semáforo Eletrônico Gerenciador e Controlador de Tráfego em Vias Publicas, com Liberação da Via por Ordem de Chegada, Através de Sensores e Autossuficientes Através de Energia Elétrica Alternativa. PI 9904735-7. 05/11/1999.].

[006] Dentre as técnicas de inteligência artificial que podem ser utilizadas na operação de um sistema semafórico destacamos o controle baseado em lógica fuzzy, a partir de dados sensoriais em tempo real e do histórico do comportamento do fluxo de veículos no decorrer do tempo.

[007] Entre as metodologias de análises das respostas dos sensores, as técnicas computacionais de inteligência artificial têm apresentado eficiência e desempenho satisfatórios. A popularidade alcançada na aplicação de técnicas de inteligência artificial em diversas áreas de pesquisa faz com que estas sejam fortes candidatas para auxiliar no controle de processos. A inteligência artificial é definida como um campo da ciência da computação que visa reproduzir, por meios computacionais, as características normalmente atribuídas à inteligência humana, tais como: compreensão da linguagem, aprendizagem, raciocínio, reconhecimento de padrões, soluções de problemas e indução e dedução lógica. As técnicas de inteligência artificial denominadas de: sistema especialista, rede neural artificial, lógica fuzzy e algoritmo genético são as mais utilizadas [BAUCHSPIESS, 2004].

[008] Um sistema especialista consiste na formação de um conjunto de regras, dados de conhecimento ou da história e mecanismo de inferência visando uma solução lógica para um problema. Neste método o conhecimento humano é modelado de forma a ser construído um conjunto de regras. Como resposta, são apresentadas soluções e as razões de tal decisão. Os sistemas especialistas podem ser também associados com outras técnicas de inteligência artificial. Em geral, a necessidade de um grande banco de dados relacionado ao conhecimento e história do processo é considerada a grande desvantagem desta técnica.

[009] As redes neurais artificiais são baseadas no comportamento do neurônio e simulam a operação do sistema nervoso do ser humano. O cérebro por apresentar uma estrutura em redes interconectadas, tem sido o ponto de partida para o desenvolvimento de várias técnicas e modelos [BRESSLOF,1991]. Vários modelos de comportamento de neurônios em um cérebro humano foram surgindo, desde o modelo proposto por MCCulloch e Pits em 1943: perceptron de Frank Rosenblat, perceptron de multicamadas de Rumelhart, sistemas auto-organizáveis de Kohonen, memória associativa de Hopfield, ressonância adaptativa de Grossberg etc [KOSKO, 1992], [0010] As redes neurais artificiais podem ser consideradas como ferramenta de decisão baseada em aprendizagem. Tipicamente é apresentado a uma rede neural um conjunto de treinamento, que consiste em um grupo de exemplos com as quais a rede pode aprender. Após a rede treinada, a certificação é realizada com outro conjunto de dados não utilizado na etapa de treinamento. Então a rede estará pronta para tomar decisões dentro do seu universo de aprendizagem. A redução do tempo de treinamento, o condicionamento de dados e as limitações de alguns algoritmos ainda são temas de pesquisa em redes neurais artificiais.

[0011] A lógica fuzzy ou lógica difusa ou lóigca nebulosa é baseada no uso de aproximações, ao contrário da exatidão, com que estamos naturalmente acostumados a trabalhar. O princípio fundamental da lógica fuzzy é o da dualidade, em que dois eventos opostos podem coexistir. Isto é, um elemento pode pertencer, com certo grau de liberdade, a um conjunto e, em outro grau, a outro conjunto. Este princípio é observado em vários casos na natureza e na vida cotidiana, por exemplo, uma pessoa pode ter a sensação de calor, enquanto outra, no mesmo ambiente, acha que está frio. [DRIANKOV, 1993].

[0012] A necessidade do desenvolvimento de dispositivos de fácil operação, baixo custo e que proporcione eficiência e desempenho aceitáveis são os principais fatores para a utilização de sistemas embarcados em microcontroladores. Entre as diversas famílias de microcontroladores, os PIC da Microchip vêm apresentando as características como arquitetura Harvard RISC, comparador analógico, Timers, módulo Capture, Compare, PWM, Addressable Universal Synchronous-Asynchronous Receiver-Transmitter USART/SCI, memória de programa tipo flash e SRAM, Watchdog Timer, instrução SLEEP, proteção de código, In-Circuit Serial Programming, fontes de interrupção, modos de endereçamento direto, indireto, que são essenciais para o desenvolvimento de dispositivos de controle [IBRAHIM, 2008; WILMSHURST, 2007; PEREIRA, 2003, GARDNER, 2002].

[0013] Considerando que o desenvolvimento acelerado dos grandes centros urbanos nos últimos anos levou a um considerável aumento do número de veículos automotores o que provoca um aumento do consumo de combustível, da poluição, do índice de acidentes de trânsito e do tempo de deslocamento, e que quando bem projetado a utilização de semáforos é um meio bastante eficiente para o controle de tráfego, a utilização de sistemas semafóricos inteligentes surge como uma alternativa para minimizar esse problema atual.

[0014] Neste invento um dispositivo de baixo custo para controle semafórico em que os tempos e as prioridades são ajustados por intermédio de uma lógica difusa embarcada, conforme o comportamento do fluxo de veículos em tempo real e dados do histórico foi desenvolvido e se encontra disponível para a produção industrial.

Breve descrição dos desenhos [0015] A Figura 1 apresenta o diagrama em blocos do dispositivo de controle semafórico utilizando lógica difusa embarcada.

Descrição detalhada [0016] Os detalhes da presente invenção serão mostrados com base na Figura 1.

[0017] O dispositivo de controle semafórico utilizando lógica difusa embarcada funciona da seguinte forma: um programa computacional para gerenciamento total do dispositivo foi desenvolvido e embarcado no microcontrolador (10). O microcontrolador (10) solicita a leitura dos sensores de piso (20), para cada via, por intermédio do conversor analógico/digital (30). O microcontrolador (10) solicita a conversão de dados analógicos vindo dos sensores de piso (20) para dados digitais, por intermédio do conversor analógico/digital (30). O microcontrolador (10) processa os dados vindos do conversor analógico/digital (30) e envia o banco de dados (40) e para o fuzzificador (50). O microcontrolador (10) processa os dados vindos do fuzzificador (50) e envia-os para o banco de dados (40) e para o defuzzificador (60). O microcontrolador (10) processa os dados do defuzzificador (60) e envia-os para o conversor digital/analógico (70). O conversor digital/analógico (70) envia os dados de atuação para o driver de saída (80), responsável pelo funcionamento dos conjuntos semafóricos de cada via. Uma interface de processamento (90) interage com o microcontrolador (10) para permitir ajustes e/ou atualização das versões do programa computacional embarcado. Uma fonte (100) supre de energia elétrica o dispositivo de controle semafórico utilizando lógica difusa embarcada. Além das definições de prioridades e da contagem do número de veículos em cada via, o microcontrolador (10) processa os seguintes dados de tempo: estágio, ciclo, fase, retardo e aproximação. Os tempos de estágios para as indicações de verde, de vermelho, de mudança (amarelo) e de desobstrução que, em seu total representa um ciclo completo de processamento. O tempo de estágio verde mais os estágios de mudança e de desobstrução que o seguem, corresponde a uma fase. O tempo de retardo corresponde à diferença de tempo entre o início da fase verde no cruzamento a montante e o início da fase verde em um cruzamento a jusante. O tempo de aproximação corresponde ao somatório do tempo de desaceleração, do tempo durante o qual o veículo fica totalmente parado enquanto espera para atravessar o cruzamento e do tempo de aceleração até o veiculo alcançar a velocidade de fluxo local.

REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1. "DISPOSITIVO DE CONTROLE SEMAFÓRICO UTILIZANDO LÓGICA DIFUSA EMBARCADA", caracterizado por um circuito de controle de semáforos em que os tempos de estágios de indicação de movimento e definições de prioridades são ajustados por intermédio de uma lógica difusa embarcada em microcontrolador, e que considera o comportamento do fluxo de veículos em tempo real e seus dados de históricos, e que o microcontrolador processa dados de tempos de: ciclos, fases, retardas e de aproximação.

2. "DISPOSITIVO DE CONTROLE SEMAFÓRICO UTILIZANDO LÓGICA DIFUSA EMBARCADA", de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por um programa computacional para gerenciamento total do dispositivo foi embarcado no microcontrolador.

3. "DISPOSITIVO DE CONTROLE SEMAFÓRICO UTILIZANDO LÓGICA DIFUSA EMBARCADA", de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por um dispositivo onde opera de forma que um microcontrolador solicita a leitura dos sensores de piso, para cada via, por intermédio do conversor analógico/digital, e que o microcontrolador solicita a conversão de dados analógicos vindo dos sensores de piso para dados digitais, por intermédio do conversor analógico/digital, e que o microcontrolador processa os dados vindos do conversor analógico/digital e envia o banco de dados e para o fuzzificador, e que o microcontrolador processa os dados vindos do fuzzificador e envia-os para o banco de dados e para o defuzzificador, e que o microcontrolador processa os dados do defuzzificador e envia-os para o conversor digital/analógico, e que o conversor digital/analógico envia os dados de atuação para o driver de saída, responsável pelo funcionamento dos conjuntos semafóricos de cada via.

4. "DISPOSITIVO DE CONTROLE SEMAFÓRICO UTILIZANDO LÓGICA DIFUSA EMBARCADA", de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por uma interface de processamento interage com o microcontrolador para permitir ajustes e/ou atualização das versões do programa computacional.

5. "DISPOSITIVO DE CONTROLE SEMAFÓRICO UTILIZANDO LÓGICA DIFUSA EMBARCADA", de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado pelo funcionamento do dispositivo adaptável para qualquer geometria de cruzamento, formas de uso de cada faixa de pedestre, quantidade e velocidades de pedestres, e a necessidade de travessia de pedestres. Petição 870170036728, de 31/05/2017, pág. 2/3