Đồ án tốt nghiệp ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe

Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe MỤC LỤC MỞ ĐẦU .5 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU .6 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ DỰ KIẾN BỐ CỤC LUẬN VĂN CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined 1.1 NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ LOGIC MỜError! defined Bookmark not 1.1.1 Tập mờ Error! Bookmark not defined 1.1.1.1 Khái niệm tập mờ Error! Bookmark not defined 1.1.1.2 Các dạng hàm thuộc tiêu biểu Error! Bookmark not defined 1.1.2 Các khái niệm liên quan Error! Bookmark not defined 1.1.3 Các phép toán tập mờ Error! Bookmark not defined 1.1.3.1 Quan hệ bao hàm Error! Bookmark not defined 1.1.3.2 Các phép toán mở rộng Error! Bookmark not defined 1.1.3.3 Quan hệ mờ Error! Bookmark not defined 1.2 SỐ MỜ Error! Bookmark not defined 1.2.1 Định nghĩa Error! Bookmark not defined 1.2.2 Các phép toán Error! Bookmark not defined 1.2.3 Nguyên lý suy rộng Zadeh Error! Bookmark not defined 1.3 LOGIC MỜ Error! Bookmark not defined 1.3.1 Biến ngôn ngữ Error! Bookmark not defined 1.3.2 Mệnh đề mờ Error! Bookmark not defined 1.3.2.1 Các phép toán mệnh đề mờ Error! Bookmark not defined 1.3.2.2 Phép toán kéo theo mờ Error! Bookmark not defined 1.4 ĐIỀU KHIỂN MỜ Error! Bookmark not defined 1.4.1 Cấu trúc điều khiển mờ Error! Bookmark not defined Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe 1.4.2 Bộ mờ hóa Error! Bookmark not defined 1.4.2.1 Mờ hoá đơn trị Error! Bookmark not defined 1.4.2.2 Mờ hoá Gaus Error! Bookmark not defined 1.4.2.3 Mờ hoá tam giác Error! Bookmark not defined 1.4.3 Cơ sở luật mờ Error! Bookmark not defined 1.4.4 Bộ suy diễn mờ Error! Bookmark not defined 1.4.4.1 Trƣờng hợp đầu vào luật Error! Bookmark not defined 1.4.4.2 Trƣờng hợp hai đầu vào luật Error! Bookmark not defined 1.4.4.3 Trƣờng hợp nhiều đầu vào nhiều luậtError! defined Bookmark not 1.4.5 Bộ giải mờ Error! Bookmark not defined 1.4.5.1 Phƣơng pháp lấy max Error! Bookmark not defined 1.4.5.2 Phƣơng pháp lấy trọng tâm Error! Bookmark not defined 1.4.5.3 Phƣơng pháp lấy trung bình tâm Error! Bookmark not defined 1.5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ Error! Bookmark not defined 1.6 LẬP TRÌNH WINDOWS PHONE Error! Bookmark not defined 1.6.1 Môi trƣờng làm việc Error! Bookmark not defined 1.6.2 Một số hộp công cụ làm việc Error! Bookmark not defined 1.6.3 Một số thiết lập Error! Bookmark not defined 1.6.4 Chọn kích thƣớc cho hình máy ảo Error! Bookmark not defined 1.6.5 Chạy thử máy ảo Error! Bookmark not defined CHƢƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNGError! defined Bookmark not 2.1 PHÂN TÍCH THUẬT TOÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO XE Error! Bookmark not defined 2.1.1 Một số thuật toán suy diễn mờ Error! Bookmark not defined 2.1.1.1 Thuật toán suy diễn Max-Min (Phƣơng pháp Mamdani) Error! Bookmark not defined 2.1.1.2 Thuật toán suy diễn Max-Prod (Phƣơng pháp Larsen) Error! Bookmark not defined 2.1.2 Định nghĩa tất biến ngôn ngữ vào/ra tín hiệu vào/ra điều khiển Error! Bookmark not defined Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe 2.1.2.1 Các biến đầu vào Error! Bookmark not defined 2.1.2.2 Biến đầu Error! Bookmark not defined 2.1.3 Mờ hóa (Xác định tập mờ cho biến vào/ ra)Error! not defined Bookmark 2.1.3.1 Hàm phụ thuộc Temperature Error! Bookmark not defined 2.1.3.2 Hàm phụ thuộc Cover Error! Bookmark not defined 2.1.3.3 Hàm phụ thuộc wind Error! Bookmark not defined 2.1.3.4 Hàm phụ thuộc Speed Error! Bookmark not defined 2.1.4 Xác định luật mờ Error! Bookmark not defined 2.1.5 Chọn phƣơng pháp suy diễn Error! Bookmark not defined 2.1.6 Chọn phƣơng pháp giải mờ Error! Bookmark not defined 2.1.7 Tối ƣu hóa hệ luật thử nghiệm mô hình Error! Bookmark not defined 2.2 CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH Error! Bookmark not defined 2.2.1 Lấy vị trí ngƣời dùng sử dụng GPSError! defined Bookmark not 2.2.2 Lấy thông tin thời tiết tƣơng ứng với vị trí ngƣời dùng Error! Bookmark not defined 2.2.3 Tính tốc độ an toàn cho xe Error! Bookmark not defined 2.2.4 Tính tốc độ xe chạy Error! Bookmark not defined 2.2.5 Bản đồ theo dõi lộ trình xe chạy Error! Bookmark not defined CHƢƠNG TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 CÁC CÔNG CỤ 3.1.1 Công cụ viết chƣơng trình 3.1.2 Công cụ viết báo cáo 3.2 THIẾT KẾ GIAO DIỆN 3.2.1 Giao diện chƣơng trình .8 3.2.2 Giao diện chức khác 3.3 CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CHƢƠNG TRÌNH 10 3.3.1 Chức tính tốc độ an toàn cho xe 10 3.3.2 Chức theo dõi tốc độ xe đƣa cảnh báo cho ngƣời điều khiển 10 Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe 3.3.3 Chức đồ theo dõi lộ trình di chuyển 11 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 11 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 11 HẠN CHẾ .12 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe DANH LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.2 : Nhóm hàm hình chuông Error! Bookmark not defined Hình 1.3: Hàm thuộc tập mờ “nhiệt độ cao” Error! Bookmark not defined Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống điều khiển mờ Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Các dạng hàm phụ thuộc (membership function) phổ biến Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Hàm thuộc nhiệt độ Error! Bookmark not defined Hình 2.3: Hàm thuộc độ bao phủ Error! Bookmark not defined Hình 2.4: Hàm thuộc tốc độ gió Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Hàm thuộc tốc độ xe Error! Bookmark not defined Hình 3.1: Giao diện chƣơng trình .9 Hình 3.2: Giao diện chức khác Hình 3.3: Chức tính tốc độ an toàn 10 Hình 3.4: Chức theo dõi tốc độ 11 Hình 3.5: Chức đồ .11 Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, với phát triển nhanh khoa học công nghệ, loại xe oto đời đƣợc trang bị nhiều thiết bị hỗ trợ giúp cho ngƣời lái xe dễ dàng việc điều khiển nhƣ hệ thống kiểm soát hành trình (cruise control), camera hành trình, hệ thống dẫn đƣờng (hệ thống định vị) giúp cho ngƣời lái xe an toàn lƣu thông đƣờng Trong năm gần đây, lý thuyết logic mờ có nhiều áp dụng thành công lĩnh vực điều khiển Bộ điều khiển dựa lý thuyết logic mờ gọi điều khiển mờ Trái với kỹ thuật điều khiển kinh điển, kỹ thuật điều khiển mờ thích hợp với đối tƣợng phức tạp, không xác định mà ngƣời vận hành điều khiển kinh nghiệm Kể từ năm 1980, logic mờ đạt đƣợc nhiều thành công ứng dụng định phân tích liệu Châu Âu Nhiều kỹ thuật logic mờ cao cấp đƣợc nghiên cứu phát triển lĩnh vực Các hệ dùng logic mờ đơn giản dễ hiểu Sự “thông minh” hệ không nằm hệ phƣơng trình vi phân hay mã nguồn Cũng nhƣ việc kỹ sƣ Nhật thƣờng làm việc theo tổ, đòi hỏi phải có giải pháp để ngƣời tổ hiểu đƣợc hành vi hệ thống, chia ý tƣởng để tạo hệ Logic mờ cung cấp cho họ phƣơng tiện minh bạch để thiết kế hệ thống Và văn hóa, ngƣời Nhật không quan tâm đến logic Boolean hay logic mờ; nhƣ tiếng Nhật , từ “mờ’ không mang nghĩa tiêu cực Do đó, logic mờ đƣợc dùng nhiều ứng dụng thuộc lĩnh vực điều khiển thông minh hay xử lý liệu Máy quay phim máy chụp hình dùng logic mờ để chứa đựng chuyên môn ngƣời nghệ sĩ nhiếp ảnh Misubishi thông báo xe giới dùng logic mờ điều khiển, nhƣ nhiều hãng chế tạo xe khác Nhật dùng logic mờ số thành phần Trong lĩnh vực tự động hóa, Omron Corp có khoảng 350 phát minh logic mờ Ngoài ra, logic mờ đƣợc dùng để tối ƣu nhiều trình hóa học sinh học Đến nay, có khoảng 200 sản phẩm bán thị trƣờng vô số ứng dụng điều khiển trình – tự động hóa dùng logic mờ Từ thành công đạt đƣợc, logic mờ trở thành kỹ thuật thiết kế “chuẩn” đƣợc chấp nhận rộng rãi cộng đồng Vì lý nhƣ trên, đề xuất chọn đề tài tốt nghiệp: “Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe” với mong muốn giúp cho ngƣời lái xe an toàn tham gia giao thông Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe MỤC TIÊU • Tìm hiểu tổng quan kiến thức logic mờ • Tìm hiểu cách xây dựng hệ thống logic mờ • Phân tích yếu tố thời tiết môi trƣờng bên làm ảnh hƣởng an toàn đến phƣơng tiện tham gia giao thông Từ đánh giá để phân tích xây dựng hệ thống • Xây dựng tập luật để tính đƣợc tốc độ an toàn cho xe • Nghiên cứu công nghệ lập trình Window Phone 8, từ ứng dụng để viết chƣơng trình ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đồ án kết hợp nghiên cứu lý thuyết áp dụng vào toán cụ thể thực tiễn, phân tích xây dựng hệ thống theo lý thuyết logic mờ • Nghiên cứu lý thuyết: - • Tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu logic mờ ứng dụng logic mờ Tìm hiểu hệ thống thiết bị an toàn điều khiển tốc độ xe oto Nghiên cứu thực nghiệm: - Phân tích yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ xe oto Đánh giá ứng dụng logic mờ để dự báo điều khiển tốc độ xe oto dựa thông tin môi trƣờng Xây dựng chƣơng trình triển khai thử nghiệm Đánh giá kết KẾT QUẢ DỰ KIẾN • Xây dựng đƣợc chƣơng trình hoàn thiện tảng window phone • Xây dựng đƣợc hệ thống điều khiển tốc độ xe ứng dụng lý thuyết logic mờ • Đƣa vào sử dụng thử nghiệm chƣơng trình điều khiển tốc độ xe tảng Window Phone BỐ CỤC LUẬN VĂN Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe Giới thiệu tổng quan lý thuyết Logic mờ Trong chƣơng này, giới thiệu khái niệm phép toán liên quan đến tập mờ, Logic mờ, cấu trúc hệ mờ 1.1 Tập mờ 1.2 Số mờ 1.3 Logic mờ 1.4 Điều khiển mờ 1.5 Thiết kế điều khiển mờ 1.6 Lập trình Window Phoen Chƣơng PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG Trong chƣơng này, trình bày bƣớc thiết kế hệ thống logic mờ 2.1 Phân tích thuật toán xây dựng điều khiển mờ cho xe 2.2 Cài đặt chƣơng trình Chƣơng TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 1.1 Các công cụ 1.2 Thiết kế giao diện 1.3 Các chức KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 0.1 CÁC CÔNG CỤ - 0.1.1 Công cụ viết chƣơng trình Window 8.1 64 BIT Microsoft Visual Studio Ultimate 2013 Version 12.0.30501.00 Update Microsoft NET Framework Version 4.5.51641 Windows Phone SDK 8.0 - ENU 06181-004-0449004-02280 Windows Phone SDK 8.0 - ENU 0.1.2 Công cụ viết báo cáo - Microsoft Office Professional Plus 2010 - Paint.NET version 3.0 0.2 THIẾT KẾ GIAO DIỆN 0.2.1 Giao diện chƣơng trình Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe Hình 3.1: Giao diện chƣơng trình 0.2.2 Giao diện chức khác Hình 3.2: Giao diện chức khác Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe 0.3 CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CHƢƠNG TRÌNH 0.3.1 Chức tính tốc độ an toàn cho xe Yêu cầu ngƣời dùng phải bật tính GPS điện thoại Chƣơng trình sử dụng hệ thống GPS điện thoại để lấy vị trí thông tin thời tiết Sau tính tốc độ an toàn cho xe hiển thị thông tin lên hình Hình 3.3: Chức tính tốc độ an toàn 0.3.2 Chức theo dõi tốc độ xe đƣa cảnh báo cho ngƣời điều khiển Chƣơng trình tính tốc độ thời xe Nếu ngƣời dùng chạy vƣợt tốc độ an toàn chƣơng trình đƣa cảnh báo cho ngƣời dùng Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe Hình 3.4: Chức theo dõi tốc độ 0.3.3 Chức đồ theo dõi lộ trình di chuyển Khi ngƣời dùng di chuyển vị trí ngƣời dùng đƣợc hiển thị đồ Hình 3.5: Chức đồ KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC • Tìm hiểu làm rõ lý thuyết logic mờ, mệnh đề mờ, luật mờ, số mờ … • Ứng dụng logic mờ để dự báo điều khiển tốc độ xe môi trƣờng window phone • Xây dựng đƣợc chƣơng trình mô điều khiển tốc độ xe với liệu thông tin lấy từ internet 3G • Chƣơng trình chạy tảng window phone phổ biến nay, phù hợp với nhu cầu ngƣời sử dụng • Chức tính tốc độ xe đƣa cảnh báo cho ngƣời dùng tốc độ vƣợt tốc độ an toàn • Bản đồ ghi lại lộ trình của xe giúp cho ngƣời sử dụng dễ dàng việc di chuyển Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe • Giao diện trực quan, thao tác dễ dàng cho ngƣời sử dụng HẠN CHẾ • Chƣơng trình phân tích yếu tố đầu vào đơn giản dựa vào thông tin thời tiết môi trƣờng bên (nhiệt độ, độ bao phủ tốc độ gió) để tính tốc độ an toàn cho xe • Chƣơng trình ứng dụng mang tính chất minh họa, để áp dụng đƣợc thực tiễn phải nhờ chuyên gia có kinh nghiệm lĩnh vực giao thông đƣờng đánh giá xây dựng tập luật xác HƢỚNG PHÁT TRIỂN • Thêm yếu tố đầu vào phức tạp để xác định tốc độ an toàn cho xe hiệu đáp ứng nhu cầu thực tiễn (độ tốt xấu đƣờng đi, lƣu lƣợng xe đƣờng …) • Nhờ chuyên gia có kinh nghiệm đánh giá khảo sát để đƣa tập luật xác để áp dụng vào thực tế • Triển khai chƣơng trình nhiều tảng nhƣ (iOS, android ) [...]... năng tính tốc độ an toàn 0.3.2 Chức năng theo dõi tốc độ hiện tại của xe và đƣa ra cảnh báo cho ngƣời điều khiển Chƣơng trình sẽ tính tốc độ hiện thời của xe Nếu ngƣời dùng chạy vƣợt quá tốc độ an toàn chƣơng trình sẽ đƣa ra cảnh báo cho ngƣời dùng Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe Hình 3.4: Chức năng theo dõi tốc độ hiện tại 0.3.3 Chức năng bản đồ theo dõi lộ trình di chuyển... nhu cầu của ngƣời sử dụng • Chức năng tính tốc độ hiện tại của xe và đƣa ra cảnh báo cho ngƣời dùng nếu tốc độ hiện tại vƣợt quá tốc độ an toàn • Bản đồ ghi lại lộ trình của của xe giúp cho ngƣời sử dụng dễ dàng hơn trong việc di chuyển Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe • Giao diện trực quan, ít thao tác rất dễ dàng cho ngƣời sử dụng HẠN CHẾ • Chƣơng trình chỉ mới phân tích... dùng sẽ đƣợc hiển thị trên bản đồ Hình 3.5: Chức năng bản đồ KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC • Tìm hiểu và làm rõ lý thuyết về logic mờ, mệnh đề mờ, luật mờ, số mờ … • Ứng dụng logic mờ để dự báo điều khiển tốc độ xe trên môi trƣờng window phone 8 • Xây dựng đƣợc chƣơng trình mô phỏng điều khiển tốc độ xe với dữ liệu thông tin lấy từ internet hoặc 3G • Chƣơng trình chạy trên nền tảng window.. .Ứng dụng logic mờ xây dựng chương trình điều khiển tốc độ xe 0.3 CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CHƢƠNG TRÌNH 0.3.1 Chức năng tính tốc độ an toàn cho xe Yêu cầu ngƣời dùng phải bật tính năng GPS trên điện thoại Chƣơng trình sẽ sử dụng hệ thống GPS của điện thoại để lấy vị trí hiện tại và thông tin về thời tiết Sau đó sẽ tính tốc độ an toàn cho xe và hiển thị thông tin lên màn... độ, độ bao phủ và tốc độ gió) để tính ra tốc độ an toàn cho xe • Chƣơng trình ứng dụng còn mang tính chất minh họa, để áp dụng đƣợc trong thực tiễn phải nhờ các chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực giao thông đƣờng bộ đánh giá và xây dựng tập luật chính xác hơn HƢỚNG PHÁT TRIỂN • Thêm các yếu tố đầu vào phức tạp hơn để xác định tốc độ an toàn cho xe hiệu quả hơn đáp ứng nhu cầu của thực tiễn (độ. .. đầu vào phức tạp hơn để xác định tốc độ an toàn cho xe hiệu quả hơn đáp ứng nhu cầu của thực tiễn (độ tốt xấu của đƣờng đi, lƣu lƣợng xe trên đƣờng …) • Nhờ các chuyên gia có kinh nghiệm đánh giá và khảo sát để có thể đƣa ra tập luật chính xác hơn để có thể áp dụng vào thực tế • Triển khai chƣơng trình trên nhiều nền tảng hơn nhƣ (iOS, android )