机电一体化毕业设计（论文）-十字路口交通信号灯的PLC控制程序设计.doc

永城职业学院毕业论文 毕毕 业业 论论 文文 论文题目：十字路口交通信号灯论文题目：十字路口交通信号灯 的的 PLCPLC 控制程序设计控制程序设计 题题 目：十字路口交通信号灯目：十字路口交通信号灯 班班 级：级： 专专 业：业：机机 电电 一一 体体 化化 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 日日 期期 20112011 年年 9 9 月月 1212 日日 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页 2 十字路口交通信号灯的十字路口交通信号灯的 PLCPLC 控制程序设计控制程序设计 摘要摘要 城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输， 以提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统， 建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采 用的是定时信号控制，很难得到满意的效果。而模糊控制是一种无须建立数学模 型的控制方法，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，达到很好的控制效果。 本文实现基于 PLC 的交通信号的模糊控制系统进行初步探讨与设计。 本文根据车流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的研究设计，用 PLC 实现 十字路口交通信号灯模糊控制的方法。把 PLC 作为一个模糊控制器，采用梯形图 编程，通过模拟实验保证系统运行稳定可靠，并根据不同的交通流量进行模糊控 制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来 的问题。 本文在分析了交通控制国内现状的基础上，说明了本论文的现实意义，简单 介绍模糊控制理论的有关知识，详细论述实行模糊控制所要采用的方法、技术及 现有线路所要做的基本工作等，详尽描述了交通指示灯的 PLC 控制系统硬件配置 并作出模拟实验。 关关 键键 词：词：城市交通；信号灯；模糊控制；PLC 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页 3 引引 言言 4 4 1.交通信号灯的产生 4 1.11.1 交通信号灯的产生交通信号灯的产生4 1.2 智能交通系统的发展趋势5 2.2.智能交通灯的硬件设计智能交通灯的硬件设计6 6 2.12.1 硬件器件的简介硬件器件的简介( ( 三菱三菱 FX2N-32MTFX2N-32MT 型型 PLC)PLC) 6 6 2.22.2 HEF4511BPHEF4511BP 芯片和七段数码管芯片和七段数码管9 3.硬件的设计 10 3.23.2 PLCPLC 的的 1/01/0 点地址分配点地址分配 10 3.3 硬件电路的连接 11 4 4 智能交通灯的软件设计智能交通灯的软件设计 1313 4.1 交通信号模糊控制算法的设计思想 13 4.2 控制器的软件设计 14 4.3 数据采集及处理程序： 14 5.5.硬件接线原理图硬件接线原理图 1717 6.6.智能交通灯设计流程图智能交通灯设计流程图 1818 7.7.交通灯程序梯形图交通灯程序梯形图 2121 结论 25 参考文献参考文献 2626 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页4 引引 言言 城市的快速发展，机动车拥有量的增长，给交通带来了许多问题，如交 通拥堵、交通事故频发等。作为城市交通命脉的道路阻塞会使整个城市交通陷入 瘫痪。完善路网来缓解交通拥挤不是短时间所能解决的，目前急需做的是进一步 挖掘路网的潜力并改善交通现状，特别是改善交通信号控制。可见，研制一种高 效的智能交通控制系统是很有必要的，因此，城市交通的智能控制目前已成为国 内外交通工程界研究的热点领域之一，最大程度地提高十字路口的通行能力，为 经济的发展和人民生活提供一个安全、畅通、高效的交通环境已成为必然1。 1.1. 交通信号灯的产生交通信号灯的产生 1.11.1 交通信号灯的产生交通信号灯的产生 自从有铁路以来，就出现了为沿某段轨道行驶的列车显示是否安全的信号了。 1868 年，发明家 JP奈特产生了将这些信号应用在道路的想法。他在伦敦的 议会大楼外设置了第一个交通信号。它们像铁路信号一样有一个倾侧臂，并且将 红色和绿色的煤气灯组合起来供夜晚使用的。然而，当某个信号灯发生爆炸并炸 死了一名警察后，这个计划就告吹了。由于汽车的发明以及交通量的不断增加， 交通信号日益成为一种需要，特别是在美国。20 世纪初，阿尔弗雷德贝尼施开 发出一种红绿灯系统，并且在俄亥俄州的克利夫兰进行了第一批安装。4 年后， 在设置于纽约的交通灯上又增加了第 3 种颜色琥珀色。1925 年，交通信号重新出 现在英国。1926 年英国人首次采用自动化的交通信号控制器来控制交通信号灯。 早期使用的交通信号灯对于安全疏导交叉口的车辆交通起到了良好的作用，但因 为其固定的周期长和红绿灯时间控制效果不佳，随着城市交通的飞速发展，交叉 口处的交通冲突也越来越复杂。早期使用的交通信号灯越来越难以胜任日趋复杂 的交通控制任务了。同时，随着人类科学技术水平的不断提高，相应地产生了符 合多种时间分离方法的多样化的现代化交通信号灯，学者们也提出了一些信号控 制方案，例如定时控制、感应控制等2。 1930 年，美国盐湖市开始使用联动式信号系统，该系统把相邻的几个交叉路 口作为一个整体，以人工方式集中控制，这种控制系统也就是当今协调控制系统 的雏形。随着传感器技术的发展，交通感应路口控制机开始在美国使用，这种控 制机当时只用在单个交叉路口，其最大优点是能根据交通检测器测量的交通数据 来调整交通控制方案，随着计算机的发展，1963 年，加拿大多伦多市建立了一套 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页5 由 JBM650 型计算机控制的交通信号系统是基于模糊逻辑的路口交通灯控制算法， 这是道路交通控制技术发展的里程碑。该系统第一次把计算机技术用于交通控制， 大大提高了控制系统的性能和水平。到 80 年代初，世界上己有大约 250 个的城 市建立了区域交通控制系统，对城市交通进行整体集中控制。1969 年英国学者设 计的区域控制系统优化程序 TRANSYT(Traffic Network Study Tools)被世界各国 广泛采用，对交通控制系统的发展起到了促进作用。1979 年英国道路和运输研究 所研制成功了 SCOOT 系统，与此同时澳大利亚推出了 SCAI 系统。这些实时自适 应控制系统的诞生在交通控制发展史上是一个伟大的创举，他们可以根据检测器 测量的实时交通数据，联机生成配时方案，同时不断修正控制参数，以适应交通 流的动态随机变化，因此有较高的控制精度和较好的响应速度。这些系统己经在 发达国家的城市网络交通控制中获得了成功的应用。随着智能控制技术的发展， 学者们提出了一些智能控制的方法，如模糊控制、神经网络控制和遗传算法等。 这些技术的应用都不同程度的缩减了车辆延误、提高了道路的通行能力、改善了 交通环境3。 现代交通信号常常由电脑来控制。电脑与道路底下的交通检测器相连接， 监视交通流量并测算出改变灯光的最佳时间。 1.21.2 智能交通系统智能交通系统的发展趋势的发展趋势 随着城市交通的发展，交通量的增大，多相位路口的信号控制将逐渐成为 主流，所以今后研究的重点将是多相位控制。可以通过模拟有经验的交通警察指 挥多相位交叉口的经验，得出多相位控制的基本原理：在某一相位放行的过程中 除了尽快消除当前通行的车队队长外，还需要不断观察下一相位车道上的车队长 度，综合考虑是否把通行权交给下一个相位。因此把队长作为控制目标，综合考 虑各车道上的队长，以此决定绿灯信号分配的方法更接近人的决策过程8。 在交通控制中，配时方案的优化是非常关键的一步。传统的数学方法还无找 到它的全局最优解。遗传算法是一种基于自然选择和进化的搜索技术，因而在优 化领域有着广泛的应用。当然，将模糊、神经网络、遗传算法等多种智能控制方 法综合集成，将是今后智能控制发展的一个方向。深人开展这种多学科的交叉综 合研究，将有助于智能控制理论的发展，使智能控制的理论及应用研究更为深人， 更有实际价值。 面向中国城市交通情况和功能需求，开发研究新一代的实时自适应控制与管理系统， 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页6 成为中国城市交通控制系统发展的必由之路。自适应控制系统被认为实用性最强、是发展先 进的交通管理系统(ATMS)的最佳基础。因此，自适应交通控制系统将是未来一个阶段交通控 制系统的发展方向。对于单点控制，当交叉口处于过饱和或者近饱和状况时，无论多么智能 的控制系统也将无能为力，仍然需要交通警察的指挥来疏导交通。问题在于超长排队会导致 交叉口的瘫痪，仅靠单个路口来尽快消散排队是不可能的。城市交通控制研究的新发展还体 现在城市交通网络的各个方面：区域交通信号灯和城市高速公路匝道口的新的控制方法上； 实现区域和高速公路的集成控制；采用动态路由导航与交通网络控制结合；实现先进车辆控 制系统 AVCS 为主的智能运输系统 (ITS)；实现 ATMS 和 ATIS 为主的城市多智能体交通控 制系统；以及一些辅助的交通策略如道路自动计费、公共交通优先权等。从城市交通控制的 发展历史和未来社会对城市交通的要求来看，实现城市整体交通网络智能化控制将是发展的 必然。智能交通系统的未来研究方向应更重视人的能动性，提供各种各样的信息，从不同的 方案中选择最符合实际情况的一种。因此，智能交通系统的主要目标可以概括为：保 障交通安全、提高交通效率、改善城市环境、降低能源消耗。智能交通系统的主 要功能体现在智能化地收集交通信息及其他各类相关信息加以分析处理，并将注 释的信息反馈给系统的操作者或驾驶员。借助于这样的交通信息，系统操作者和 车辆驾驶员能迅速做出反应，采取适当的行动，使交通状况得到改善。 2.2.智能交通灯的硬件设计智能交通灯的硬件设计 2.12.1 硬件器件的简介硬件器件的简介( ( 三菱三菱 FX2N-32MTFX2N-32MT 型型 PLCPLC) ) 可编程控制器又称为可编程逻辑控制器(Prgrammable Logic Controller)。 根据国际电工委员会(IEC)在 1987 年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其定 义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用 而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控 制，定时，计数与算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于 使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计14。 1969 年，美国数字设备公司(DEC)研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动 装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便， 可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工 业领域推广应用。到 1971 年，己经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等工 业。虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成 电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页7 大致可分四代：第一代在 1969-1972 年。这个时期的产品，CPU 由中小规模集成 电路组成，存储器为磁芯存储器。第二代在 1973-1975 年。这个时期的产品已开 始使用微处理器作为 CPU，PLC(可编程逻辑控制器)成为真正意义上的 PC(可编程 控制器)(尚未正式命名)，而存储器采用半导体存储器。其功能上有所增加，能 够实现数字运算、传送、比较等功能，并初步具备自诊断功能，可靠性有了一定 提高。第三代在 1976-1983 年。这个时期，PLC 进入了大发展阶段，美国、日本、 原西德各有几十个厂家生产 PLC。这个时期的产品己采用 8 位和 16 位微处理器作 为 CPU，部分产品还采用了多微处理器结构。其功能显著增强，速度大大提高， 并能进行多种复杂的数学运算，具备完善的通讯功能和较强的远程控制能力，具 有较强的自诊断功能并采用了容错技术。第四代为 1983 年到现在。这个时期的 产品除采用 16 位以上的微处理器作为 CPU 外，内存容量更大，有的已达数兆字 节；可以将多台 PLC 链接起来，实现资源共享；可以直接用于一些规模较大的复 杂控制系统；编程语言除了可使用传统的梯形图、流程图等，还可使用高级语言； 外设多样化，可以配置打印机等 15。 第一代 PLC 功能太弱，已基本淘汰；第四代 PLC 面向复杂大型系统，应用还 不广泛。目前，在各行业应用最多的是第二、三代产品。另外，在 PLC 的发展过 程中，产生了三类按 1/0 点分类的 PLC：小型、中型、大型。一般小于 256 点为 小型(小于 64 为超小型或微型 PLC)。控制点不大于 2048 点为中型 PLC。2048 点 以上为大型 PLC(超过 8192 点为超大型 PLC)16。 1)PLC 的的编编程的基本原程的基本原则则： ： 输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的触点可以 重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。 梯形图每一行都是从左母线开始的，线圈终止于右母线。触点不能放在线 圈的右边。 除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母 线相连。如果需要任何时候都要被执行的程序段，可以通过特殊的内部常闭继电 器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。 在程序中，不允许编号相同的线圈两次出现。 不允许出现桥式电路。 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页8 程序的编写顺序应按自上而下、从左至右的方式编写，为了减少程序的步 数，程序应为“左大右小，上大下小”17。 2)PLC 的主要特点：的主要特点： 可靠性高，抗干扰能力强。PLC 是专为工业控制而设计，在硬件方面采用 了电磁屏蔽、光电隔离、模拟量和数字量滤波、优化电源等措施，并对元件进行 了严格的筛选，在软件方面采用了警戒时钟、故障诊断、自动恢复等措施，利用 后备电池对程序和数据进行保护，因此，PLC 具有其他工业控制设备更高的可靠 性。 编程简单，使用方便。PLC 采用面向过程，面向问题的“自然语言”编程， 比如梯形图语言编程方式，非常直观，易懂易编，容易推广使用，现代的 PLC 已 经使用 IEC1131-3 作为编程语言标准，具有功能清晰、易于理解的特点正在被 技术人员所接纳和采用。 功能强大，应用灵活。PLC 的基本功能包括数字和模拟量输入/输出、算 术和逻辑运算、定时、计数、步进、移位、比较、代码转换等，还能完成 A/D、D/A 转换、以及通讯网络、生产过程监控等功能。PLC 的配置、安装、使用 和维护都很简单，方便，PLC 标准的积木式结构与模块化的程序设计可以适应大 小不同、功能复杂的控制要求，并能适应产品规格或者工艺要求的变化，从而可 以节省大量的人力和物力。 维护操作方便，扩展容易 PLC 的输入/输出能够直观地反映现场信号的变化状态，PLC 不能通过各种方 式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O 点状态、 异常状态、电源状态等，均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员监视系统 的工作状态。PLC 采用梯形图逻辑编程，有利于电气操作人员对 PLC 的编程，可 以方便地调整系统的程序和组态。PLC 的模块化结构，可以允许维护人员方便地 更换故障模块或在生产工艺流程改变时更改系统的结构和配置。 FX2N 系列 PLC 是日本三菱公司继 F1，F2 系列 PLC 之后新推出的小型机。它 同时具有单元式 PLC 的简单易用和模块式 PLC 的功能强大，配置灵活，性能高， 具有在线和离线编程功能，处理速度快的优点。 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页9 本次设计使用 FX2N 系列中的 FX2N-32MT 产品。FX2N-32MT 表示该 PLC 的型号 为 FX2N，I/O 总点数为 32，基本单元，晶体管输出方式，交流电源，直流 24V 输 入，横式端子排。处理速度为 0.08us/步。内附 8K 步 RAM（可装 RAM，EEP- ROM，EPROM 存储卡盒） 。基本指令 27 条，步进指令 2 条，应用指令 298 条。 100ms 定时器 200 点，T0T199；10ms 定时器 46 点，T200T245。高速计数器 1 相 1 输入 11 点，C235C245，1 相 2 输入 5 点，C246C250。普通型数据寄存 器 200 点，D0D199；特殊用数据寄存器 256 点，D8000D8225。 2.22.2 HEF4511BPHEF4511BP 芯片和七段数码管芯片和七段数码管 一HEF4511BP 功能介绍 HEF4511BP 是一个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器的 BCD 码七段码 译码器。特点：具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。 HEF4511BP 是一片 CMOS BCD 锁存7段译码驱动器，引脚排列如图3.1所示。其 中 A，B，C，D 为 BCD 码输入，A 为最低位。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出 端，输出为高电平1有效。LT 为灯测试端，加低电平时，显示器正常显示，加高 电平时，显示器一直显示数码“8” ，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。 BI 为消隐功能端，高电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加低电平。 另外，HEF4511BP 有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示 字形也自行消隐。LE 是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。VDD 接 高电平，VSS 接低电平。 二七段数码管简介 七段数码管见图 3.2 所示，它的主要特点有： 发光响应时间极短(01s)，高频特性好，单色性好，亮度高。 寿命长，使用寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时。 能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 CMOS、ITL 电路兼容。 体积小，重量轻，价格低。 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页10 因此它被广泛用作电子，电气仪表，数控装置及计算机的数显器件。 七段数码管有共阴极和共阳极两种结构。按发光二极管单元连接方式分为共 阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起 形成公共阳极的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极接到+5V。共阴数码管 是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极的数码管。共阴数码管在应 用时应将公共极接地。本次设计选用共阴极结构，与芯片 HEF4511BP 相连。 图 3.1 HEF4511BP 引脚图 图 3.2 七段数码管图 3.3.硬件的设计硬件的设计 3.13.1 确定确定 I/OI/O 点数及点数及 PLCPLC 的选择的选择 控制器功能要求：东、西、南、北方向各有红、黄、绿信号灯一盏，共 12 盏信号灯；有 2 个 HEF4511BP（为 4 位 BCD 码输入，输出驱动七段数码显示管)； 则共有 14 个输出点。该控制器设一个启动按钮；一个停止按钮；8 个按键（模拟 传感器式检测器） ；共有 10 个输入点。因此，可选用日本三菱 FX2N-32MT 的 PLC 作为控制器核心，它有 16 个输入点，16 个输出点，继电器输出。 3.23.2 PLCPLC 的的 1/01/0 点地址分配点地址分配 系统 I/O 地址定义如表 3.1 所示 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页11 表 3.1 交通灯控制系统 I/0 地址定义表 信号名称信号地址说明 开启按钮 X000 开启按钮动作检测信号，高电平有效 停止按钮 X001 停止按钮动作检测信号，低电平有效 东路近端传感器 E1 X002 传感器计数，上升沿动作 东路远端传感器 E2 X003 传感器计数，上升沿动作 西路近端传感器 W1 X004 传感器计数，上升沿动作 西路远端传感器 W2 X005 传感器计数，上升沿动作 南路近端传感器 S1 X006 传感器计数，上升沿动作 南路远端传感器 S2 X007 传感器计数，上升沿动作 北路近端传感器 N1 X010 传感器计数，上升沿动作 北路远端传感器 N2 X011 传感器计数，上升沿动作 两个七段数码管 Y000Y007 显示十字路口交通灯倒计时 东西绿灯 Y010 东西绿灯控制信号，高电平接通 东西黄灯 Y011 东西黄灯控制信号，高电平接通 东西红灯 Y012 东西红灯控制信号，高电平接通 南北绿灯 Y013 南北绿灯控制信号，高电平接通 南北黄灯 Y014 南北黄灯控制信号，高电平接通 南北红灯 Y015 南北红灯控制信号，高电平接通 其中 X 为输入继电器，Y 为输出继电器，电源的连接对照 PLC 的使用手册19。 PLC 的 I/O 具体接线原理图见附录 A：硬件接线原理图（用 Protel99SE 软件 绘制） 。 3.33.3 硬件电路的连接硬件电路的连接 （ （1） ）对对照附照附录录 A：硬件接：硬件接线线原理原理图连图连接接电电路板。步路板。步骤骤如下：如下： 将 HEF4511BP，七段数码管，按键，发光二极管，USB 接口，电阻引脚放 入电路板上。摆放要求美观，对称，合理布局。 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页12 按照图 3.1，3.2 将 HEF4511BP 和七段数码管相对应的引脚用导线焊接。 将 HEF4511BP 输入引脚 A，B，C，D 接到相应的电阻上再接到 PLC 上。 将 HEF4511BP 上剩下的控制和电源引脚接到对应的电源正负极上。 将对称的同一颜色的发光二极管相并联，然后与对应的电阻相串联，最后 接到 PLC 上。 将 8 个按键一端接到 PLC 的输入端。 将 USB 端口焊在电路板上。将相关涉及到电源和接地的部件与 USB 正负极 相连。 最后，硬件摆放如图 3.3 电路板布局图。 图 3.3 电路板布局图 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页13 4 4 智能交通灯的软件设计智能交通灯的软件设计 4.14.1 交通信号模糊控制算法的设计思想交通信号模糊控制算法的设计思想 在十字路口的车道上，分别设置 2 个环型传感器式检测器，一个设在十字路 口处，用于检测离开的车辆数；另一个设在距第一个环型检测器约 100m 处，用 于检测到达的车辆数。 这样可检测出每个车道上的车辆数，再经过比较可得出当前绿灯方向和当前 红灯方向处于检测区的最大车辆数即队长(按平均 5m 一辆车计算，100m 车道上最 多约 20 辆)，如图 4.1 所示： 图 4.1 传感器设置图 为了实现交通灯的模糊控制，将绿灯时间分为两部分。其一是固定的最小时 间 t1 为 12s，其二是根据车辆流量变化进行模糊决策的绿延时 t2。本系统的输 出是东西和南北两个方向的红、黄、绿灯，由于两个方向的输出关系是固定的， 最终都可归结到对当前绿灯的延时上。 永成职业学院毕业论文 第 页共 26 页14 4.24.2 控制器的软件设计控制器的软件设计 控制器的工作原理：控制器接通电源，按下启动按钮，开始工作。首先东西 方向绿灯亮，南北方向红灯亮(亮灯延时时间由队长决定)，当东西方向绿灯灭转 黄灯亮 3s；东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮(亮灯延时时间由队长决定)，当南 北方向绿灯灭转黄灯亮 3s；接着又转东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，如此循 环，直到按下停止按钮结束。显示时间最短为 15s，最长为 60s。交通灯控制时 序图如下图 4.2。 启动 M100 东西绿灯 Y10 东西黄灯 Y11 东西红灯 Y12 南北绿灯 Y13 南北黄灯 Y14 南北红灯 Y15 T0 T1T2 T3 T4 T5 图 4.2 控制时序图 通过 X2-X11 可测出每个车道上的车辆数即队长，经过比较得出当前绿灯方 向和当前红灯方向处于检测区的最大车辆数，再通过查表 4.3 得出绿延时 t2。因 此，交通灯控制程序主要由队长数据采集程序、绿延时查表程序、灯亮程序和时 间显示程序组成。 4.34.3 数据采集及处理程序：数据采集及处理程序： 4.3.14.3.1 东西方向数据采集及处理东西方向数据采集及处理 1）东东西方向数据采集及西方向数据采集及处处理理 永成职业学院毕业论文 第 页共 26 页15 PLC 接受来自东西方向进入路口车辆信号 X3、X5 和东西方向通过路口车辆 信号 X2、X4。 分别计算东，西方向停候等车的数量 D4=D2-D0 和 D5=D3-D1。 求 D6=MAXD4,D5。如图 4.3 东西方向设计图所示： 图 4.3 东西方向设计图 根据停留车辆 D6 计算东西绿灯延时的时间 T1。 2）南北方向数据采集及）南北方向数据采集及处处理理 PLC 接受来自南北方向进入车辆信号 X7、X11 和南北方向通过路口车辆信 号 X6、X10。 分别计算东，西方向停候等车的数量 D12=D10-D8 和 D13=D11-D9。 求 D14=MAXD12,D13。 根据停留车辆 D14 计算南北绿灯延时的时间 T4。 4.3.24.3.2 绿灯延时查表程序绿灯延时查表程序 根据模糊控制查询表 4.3 得到的绿灯延时 T1(东西方向)，T4(南北方向)。 永成职业学院毕业论文 第 页共 26 页16 4.3.34.3.3 灯亮时序控制程序：灯亮时序控制程序： 1-3 步：设置启动停止按钮 X0、X1。 298 步：控制东西绿灯亮灭。 310 步：控制东西黄灯亮灭。 342 步：控制南北红灯亮灭。 654 步：控制南北绿灯亮灭。 666 步：控制南北黄灯亮灭。 698 步：控制东西红灯亮灭。 4.3.44.3.4 时间显示程序时间显示程序 数码显示程序：秒脉冲 M8013 使 D16 中的数每秒钟减 1，通过 BCD 码变换指 令将 D16 中的数据转换为 BCD 码送到输出端 Y0-Y7，经过两个 HEF4511BP 作用于 两个七段数码管显示。其中 M 为辅助继电器。 771-780 步：实现了数码显示程序23。如图 4.4 倒计时显示梯形图所示。 图 4.4 倒计时显示梯形图 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页17 5.5.硬件接线原理图硬件接线原理图 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页18 6.6.智能交通灯设计流程图智能交通灯设计流程图 Y11 不亮 Y12 不亮 是 否 Y10 亮 是是 是或 否 否 是 开始 D1 加 1 南北红灯 Y15 亮 东西绿灯定时 T0=12s 东西绿灯 Y10 亮 计算东方向停车数 D4=D2-D0 计算西方向停车数 D5=D3-D1 将 D6 对应表得东 西方向绿灯延时 T1 计算东，西两方向 停车最大值 D6=maxD4,D5 D0 加 1 西方向是否 开出一辆车 T0 是否处于 定时中？ Y15 是否 亮？ 东方向是否 开出一辆车 是否东西绿 黄灯都不亮 T1 是否处 于定时中？ 南方向是否 进一辆车？ 北方向是否 进一辆车？ 亮？ T2 定时 3s 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页19 Y10 不亮 是Y12 不亮 否 否 是 是 是 否 是是 否 是& Y14,Y15 都不亮 是 &Y13,Y15 同时不亮 否 D10 加 1D11 加 1 T2 是否处 于定时中？ T3 定时 12s 南是否出一 辆车？ 计算南方向停车数 D12=D10-D8 计算北向停车数 D13=D11-D9 计算南，北俩方向 停车最大数 D14=maxD12,D13 将 D14 对应表得南 北绿灯延时时间 T4 T4 是否处 于定时中？ T5 定时 3s T5 是否处 于定时中？ 南北绿灯 Y13 亮 东西红灯 Y12 亮 Y13,Y14 是 否全不亮？ 东西红灯 Y12 是否亮 T3 是否处 于定时中？ 北是否出一 辆车？ D8 加 1D9 加 1 Y11 是否处 于上升沿？ 东西黄灯 Y11 亮 Y11 是否处 于上升沿？ 将 M0,M1,M2 复位 将 D0-D3 清 0 南北黄灯 Y14 亮 Y14 是否处 于上升沿？ 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页20 否 是 是 是 是是 是 回到开始 东是否进 一辆车？ 西是否进 一辆车？ D2 加 1D3 加 1 Y14 是否处 于下降沿？ 将 M0,M1,M2 复位将 D8-D11 清 0 是否按下停 止按钮？ 停止 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页21 7.7.交通灯程序梯形图交通灯程序梯形图 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页22 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页23 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页24 永城职业学院毕业论文 第 页共 26 页25 结论结论 本次毕业设计为基于 PLC 的智能交通信号灯系统设计。交通系统通过模糊控 制无须数学建模，就模仿了有经验的交警指挥交通时的思路，达到很好的控制效 果。能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有 效的解决交通流量不均衡、不稳定的问题。 理论知识方面：在这次设计中，我深入学习了三菱可编程控制器 FX2N 和模 糊控制理论及其相关知识，从中获取了许多有益的东西，对于课本的理论知识和 实际的应用关系有了进一步的认识。模糊控制理论一般分三个步骤：