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电气电子毕业设计论文

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智能交通灯控制系统的设计与实现,电气电子毕业设计论文

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文章编号 : 100425694 (2004) 0320129204智能交通灯控制系统的设计与实现 X蔡军 , 曹慧英(重庆邮电学院 , 重庆 400065)摘要 : 解决好公路交通信号灯控制问题将是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。但现有的交通信号灯控制系统都是单一的固定时序控制 , 不能够根据实际交通状况进行调节控制。利用罗克韦尔公司的M icroL ogix 1500 系列的可编程序控制器和传感器技术来实现对交通灯的智能信号控制 , 在交通灯控制需求分析的基础上进行了系统设计和软件实现。关键词 : 可编程序控制器 ; 正常时序控制 ; 梯形图 ; 急车强通控制中图分类号 : T P319; U 491151文献标识码 : A0引言随着社会经济和城市交通的快速发展 , 交通成为保障城市交通有序、安全、快速运行的解决方案。另一方面 , 可编程序控制器 (PL C) 作为一种以微电脑技术为核心的自动控制装置 , 已被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源等各种行业 1 。本文中我们基于罗克韦尔公司的 M icroL ogix 1500 系列的可编程序控制器讨论通过应用 R sL ogix 500 P ro English编程软件对可编程序控制器 (PL C) 进行编程 , 从而达到用数字量的输入输出实现对交通红绿灯的控制。1交通灯控制需求分析按照城市交通控制的需要 , 本文主要讨论用PL C 实现正常交通的时序和急车强通 2 种控制方式 , 通过传感器与 PL C 完成对交通异常状况的智能判别及处理。1. 1正常时序控制系统受一个启动开关控制。当开关启动时 , 系统开始工作 ; 当启动开关断开时 , 所有信号灯熄灭。系统工作时 , 先南北红灯亮 , 同时东西绿灯亮。南北红灯亮维持 25 s, 东西绿灯亮 20 s, 到 20 s 时 , 东西绿灯闪亮 , 绿灯闪亮周期 1 s (亮 0. 5 s, 熄 0. 5 s)。绿灯闪亮 3 s 以后熄灭 , 东西黄灯亮 , 并维持 2 s。到 2 s时 , 东西黄灯熄 , 东西红灯亮 , 同时南北红灯熄 , 南北绿灯亮。东西红灯亮维持 30 s, 南北绿灯亮维持 25s。到 25 s 时 , 南北绿灯闪亮 3 s 后熄灭 , 南北黄灯亮 , 并维持 2 s。到 2 s 时 , 南北黄灯熄 , 南北红灯亮 ,同时东西红灯熄 , 东西绿灯亮 , 开始第二周期的动作。以后周而复始的循环。正常时序控制流程如图1 所示。1. 2急车强通控制急车强通信号受急车强通开关控制。无急车时 ,信号灯按正常时序控制。有急车来时 , 将急车强通开关接通 , 不管原来信号灯的状态如何 , 一律强制让急车来车方向的绿灯亮 , 使急车放行 , 直至急车通过为第 16 卷第 3 期 重 庆 邮 电 学 院 学报 Vol. 16 No. 32004 年 6 月 Journal of Chongqing Un iversity of Posts and Telecomm un ication s Jun. 2004X 收稿日期 : 2003208225作者简介 : 蔡军 (19772) , 男 , 贵州六枝人 , 助教 , 主要从事自动控制领域的 PL C 和单片机技术的研究。nts止。急车一过 , 将急车强通开关断开 , 信号灯的状态立即转为急车来车方向的绿灯闪亮 3 次 , 随后按正常时序控制。急车强通信号同一时间只能响应一路方向的急车 , 若两个方向先后来急车 , 则按先、后次序依次响应 ; 若两个方向同时来急车 , 则按东西 , 南北向依次响应。1. 3交通异常状况判别及处理系统在十字交通路口常出现的一种交通异常状况现象是指正常的交通灯控制信号可能与实际的交通状况相违背。比如 , 在现实生活中的交通可能会出现东西方向的车辆过多发生堵塞 , 而南北方向车辆却很稀少。这时正常的信号灯时序将会使交通状况更加恶化。这部分的处理方式是由传感器根据外界实际情况来进行对信号灯的控制。当任何一方向路段传感器检测到东西 (或南北 ) 方向有车辆在 50 s 没有移动 , 而南北 (或东西 ) 方向交通状况正常 , 这时PL C 将自动启动交通状况异常处理方式 , 强制东西方向 (或南北方向 ) 绿灯的点亮时间延长到 50 s, 直至在这一方向上的传感器不在返回对应信号 (表明此路段的车辆排列长度小于 200 m )。时序流程图如图 3 所示。2系统硬件设计罗克韦尔公司的 M icroL ogix 1500 可编程序控制器包括电源、输入电路、输出电路和处理器。控制器具备 24 点 I O 和 28 点 I O 组态功能。控制器由一个标准处理器 (17642L SP) 和表 1 所示的其中一种基本单元组成。本系统采用的控制器由标准处理器 (17642L SP)和 1764224BW A 基本单元组成 2 。表 1 PL C 组成基本单元T ab. 1 Basic unit of PL C structure目录号 基本单元 I O 和电流1764224AWA 12 点 120VA C 输入 , 12 点继电器输出和 120 240V A C 电源1764224BWA 12 点 24VDC 输入 , 12 点继电器输出和120 240V A C 电源1764228BXB 16 点 24V DC 输入 , 6 点 FET 晶体管和6 点继电器输出 24V DC 电源处理器内置存储容量为 8 K (用户数据 4 K、程序数据 4 K, 可组态 ) , 通过连接袖珍型 (Com pact I O ) 模块 , 可扩展超过 100 点 I O 及 4 路模拟量电流电压型输入 (17642IF4) , 2 路模拟量电流 电压输出 (17642O F2) ; 处理器内置 P ID 功能 , 两路 20 kH z高速计数输入 (输入 0 3 为 H SC0, 输入 4 7 为H SC1) , 2 路 20 kH z 的高速计数输出 (1764228BXB基座 , 输出 2、 3) , 具有 PTO (脉冲列输出 ) 或 PWM(脉宽调制 ) 功能 , 8 路脉冲触发式输入 , 4 种事件中断 ; 另有可选的时间终端 ST I, 允许事件预定触发 ;还提供了带插拔接口的数据存取仪选件 , 可以监视和调节 48 个整数数据及 48 位 I O 的状态。通过连接器 , 可接到 DH 485 或 D eviceN et 网 3 。由于我们所需要的传感器信号只要表征车辆在一定的位置上停留的时间长度 , 所以传感器系统部分采用的是低成本的 H I2T TA C 100 型压电式传感器 4 。为每一车道距离十字路口 200 m 远的地段安装 2 条压电式传感器且 2 条传感器并列相距为 3 m(可根据应用过程中的实际情况进行改动 )。将传感器信号输出端用电缆与 PL C 的模拟量接口相连接。此传感器在受外界压力为 100 40000 kg 时就会有模拟信号输出。称重精度为 10% 及 95% 的可信度 5 。由于交通状况问题 , 在十字路口的单方向上 ,有车辆停在距十字路口 200 m 埋有传感器的路段上的时间超过一定的范围 (程序中设定为 50 s) 时 ,说明在这一方向上的车流量过大 , 正常的信号灯控031 重 庆 邮 电 学 院 学 报 (自然科学版 ) 2004 年第 3 期nts制将满足不了实际的需要。 PL C 对信号灯的控制将自动改变为交通状况异常控制方式。3系统软件设计及实现根据控制任务要求 , 按照控制功能流程图运用R SL ogix 1500 P ro English 软件进行编程。系统 I O分配如下 :输入 ( Inpu t) : I: 0 0 启动开关 ; I: 0 1 关闭开关 ;I: 0 2 东西强通 ; I: 0 3 南北强通 ;I: 0 4 东西方向传感器 ;I: 0 5 南北方向传感器 ;输出 (O u tpu t) : O : 0 0 南北红灯亮 ; O : 0 1 东西绿灯亮 ;O : 0 2 东西黄灯亮 ; O : 0 3 东西红灯亮 ;O : 0 4 南北绿灯亮 ; O : 0 5 南北黄灯亮在设计中为了避免程序的混乱 , 从一开始就使用了锁存指令和解锁指令。整个程序的设计充分体现了计时器在可编程控制器中的重要性 , 整个程序共使用计时器指令 (TON ) 24 个。相对于其他的编程方法而言 , 这套程序的计时器指令使用得较多 , 但PL C 的响应速度及其指令执行速度远远可以满足交通系统实时性的要求 , 而且从系统的安全性及其程序便于修改的角度来看 , 这种编程方法是很好的。由于程序中各个阶段的信号是由不同的计时器来实现的 , 所以操作人员可以方便地更改任意时段的计时时间 , 而不必担心对程序其他部分的影响。若从程序的简洁度考虑 , 可以只用 8 个计时器来完成同样的功能 , 但程序的可读性及可移植性都有所下降。以东西方向为例 , 系统核心控制部分的梯形图程序实现如图 4 所示。整个程序实现保证按下启动开关 , 程序开始按正常时序控制运行 ; 当有急车信号 , 允许急车强通 ; 当交通状况异常时 , 基于传感器信号控制的 PL C 进行智能判别和处理。图 4 梯形图程序说明 6 :计时器 T 4: 7 为正常时序东西绿灯亮计时 , 计时时间为 20 s;计时器 T 4: 8 为正常时序下东西绿灯的闪亮时长计时 , 计时 3 s;计时器 T 4: 9 T 4: 10 为正常时序下东西绿灯的闪亮频率的计时 , 亮 0. 5 s, 熄 0. 5 s, 闪亮周期计时 ,计时 1 s;图 4梯形图程序实现F ig. 4 L adder p rogramm ing计时器 T 4: 11 为正常时序下东西黄灯亮计时 ,计时时间为 2 s;计时器 T 4: 18 为东向西方向车辆在距十字路131蔡军 , 等 : 智能交通灯控制系统的设计与实现nts口 200 m 处停止时间。记时器记时 50 s;计时器 T 4: 22 东西方向车停时间达到 50 s 要求 , 东西方向绿灯亮 , 记时 50 s。4结束语我们针对交通灯的信号控制提出了基于罗克韦尔控制设备的解决方案 , 并在系统设计的基础上进行了软件实现。控制软件的编程思路简洁明了 , 实现方式对外界设备操作的安全性以及控制系统要求的实时性都有较好的体现。参考文献 : 1 卞正岗 . PL C 的发展趋势及标准化 . A llen -B radley 公司 PL C 发展和标准化 Z . 2 Rockw ell A u tom atioa. A llen2B radleyM icroL ogixTM 1500. 用户参考手册 Z . 美国 :1999. 3 Ph illip s, K IR T Gisbon. PL C s over the netJ . Indu strial Com pu ting, 1999, 7 (8) : 1202127. 4 郭宗仁 . 可编程序控制器及其通信网络技术M . 北京 : 人民邮电出版社 , 1999. 5 BA SSET E W. C ro ssing PC PL C lines J .Indu strial Com pu ting, 1997, 16 (6) : 72278. 6 Rockw ell A u tom atioa 软 件 公 司 . A llen2B radley M icroL ogixTM 1500. 编程参考手册Z . 美国 : 1999. (编辑 : 郭继笃 )D esign and im plem en ta tion of in telligen t traff ic light con trol systemCA I Jun, CAO H u i2ying(Chong qing U niversity of P osts and T elecomm unications, Chong qing 400065, P. R. Ch ina)Abstract: T he traffic ligh t con tro l system is im po rtan t fo r u rban traffic safety and h igh effi2ciency. Bu t all the traffic ligh t con tro l system s are w o rk ing in standing sequence, and are un2ab le to m ake adju stm en t w ith differen t traffic flow. So traffic L igh t Con tro l System is im p le2m en ted by Rockw ellsM icroL ogix 1500 PL C and sen so r techn ique con summ ates to m ake in2telligen t signal con tro l. Based on analysis of system requ irem en t, the design of the systemand the im p lem en tation of the softw are are com p leted and the p ractical app lication show sthat th is system is reliab le and p ractical.Key words: p rogramm ab le logic con tro ller ( PL C ) ; no rm al tim e sequence con tro l; ladder(LAD ) ; seriou s veh icle first pass con tro l(上接 117 页 )Performance ana lysis on extended- shortened codesZHOU Q in2ying, W AN G X in2m ei(X ian E lectron T echnology U niversity , X ian 710071, P. R. Ch ina)Abstract: A detailed theo ry analysis is given to ex tended2sho rtened codes. T h rough com b ina2tion of c+ + and M A TLAB , a com parison of perfo rm ance betw een ex tended sho rtened codesand sho rtened codes is m ade on m ax im um and m in im um distances, w eigh t distribu tion, unde2tected erro r rate and so on. T he resu lt of sim u lation show