plc交通灯课程设计报告

1、烟台南山学院 PLC课程设计 题目： plc交通信号灯 姓名： 所在学院：工学院电气与电子工程系 所学专业：电气工程及其自动化 班 级： 电气工程 学 号： 2012020140 指导教师： 苏凤 完成时间： 2014. 课程设计任务书一、基本情况 学时：2周 学分：2学分 适应班级：12电气工程二、课程设计的意义、性质、目标、要求1意义课程设计是单片机课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的训练。进行课程设计可以让学生把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，能够开发简单的系统，也进一步激发了学生再深一步学习的热情，因此课程设计是必不少的，是非常必要的。2性质课程

2、设计是提高学生单片机技术应用能力以及文字总结能力的综合训练环节，是配合单片机课程内容掌握、应用得的专门性实践类课程。3目标通过典型实际问题的实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统设计概念，加强工程应用思维方式的训练，同时对教学内容做一定的扩充。4要求（1）课程设计的基本要求单片机课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。课程设计的最

3、后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。（2）课程设计的教学要求单片机课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间（两周）累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每35名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要

4、有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。三、课程设计题目及设计要求利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。要求能用按键设置两个方向的通行时间（绿灯点亮的时间）和暂缓通行时间（黄灯点亮的时间），系统的工作符合一般交通灯控制要求。（1）十字路口，交通灯三种颜色状态：红、黄、绿。（2）当有急救车通过时，交通灯颜色全转红（中断）。四、设计报告设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于3000字，图形绘制规范报告书用A4

5、纸书写，装订成册。设计报告的格式如下： 1、封面 2、内容提要（摘要） 3、目录 4、正文(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能； (2) 硬件电路设计及描述；1）确定元器件的型号及参数。2）画出完整的原理图。3）列出元器件清单。 (3) 软件设计流程及描述； 5、心得体会（总结）6、参考文献 7、附录（源程序代码）8、有关图纸五、进度安排单片机课程设计共安排2周，合计80学时，具体分配如下：实习动员及准备工作： 2学时总体方案设计： 10学时硬件设计： 16学时软件设计： 20学时撰写设计报告： 12学时答辩与总结： 8学时教师辅导： 12学时六、考核方法单片机课程设计的考核

6、方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。 考核分三个方面进行：平时表现20%；设计过程25%；设计报告 40%；设计答辩15%。有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计期间累计迟到、早退达8次；2、设计期间累计旷课达6节； 3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；4、不能完成设计任务，达不到设计要求。摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人，车，路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的问题之一。在正常的工作中，为了

7、保证交通灯系统运行的可靠性，一般选用plc来控制交通灯系统。关键词：智能交通，探测，车流量，plc目录第1章 引言4 1.1城市交通的现状4 1.2 plc交通灯的国内外的发展状况4第2章 系统硬件设计52.1传感器的选择5 2.1.1传感器的分类5 2.1.2压电传感器的基本原理52.2感应控制的实现6 2.2.1车辆检测器的功能及分类6 2.2.2感应控制6第3章 智能交通灯系统程序设计8 3.1 I/分配表8 3.2 plc I/O接口电路9 3.3十字路口交通信号的布置图10 3.4交通灯正常控制方式10结论17参考文献18第1章 引言 1.1城市交通的现状 随着我国经济高速发展，人民

8、生活水平在普遍提高，拥有私家车的人渐渐地增多，这使得成熟的交通拥挤问题日益突显出来。因此，为了保障城市交通有序，安全，快速，提高城市路网的通行能力，实现交通的科学化管理迫在眉睫。传统的狮子路口交通控制到，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向的红绿灯的延时先设计好。但是，实际上车流量是一个变量，他的测定是不确定的。不同的路口在不同的时段，车流量存在着很大的差异。出现这种状况，不免会影响到司机的心情，或多或少的令乘客怨声载道，而且对人力和物力也是一种浪费。采用一种可以根据车流量的变化情况而进行自动调节控制的方案是十分现实而有又必要的。基于plc控制的十字路口交通灯信号系统

9、，是根据实时的车流量对各个路口的交通灯时间进行动态的调节，较好的解决了车流量的不均衡问题。起最大的优点在于缓解车流量滞流现象，也不会出现空道占时的情形，从而提高了公路交通的通行率。1.2本文主要研究内容为了提高交通路口的通行能力，分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。应用可编程控制器S7200对十字路口交通信号灯进行控制。用压电传感器探测车辆的数量，利用PLC来控制交通灯的时长。在入路口的方向附近的地下按要求埋设感应线圈，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制

10、器的控制输入，并利用PLC计数，来调节红绿灯的时长。PLC输入端接受来自各个路口的车辆探测器探测得到的输出标准脉冲，输出接十字路口的红绿信号交通灯。以上车辆的计数和车流量的比较及绿灯时间长度控制全部由PLC完成。各检测器时刻检测车辆，在一个红绿灯周期中，每当东西或南北红绿灯亮之前，PLC都要依据脉冲的计数判定东西、南北的车流规模，然后根据以上简述的智能控制原则，调整交通灯的时长。交通路口检测车流量图如图1.1交通路口检测车流量图1.1 第2章 系统硬件设计2.1传感器的选择定时配时是根据有代表性的历史数据设计的，其方案一经确定，一般不会修改，也就是说这样一种控制方式是不考虑当前道路交通条件以及

11、流量的上下波动的。这样常常会造成绿灯时间的利用率下降，造成某些方向进口引道上车辆的不必要延误。这是定时控制的严重缺点。从这里可以看出，要提高信号交叉口的通行能力，就应使信号随交通用情况的变化而变化，要达到这一效果，必须装置检测交通情况的传感设备即车辆检测器。车辆检测器可以将当前交通情况传送给诸如PLC等处理设备。这样，PLC就可以根据传来的交通信息，按照一定的控制原则，制定配时方案，这是一种比较理想的控制方式。车辆检测器采用了传感器技术。2.1.1 传感器的分类传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的，便于处理的另一种物理的测量器件。传感器由敏感元件、传感器以及测量

12、转换电路三部分组成。传感器种类名目繁多。按照测量的原理分类，可以分为电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。2.1.2压电传感器的基本原理压电效应某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会发生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉之后，又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。2.2感应控制的实现2.2.1车辆检测器的功能及分类车辆检测器是现代交通系统的重要组成部分，随着经济的发展，智能交通已在我国悄然兴起，车辆检测器作为交通信息的采集的一个重要组成部分，越来越受到业内人士的关注。车辆检测器以及东车辆为检测目标，检测车辆的通过或存在状况，其作用

13、是为智能交通控制系统提供足够的信息以便进行最优控制。车辆检测器的种类很多，工作原理各异，但大致可概括为两大基本功能：一为检测车辆的存在或出现，二为检测车辆的运动或通过，任意车辆检测器至少应具有上述两种两个基本功能之一。为此，车辆检测器中分为存在型、通过型和两者结合的复合型，对于存在型的检测器，只要再起监视区域内出现被测车辆，就能产生输出信号；通过型检测器是根据车辆的到达或运动，产生持续时间很短的输出信号来检测；某些检测器即能检测静态的存在，又能检测动态的通过，成为复合型检测器。车辆检测器的类型主要可分为压电检测器、磁感应式检测器、声音检测器、光电检测器、超声波检测器、雷达监测器、环形检测器等。

14、2.2.2感应控制（1）感应控制是本系统的重点也是不同于一般交通信号控制之处。其主要思想为：压电传感器检测十字路口各方向的车流。在距离各个十字路口160米处地下和埋入压电传感器。每当有车辆经过，检测器就会发出一个脉冲并传输给PLC，PLC通过对脉冲的计数就可以得到个方向的车流量，然后PLC通过一定的智能控制原则根据各方向车流量的大小自然的改变相应的绿灯亮时间从而尽可能减少车辆等候时间。（2）车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现楼间的现象，环状绝缘电线在地下的铺设，我们设采取在每个车行道上中的出口地以及在离出口地一定远的进口的地方各铺设一个相同的检测器，方案如图1.1，同一股道上的两传感器相

15、距的距离为该股道正常运行时所允许的最长停车车龙最好。（3）以南向为例，每当车辆进入十字路口必先经过检测器1，检测器1就会发生一个脉冲给PLC，PLC对检测器1的计数就可得到南向车辆进入总数。车辆继续往前就会经过检测器2，同样检测器2也会发出一个脉冲给PLC，PLC对检测器2脉冲的计数就会得到南向车辆驶出的总数，那么将进入总量减去驶出总量就可得到南向的车辆滞留量。同样，在另外三个方向，PLC通过对各检测器脉冲的分别计数就可得到各向的滞留量。（4）从本质上讲，这种控制是将“反馈”引入交通控制中。它可以实现输出量跟踪输入参量的变化。在这里可以将交通流的变化看成为输入参量，而把输出的红灯变化控制看成是

16、输出参量，这种控制就是车辆感应控制。如图2.1.感应控制的原理框图图2.1由于车长和车距不定，取2辆车之间的距离平均值8m。设定20为满溢值时，则每一个方向的2个检测器的距离为160m。当发生堵车时，车辆靠得比较紧凑，此时2两车之间的距离定为6m。此时在2个检测器之间停靠的车辆26，大于了满溢值20，因此需要延长通行的时间。多出来的6辆车的总场为36m。按照车辆通过十字路口的速度为27km/h，约7.5m/s计算，若延长时间为5s，则可以挪出37.5m的距离。因此设定的时间和距离完全可以满足要求。 第3章智能交通灯系统程序设计3.1 I/O分配表I/O分配表表3.13.2 PLCI/O 接口电

17、路PLC的硬件电路接图图3.2 3.3十字路口交通信号布置图（1）南北主干道南北主干道的交通灯有5个，分别是直行红灯、直行绿灯、直行黄灯、左转红灯和左转绿灯。（2）东西主干道东西主干道的交通灯也有5个，分别是直行红灯、直行绿灯、直行黄左转红灯和左转绿灯。3.4交通灯正常控制方式（1）交通信号灯受启动开关控制。当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，启动开关断开时所有信号灯熄灭。正常情况下，按下启动按钮后，交通灯控制系统开始工作。南北直通红灯亮50s，同时南北左转红灯亮了50s，然后南北直通绿灯亮20s，南北直通黄灯亮5s，同是南北左转弯红灯亮25s，接着南北直通红灯亮25s，同时南北左转绿灯亮2

18、5s。东西方向则是先直通绿灯亮20s，黄灯亮5s，然后红灯亮25s，同时东西左转灯红灯先亮25s，然后左转绿灯亮25s，然后东西直通红灯和左转红灯都亮50s，这样一直循环反复，周而复始。（2）交通灯正常工作时序图见图3.3。交通灯正常工作时序表图3.3（3）控制要求流程图如图3.4。交通正常灯流程图3.4（4）正常状况程序图。南北红绿灯输出：南北红绿灯输出梯形图3.5定义南北红灯定时器中间变量VW10，南北绿定时器VW20。当南北通道处于正常状态时，送750给VW10，送200给VW2；当处于堵车状况时，送700给VW10，送250给VW20.设计一个自锁电路，让南北红灯在正常状况下是持续点亮

19、75秒，而在堵车状况时点亮的世界缩短5秒为70秒。东西绿灯点亮的原理同南北红绿灯。东西红绿灯输出：东西红绿灯输出图3.6定义东西绿定时器中间变量VW30，东西红定时器VW40.当东西通道处于正常状态时，送750给VW40，送200给VW30；当处于堵车的时候，送700给VW40，送250给VW30.。东西红绿灯点亮的原理同南北红绿灯。南北左转红灯输出南北左转红灯点亮75秒南北左转红灯输出图3.7南北左转绿灯输出南北左转绿灯点亮75秒南北左转绿灯输出图3.8东西左转红灯输出东西左转红灯输出图3.9东西左转绿灯输出东西左转绿灯输出图3.10结论此次设计不仅使我把所学的知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解许多课外知识，开拓了视野，认识了将plc的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞越。 此次设计使我对学校所学知识的全面总结个综合应用又为今后走向社会的实际操作应用铸就一个良