【基于PLC的智能交通灯系统设计5100字】

基于PLC的智能交通灯系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u26884摘要 22198第一章引言 2242271.1信号灯的研究意义 259821.2智能交通——国内发展状况 2289191.3智能交通——国外的发展状况 3316171.4PLC基础知识 3281151.5PLC的工作原理 46461第二章基于PLC的智能信号灯的总体设计 5100642.1总体设计思路 5253672.2交通信号灯控制系统原理图 5266522.3车流量的检测 5115092.4PLC的选型与可行性分析 725441第三章交通信号灯控制要求 8284573.1信号灯基本情况 8176293.2交通控制系统的要求 815473.2.2急车强通控制 913137第四章交通灯控制系统的编程 10291804.1流程图 10224564.2I/O引脚分配 1286374.3梯形图编写 1228854附录 14摘要近年来经济的发展形式大好，机动车尤其是家用汽车的数量也变得越来越多，交通拥堵现象也是家常便饭的现象了。交通灯也变得越来越重要了，目前我们所使用的大多数交通灯，虽然大多情况下可以满足控制路口车辆通行的需要，但是随着城市当代化发展，传统信号灯劣势也非常明显，信号灯时间固定，不能随着车辆数目变化而改变，这也造成城市交通大规模拥堵。针对现代交通灯分配的时间固定所导致的车辆大规模拥挤问题，文章陈述了一种在利用PLC技术的基础上，设计一种能够根据十字路口滞留车辆数目的实际情况对红绿灯的控制时间进行调整的系统，利用检测线圈来计算车辆的通过情况，利用PLC对汽车滞留数量进行收集，由此完成由于定时红绿灯带来的交通堵塞，拥挤的问题。根据道路不同时间段的交通状况来采取不同的方案，大大缓解了交通压力。关键词：PLC智能交通信号灯车流量的检测第一章引言1.1信号灯的研究意义如果说对人体最重要的是心脏，那么交通则可以说是城市发展的“心脏”了。交通是城市更好、更快发展的重要部分，对城市的经济和老百姓生活发展有着深刻、长远的意义。机动车（公交、私家车等）是日常生活外出中必要的通行用具。但是汽车在给人们带来便利、快速、舒服的同期，也导致了一连串的麻烦如：交通的拥挤，环境的污染等。现在大多数城市的红绿灯仍然采用的是红绿灯定时控制，但是十字路口的车流量比较大，这也就导致了大多数城镇市都会出现的十字路口拥挤的情况。设计一种能够根据车流量实际情况变化来落实智能化发展的系统，可以有很大水平上缓解城市运输的压力，对都市当代化的经济兴盛也起到有效的的推进作用。1.2智能交通——国内发展状况智能交通系统（ITS，Intelligent

Traffic

Systems）是能够将计算机技术、传感器技术、控制工程技术以及数据通信技术等技术相融合的一种及时、正确并且高速的管控体系，是交通运输综合管理中的一个将车、人、路联系更加密切，并且及时、高速、环保的综合系统[1]。随着我国经济条件越来越好，ITS的研究从照抄别国完善系统转变为开辟研究具有自主知识产权的ITS。现在中国许多都市已经建立了智能交通指导中央，公共运输调度系统等。十二五以来，我国累计投入了数千亿资金支持智能交通系统的发展，极大改善了国民的出行状况。智能交通是当前都市交通运输行业进步的势必方向，前进方向之一。国内一些智能交通产业和其他繁盛国（美国，日本等)相比还有不小的距离，随着国家一系列利民政策的实行，我国智能交通基本设备建造范围将继续逐扩大。相信在未来智能交通系统可以像中国的高铁一样作为中国面向世界的一张柬贴。1.3智能交通——国外的发展状况自1991年美国首次开始对智能化的交通运输体系进行研究以来,日本,欧盟,新加坡等国家和地区陆续展开了对智能化的交通运输管理体系的规划,研究及其应用[2]。国外的智能化交通系统相对于国内而言要远远早了好多年,并且有着相对成熟的模式,下面主要对日本的发展情况进行说明。智能轨道交通系统是在日本早期由70年代起步并逐渐发展起来。从1973年至1978这几年间,日本人进行了"动态路径诱导系统"的尝试,在这些尝试中,车里开车人员可以遵从汽车里的显示屏上及时呈现的各条道路交通拥挤或者阻碍的情形以及开车行驶的最优方向,来正确地选择他们自己想要行驶的驾车方向或者是到达指定目标地的最优路线,另外,"日本道路交通行驶车辆智能化促进协会"将推动its在日本的应用与发展[3][4]。1.4PLC基础知识可编程控制器(plc)系统是一种能够直接进行各种数字化和模拟运算编程操纵的工业电子系统,专门针对各种工业使用场合及其中的各种应用。它主要是指套用了一个同时可以自动生成程序的数字存储器,用来对这个存储器中逻辑的自动运算和工作次序自动操纵、定时、计数和其他算术的自动运算等信息进行自动操作的命令,并通过一个模拟数字或者一个模拟的数字输入(i)和一个数字输出(0)的数据接口,控制各类的控制工具或者控制生产线的过程。图SEQ图\*ARABIC1-1PLC硬件图各种PLC的构成结构大都是一样的主要是由见图1-1。PLC的优点稳定性、靠谱性比较高，运用较灵活，抗扰乱性强。配套完备，接口简单，功能多，适用能力强。易学易操作，比较受电气工程人的喜爱。系统的编程设计、制造的工作量都比较小，安装改造容易，维护保养方便。体积比较小，重量轻，能耗低。1.5PLC的工作原理图1-2PLC工作原理第二章基于PLC的智能信号灯的总体设计2.1总体设计思路本次设计主要是为了处理都市上下班期间车辆的拥挤问题，主要运用到的知识就是PLC，利用PLC的优点去规划一个有监测车辆拥堵数目的智能信号灯控制系统。在传统的定时系统上加上车流量的检测功能。想要真正实现检测的功能必须有检测的原件,计划在东西南北各个路口设置一台感应线圈式的传感器用于检测车辆通过,及时把这些数据发送给电脑和控制的系统中,对这些数据信息进行了分析和处理,然后控制各个方向红绿灯的控制时间,使交通问题得到有效的缓解。2.2交通信号灯控制系统原理图图SEQ图\*ARABIC2-1用PLC实现交通灯控制原理2.3车流量的检测本次设计主要是通过车流量的变化(交通拥挤情况)来自动控制红绿灯的时间,所以检测设备就很重要。电感式传感器、光电计数传感器、红外线检测传感器等是目前市场上使用比较多的一种检测设备,充分酌量了路口路面实际情形及交通方式的方便性等要素,红外线检测传感器和光电传感器由于都是根据必要被直接装置在街头上,非常轻易遇到人为和自然造成的损坏,所以建议采用传统电感式传感器,能够将其直接装置在十字路口各个方向上的路面上,这样既能避开源于外在因素的扰乱影响,而且不容易被他人恶意损坏[6]。如图4以通过东西两个方位道路作为一个切入点,路口前方有车辆进来时,检验器5和7都将会发生响应,产生2个脉冲并由并由一个可编程数字逻辑电路控制器反应到总系统中[7]。在十字路口和与路口相离s米处的路面上分别放一个带有感应线圈的检测仪,然后在该路口的车道黄灯结束时,马上就会开启检测设备装置的系统,记下经过s米处的两个车辆计数数目m1和经过路口两个车辆计数数目m2,在下一个黄灯或者绿色时刻至终到来时,关上了检测设置,计算经过两个线圈检测传感器之间的计数误差q即为路口停车在等候红灯道上滞留的车辆人数[6]。南北向滞留的车辆个数为a=q1+q2,东西滞留车辆为b=q3+q4。图2-2检测器分布位置这个类别的电感式传感器主要指的也就是电涡流式传感器,它的具体工作方式和原理如下:感应线圈自动通电后,在感应线圈周围附近便可能会产生交变磁场h1,当一个金属物体附着在线圈周围的磁场附近时便可能会出现像水一样的漩涡(涡流),金属(导体)内部的漩涡同样也可能会对其形成磁场h2,h1和h2之间是两个互异方向的磁场,源于h2的相互效应作用可能造成线圈电流与相位均改变。在这个路面需要开挖出一个椭圆形,它的直径大约1米或者说挖一个类似矩形或椭圆型的环状检测线沟槽,在这个检测沟中埋藏去2-3匝的金属线,每当一个电流流过这个检测圆圈时,在这个检测线圈的周围将可能会形成一个电磁场[8]见图2-3。检测线圈可以作为LC振荡电路中的电感输入部分,每当一个具有各种动力学特性的车运行通过这个线圈时,车自身的金属导体材料将会被动切割成为磁通线,从而在其中形成一个磁场,环形检测线圈的电感值就会逐渐减小,当一个车辆的前进位置处于这个线圈的正上方时,电感值最小;当汽车远离一定的磁场范围时,传感器将线圈中的值慢慢地复元至起始值,电感数量和值的改变会引起检测电路(见图2-4)的频率变化,将这一信号调换为规范脉冲信号作为PLC的输入,经过PLC计数,按一定次序主动调节信号灯的时间[8]。图2-3电涡流式传感器车辆检测示意图图2-4检测电路2.4PLC的选型与可行性分析本次设计选择的PLC为三菱FX2N系列的FX2N-64MR-001型（图5），之所以选择这个系列的PLC的原因一部分是平常学习接触的主要是这一系列，对这一系列比较熟悉，程序设计比较容易些。主要原因之一还是它最大功能范围的应用包含了标准特点，执行速度快，还补充了通信功能，有着广泛的选定范围。它的IO总数64、输入输出的数目各32，是漏型。与其他PLC相比，它的价钱比较低廉，功用相对完备，除了有速度、逻辑等优点外还安设容易，修理方便。因此采用这款PLC。图2-4FX2N-64MR-001第三章交通信号灯控制要求3.1信号灯基本情况目前信号灯通用的颜色为红黄绿三色。我国目前使用的法则是《中华人民共和国道路交通管理条例》。就是大家所熟悉的:红颜色灯代表停，绿颜色灯代表前进，黄颜色灯代表等待。后来也一直在演变，但是基本规则还是相差无几的。3.2交通控制系统的要求交通工具车光灯运行控制制动系统的基本技术性能要求为了正确实现“正常循环运行”与“急车强通控制”两种自动控制该系统的工作方式REF_Ref25416\r\h[5]。交通灯控制系统的具体要求如下：必须有一个启动开关一个停止开关，打开启动开关，交通信号灯工作，且先东西方向绿色的灯和南北方向红色的灯亮，然后在按照程序进行。如果要所有的灯熄灭,则需要打开停止开关。(2)东西南北的红绿灯不能同时处于一个工作状态,例如南北方向的绿灯和东西方向的绿灯就不能是一样的亮灯情况,如果同时亮那么系统就出现故障,应该停止运行。3.2.1正常循环运行定时循环控制：(1)南北两个方向的红灯要亮且必须维持30s,此时南北两个方向不得通行,东西两个方向可通行;在南北两个红灯都要亮的情况下,东西两个绿灯都要亮,东西两个方向的绿灯只能够持续亮20s。达到20s时,东西两个方向的绿灯均会闪烁6秒,之后东西两个绿灯均会熄灭,东西两个方向的黄灯均会闪烁亮,4s后即可熄灭。等到4s时东西出现黄灯则需要暂时熄灭,红灯亮起。同时南北两个方向的红灯熄灭，绿灯亮。(2)东西两个方向红色灯要点亮且一直维持30s,南北方向的绿色灯要点亮而且一直持续亮20s,再闪烁6s后，黄色灯开始闪烁，4秒后熄灭。与此同时东西两个方向红色灯熄灭，绿色灯则开始亮。(3)上面的叙述中为一个周期,重复循环。根据车流量自动调整的定时控制：当一个程序需要继续进行时,要首先打开一个启动控制开关,启动控制开关打开后,控制系统才可能正常开始运行。然后该程序进行了一次初始化时,这台计数器才能够完全清零并重新开始进行计数,刚刚起步所采用的仍是定时循环控制的程序,在南北两个方向都是绿灯点亮,东西南北各自的计数器不断地循环计数。30s后查询各路口滞留车辆的数目是否达到Q5,若没到达则为正常采用定时控制;若溢出则要查询车辆数值是否达到Q6的数值,如果没达到则记作拥挤,达到则记作非常拥挤。当东西方向处于拥挤状态时,此时东西方向绿灯控制的时间增加10s,南北方向红灯控制增加10s.反之,如果南北方向处于拥挤状态时也是如此。当东西方向车辆为非常拥挤时,此时东西方向绿灯控制时间增加15s,南北方向红灯控制增加15s。反之,南北方向非常拥挤时也是如此。具体的控制流程如图4-1。3.2.2急车强通控制生活中一些特殊情况的出现是不可避免的,交通情况也是不可能一成不变的,一些紧急情况都是需要优先让人通行的,所以一定要设置紧急车辆进行强通管理。急车强通由南北方向的强通开关控制和东西方向的强通开关进行控制,在没有特殊情况时一般都不会使用这两个强通开关按正常状态进行循环;如果发现有特殊情况的车辆必须在道路上通行时,要及时打开特殊情况下车辆所在方向的紧急车自动强通启停器,无论原来是什么样的状态,均强制允许让发生紧急状况车辆通行方向的绿灯点亮,信号灯的状态立即转为来车方向绿灯闪烁，直到紧急情况车穿过则断开启动开关程序重新进行。然后按正常时序来完成。另外,急车强通只能呼应一边,若东西方向和南北方向均有急车,就先呼应一边,再呼应另一边。具体控制流程如图4-2。第四章交通灯控制系统的编程4.1流程图图4-1正常循环控制流程图图4-2急车强通控制流程图4.2I/O引脚分配输入信号输出信号名称输入点编号名称输出点编号启动开关X0南北方向红灯Y0停止开关X1南北方向绿灯Y1南北方向拥挤时调节开关X2南北方向黄灯Y2南北方向非常拥挤时开关