的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、xxxxxxxxxxxxx學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題名稱基于PLC的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)及班級機(jī)電3083學(xué)號47姓名xxx指導(dǎo)老師xxx2011年5月4日基于PLC的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要針對近年來城市交通的擁擠現(xiàn)象,特別是駕駛員違章嚴(yán)重、交通事故頻發(fā)、車輛尾氣污染等問題,介紹了集計(jì)算機(jī)、信息、電子及通訊等眾多高新技術(shù)手段于一體的智能交通指揮中心控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要使用了PLC和傳感器相結(jié)合的方法,自動獲取車輛數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)流量狀況自動增加或減少綠燈時長，進(jìn)行智能控制。該系統(tǒng)的安裝可以大大緩解了城市道路堵塞現(xiàn)象、提高了道路的通行能力。減少了駕駛員違章的次數(shù),抑制了交通事故

2、的發(fā)生,同時對減輕車輛尾氣排放,從而降低環(huán)境污染都起到了不可低估的作用。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞 plc控制系統(tǒng)交通燈智能控制Based on PLC intelligent traffic control system designAbstractIn recent years the urban traffic, especially the driver crowding illegal serious incidents, vehicles, traff

3、ic problems such as exhaust pollution, this paper introduces set computer, information, electronic and communication etc many high-tech means in the integration of intelligent transportation command center control system. In the design of the system, the main use of PLC and sensor combination of met

4、hods, the automatic acquisition vehicle data, according to the corresponding traffic automatically increase or decrease the green duration of intelligent control. This system installation can greatly alleviate the urban road congestion phenomena, improve the road transportation capacity. Reduced the

5、 number of drivers violation, curbing the traffic accidents, and to reduce vehicle exhaust emission, reducing environmental pollution have played a cannot underestimate role. Analyzes modern urban traffic control and management problems, based on the status of the actual situation of urban traffic c

6、ontrol system is described the working principle of lights, and puts forward a simple and practical urban traffic control system hardware circuit design. KeywordsPLC control systemtraffic lightsintelligent control目錄1 引言11.1 城市交通的現(xiàn)狀11.2 plc交通燈的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 11.3 本文研究的目的及意義21.4 本文主要研究內(nèi)容32 智能交通燈的理論和方法52.1 傳感

7、器的選擇52.2 控制方式62.3 急車強(qiáng)通控制方式72.4 程序流程圖83 PLC硬件設(shè)計(jì)93.1 I/O分配表103.2 I/O分配點(diǎn)數(shù)估算103.3 PLC的選型103.4 PLC硬件電路設(shè)計(jì)114 PLC軟件編程設(shè)計(jì)124.1 PLC梯形圖124.2 PLC語句表14結(jié)束語 16致謝 17參考文獻(xiàn) 181 引言1.1 城市的現(xiàn)狀隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。城市機(jī)

8、動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。1.2 智能交通燈國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r智能交通

9、系統(tǒng)的發(fā)展，最早可以追溯到20世紀(jì)七八十年代的一系列車輛導(dǎo)流系統(tǒng)新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。1991年美國通過“地面交通效率法”（ISTEA），俗稱“冰茶法案”，從此美國的IVHS研究開始進(jìn)入宏觀運(yùn)作階段。1994年，美國將IVHS更名為ITS。之后，之后，歐洲、日本等也相繼加入了這一行列。經(jīng)過30年的發(fā)展，美國、歐洲、日本成為世界ITS研究的三大基地。美國是當(dāng)今世界在ITS開發(fā)領(lǐng)域發(fā)展最快的國家，它從上個世紀(jì)80年代開始，先后開展了與智能汽車技術(shù)相關(guān)的PATH、IVI、VII和CVHAS等國家項(xiàng)目1995年3月美國交通部正是出版了“國家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”，明確規(guī)定了智能交通系統(tǒng)的7大領(lǐng)域和29個

10、用戶服務(wù)功能目前7大領(lǐng)域包括：出行和交通關(guān)系系統(tǒng)、出行需求管理系統(tǒng)、公共交通運(yùn)營系統(tǒng)、商用車輛運(yùn)營系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng)。日本于上個世紀(jì)90年代初就制定了大力發(fā)展智能交通系統(tǒng)的國家愛戰(zhàn)略，其中智能汽車作為只鞥交通的重要組成部分，也得到了深入研究。日本政府主導(dǎo)的先進(jìn)安全汽車ASV項(xiàng)目已于2000年取得初步實(shí)用化成果。我國ITS 的發(fā)展起步較晚，70年代以來，從國外引進(jìn)、消化了一些項(xiàng)目，并進(jìn)行了一些ITS或類ITS基礎(chǔ)項(xiàng)目的研究和應(yīng)用。70年代中至80年代初，主要是進(jìn)行城市交通信號控制試驗(yàn)研究，80年代中至90年代初，在一些大城市引進(jìn)和消化城市交通信號控制系統(tǒng)，

11、實(shí)現(xiàn)了一些（高速）公路監(jiān)控系統(tǒng)、高等級公路電子收費(fèi)系統(tǒng)和路邊信息服務(wù)系統(tǒng)。90年代中以來，開始研究部門ITS發(fā)展戰(zhàn)略和GIS、GPS、EDI在交通中的應(yīng)用等，重視交通信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，公路和橋梁管理用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和道路交通量和氣象數(shù)據(jù)采集等經(jīng)過多年的努力，也已取得明顯的進(jìn)展。1.3 研究目的和意義在十字路口設(shè)置交通燈可以對交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，運(yùn)用

12、統(tǒng)計(jì)的方法將兩個方向紅綠燈的延時預(yù)先設(shè)置好。然而，實(shí)際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、較適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時間間隔的控制方法。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的，采用固定時間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路

13、的暢通。為此，需要一種新型的控制方法才能較好地解決這個問題。智能交通系統(tǒng)（ITSIntelligent Transport Systems）ITS是一個跨學(xué)科、信息化、系統(tǒng)化的綜合研究體系，其主要內(nèi)容是：將先進(jìn)的人工智能技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息與通訊技術(shù)及電子傳感技術(shù)等有效的集成，并應(yīng)用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。交通控制系統(tǒng)是ITS研究的一個重要方面。由于交通系統(tǒng)具有較強(qiáng)的非線性、模糊性和不確定性，是一個典型的分布式非線性系統(tǒng)，而且具有多種信息來源、多傳感器的特點(diǎn)，用傳統(tǒng)的理論與方法很難對其進(jìn)行有效的控制

14、。把先進(jìn)的智能控制技術(shù)、信息融合技術(shù)、智能信息處理技術(shù)與交通管理技術(shù)結(jié)合起來，代表著城市交通信號控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。智能交通的發(fā)展是現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求，交通運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代社會發(fā)展的基礎(chǔ)。由于現(xiàn)代社會城市化速度越來越快、國民經(jīng)濟(jì)的高速增長、全球經(jīng)濟(jì)的一體化進(jìn)程加快、個人旅行與休閑時間的不斷增加以及人們對交通需求越來越高，智能交通便成為現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求。1.4 主要研究內(nèi)容由于城市的高速發(fā)展，交通障礙也隨之增加，為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)

15、交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)方案。本課題主要應(yīng)用傳感器與plc相結(jié)合，以車輛等待綠燈的滯留數(shù)來確定該該方向是否繁忙。如下圖1以南北向?yàn)槔?，每?dāng)車輛進(jìn)入十字路口必先經(jīng)過檢測器1和3，檢測器就會發(fā)生2個脈沖給PLC，PLC對檢測器1和3的計(jì)數(shù)就可得到車輛進(jìn)入候車入口的總數(shù)和Y。車輛繼續(xù)往前就會經(jīng)過檢測器2和4，同樣檢測器2和4也會發(fā)出2個脈沖給PLC，PLC對檢測器2和4脈沖的計(jì)數(shù)就會得到車輛駛出候車入口的總數(shù)和X，那么Y(進(jìn)入總量)-X（駛出總量）=Z1(

16、南北向車輛滯留數(shù)),同樣，東西方向，PLC通過對檢測器脈沖的計(jì)數(shù)就可得到滯留量Z2。圖1 十字路口傳感檢測器布置設(shè)Z1-Z2>20，則南北方向繁忙，東西一般，南北直行綠燈時長加5s,南北左轉(zhuǎn)綠燈時長加5s，東西紅燈時長加10s。Z1-Z2<-20，則東西方向繁忙，南北一般，東西直行綠燈時長加5s，東西左轉(zhuǎn)綠燈時長加5s，南北紅燈時長加10s。-20<=Z1-Z2<=20，則設(shè)為一般情況，控制燈正常閃亮。表1 綠燈時長控制東西南北綠燈時長繁忙一般繁忙正常東西直行綠燈加5s,東西左轉(zhuǎn)綠燈加5s一般南北直行綠燈加5s,南北左轉(zhuǎn)綠燈加5s正常以上車輛的計(jì)數(shù)和車流量的比較及綠燈時

17、間長度控制全部由PLC完成。各檢測器時刻檢測車輛，在一個紅綠燈周期中，每當(dāng)東西或南北綠燈亮之前，PLC都要依據(jù)脈沖的計(jì)數(shù)判定東西、南北的車流規(guī)模，然后根據(jù)以上簡述的智能控制原則，調(diào)整綠燈時長。圖2 感應(yīng)控制的原理框圖2 智能交通燈的理論和方法2.1 傳感器的選擇車輛檢測器的類型主要可分為壓力檢測器、磁感應(yīng)式檢測器、聲音檢測器、光電檢測器、超聲波檢測器、雷達(dá)檢測器、環(huán)形線圈檢測器等。本著實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等原則，本設(shè)計(jì)選用具有高準(zhǔn)確率、低成本、高可靠性的光電傳感器。光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，

18、所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。感應(yīng)控制是本系統(tǒng)的重點(diǎn)也是不同于一般交通信號控制之處，其主要思想為：光電傳感器檢測十字路口各方向的車流，每當(dāng)有車輛經(jīng)過，檢測器就會發(fā)出一個脈沖并傳輸給PLC（如圖3），PLC通過對脈沖的計(jì)數(shù)就可得到各方向的車流量，然后PLC通過一定的智能控制原則根據(jù)各方向車流量的大小自然的改變相應(yīng)的綠燈燈亮?xí)r間從而盡可能減少車輛等候時間光電傳感器車輛檢測儀PLC圖3 檢測器工作原理和波形2.2 智能交通信號燈正?？刂品绞叫盘枱羰軉娱_關(guān)控制。當(dāng)啟動開關(guān)接同時，信號燈系統(tǒng)開始工作

19、，啟動開關(guān)斷開時所有信號燈熄滅。一般情況下，先南北紅燈亮50S，南北綠燈亮20S，閃爍3S，黃燈亮2S，此時南北左轉(zhuǎn)紅燈亮了75S，然后南北直通紅燈亮25S,同時南北左轉(zhuǎn)綠燈亮20S，閃爍3S，黃燈亮2S。東西方向則是先直通綠燈亮20S，閃爍3S，黃燈亮2，然后紅燈亮25S，此時東西左轉(zhuǎn)燈紅燈先亮25S，然后左轉(zhuǎn)綠燈亮20S，閃爍3S，黃燈亮2S, 然后東西直通紅燈和左轉(zhuǎn)紅燈都亮50S。當(dāng)某方向繁忙時（假設(shè)南北繁忙）。檢測開關(guān)SB3自動閉合，南北綠燈時長加5s，東西紅燈時長增加5s,其余時間不變，再循環(huán)。南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，如果同時亮則報(bào)警并關(guān)閉系統(tǒng)。南北向東西向直通道左轉(zhuǎn)道直通道左

20、轉(zhuǎn)道 紅燈50s紅燈50s綠燈20s綠 3s黃 2s紅燈25s 紅燈25s 綠燈20s3s2s閃黃紅燈50s紅燈50s綠燈20s3s2s紅燈25s紅燈25s綠燈20s3s2s綠閃黃黃綠 圖4 交通正常燈工作時序圖2.3 急車強(qiáng)通控制方式急車強(qiáng)通信號受急車強(qiáng)通開關(guān)控制。無急車時，信號燈按正常時序控制。有急車來時，將急車強(qiáng)通開關(guān)接通，不管原來信號燈的狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車來車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過為止。急車一過，將急車強(qiáng)通開關(guān)斷開，控制燈恢復(fù)正常，急車強(qiáng)通信號只能響應(yīng)一路方向的急車，若兩個方向先后來急車，則響應(yīng)先來的一方，隨后再響應(yīng)另一方。若2個方向同時來急車，則按東西，南北順序

21、依次響應(yīng)。有急車是否南北強(qiáng)通按下按鈕SB6南北綠燈亮東西紅燈亮按下按鈕SB5東西綠燈亮南北紅燈亮圖5 急車強(qiáng)通控制圖東西強(qiáng)通啟動閉合SB1正常運(yùn)行2.4 程序流程圖為了方便分析，以下是該系統(tǒng)的正?？刂瞥绦蛄鞒虉D-20<=Z1-Z2<=20否是東西道南北道直行道左轉(zhuǎn)道直行道左轉(zhuǎn)道綠燈亮20s閃3s黃燈亮2s紅燈75s紅燈25s綠燈亮20s s閃3s黃燈2s紅燈50s紅燈50sss綠燈20s閃爍3s黃燈2s紅燈25s紅燈75s綠燈20s閃爍3s黃燈2s開始圖6 基本控制流程圖Z1-Z2>20檢測開關(guān)SB3自動閉合南北直通綠燈增加5s東西左轉(zhuǎn)綠燈加5s是否檢測開關(guān)SB4自動閉合東西

22、直通綠燈增加5s東西左轉(zhuǎn)綠燈加5s PLC硬件設(shè)計(jì)3.1 I/O分配表序號輸入設(shè)備端號輸出設(shè)備端號1啟動按鈕SB1X0南北紅燈Y02停止按鈕SB2X1南北綠燈Y13自動開關(guān)SB3X2南北黃燈Y24自動開關(guān)SB4X3南北左轉(zhuǎn)紅Y35東西強(qiáng)通開關(guān)SB5X4南北左轉(zhuǎn)綠Y46南北強(qiáng)通開關(guān)SB6X5南北左轉(zhuǎn)黃Y57東西紅燈Y68東西綠燈Y79東西黃燈Y1010東西左轉(zhuǎn)紅Y1111東西左轉(zhuǎn)綠Y1212東西左轉(zhuǎn)黃Y1313報(bào)警燈Y143.2 I/O分配點(diǎn)數(shù)估算系統(tǒng)輸入信號：手動選擇按鈕4個，需要4個輸入端 自動選擇按鈕2個，需要2個輸入端以上共需要6個輸入信號點(diǎn)，考慮到以后可能會對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整，所以再增

23、加2個備用點(diǎn)，這樣就共需要8個輸入點(diǎn)。系統(tǒng)輸出信號：南北和東西需要12個輸出信號，再加1個報(bào)警器，因此共需要13個輸出信號，考慮到以后可能補(bǔ)充調(diào)整再加2個信號點(diǎn)，所以一共要15個輸出點(diǎn)。3.3 Plc的選型本設(shè)計(jì)可采用三菱的FX2-32MR機(jī)型，該控制器有16個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)，性能高體積小，基本執(zhí)行指令速度為0.48s/步，程序存儲器的容量可擴(kuò)展至8K步，采用循環(huán)掃描方式，完全可以滿足需要。3.4 Plc硬件電路圖COMX5SB6圖7 輸入/ 輸出接線圖X0SB1X1SB2X2SB3X3SB4X4SB5Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y0Y10Y11Y12Y13Y14LNCOMFX2N-32

24、MR4 PLC軟件編程設(shè)計(jì)GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。改程序梯形圖和語句表就可以用該軟件完成。4.1 plc梯形圖4.2 程序語句表結(jié)束語通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認(rèn)識了將來電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我作為一名學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對學(xué)校所學(xué)知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個良好開端，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對所學(xué)知識理論的檢驗(yàn)與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計(jì)者獨(dú)立分析和解決問題的能力；是我在校期間向?qū)W校所交的最后一份綜合性作業(yè)，從老師的角度來說，指導(dǎo)做畢業(yè)設(shè)計(jì)是老師對學(xué)生所做的最后一次執(zhí)手訓(xùn)練。其次，畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)是老師檢驗(yàn)其教學(xué)效果，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量的絕好機(jī)會。畢業(yè)的時間一天一天的臨近，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。在不斷的努力下我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識的大概總結(jié)，但是真