《基于PLC十字路口交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)》9500字（論文）

基于PLC十字路口交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)摘要為設(shè)計(jì)一個(gè)不同于我們大街上常見(jiàn)交通信號(hào)燈的交通信號(hào)控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)當(dāng)前我國(guó)道路交通狀況的調(diào)查以及分析后，提出了一套基于單片機(jī)技術(shù)的智能交通信號(hào)控制器設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)中各功能模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。本專題綜合了有關(guān)的調(diào)研與資料，期望能對(duì)路上車流流量進(jìn)行有效控制，將交通壓力降到最低我們知道，微處理器是可編程序控制器（PLC）的基礎(chǔ)，主要將計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制，通訊等技術(shù)結(jié)合，由此而開(kāi)發(fā)出了新型工業(yè)型控制設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)型自動(dòng)化設(shè)備當(dāng)中，應(yīng)用最廣泛的就是可編程序控制器。它是以計(jì)算機(jī)為核心的智能控制系統(tǒng)。多數(shù)專家認(rèn)為，可編程序控制器將會(huì)是工業(yè)控制最重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一和最主要的方法，工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱即將為CAD/CAM，機(jī)器人和PLC所代替。由于PLC對(duì)于其使用環(huán)境適應(yīng)性非常好，而PLC內(nèi)定時(shí)器資源也很豐富，因此，其能夠非常準(zhǔn)確地控制現(xiàn)在市面上普遍采用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈，特別對(duì)存在多處岔路口時(shí)，控制效果十分顯著。由于這一原因，PLC廣泛應(yīng)用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)。不但如此，由于PLC自身通訊聯(lián)網(wǎng)，能在一條路上把信號(hào)燈形成局域網(wǎng)，以及統(tǒng)一管理與調(diào)度，使得車輛通過(guò)等待時(shí)間得以大大縮短，從而達(dá)到對(duì)交通信號(hào)進(jìn)行科學(xué)化管理。關(guān)鍵詞：交通信號(hào)；PLC；控制目錄TOC\o"1-3"\h\u19332第1章前言 第1章前言現(xiàn)代通行離不開(kāi)交通燈，其發(fā)展則有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史。它是以計(jì)算機(jī)為核心的智能控制系統(tǒng)。當(dāng)前人類工業(yè)文明正在迅猛發(fā)展，各種交通工具層出不窮，汽車更幾乎快要成了不可缺少的利器。隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)以及城市人口的增加，城市交通擁擠已經(jīng)到了前所未有的地步。由于廣泛采用了這些通行工具，致使旅行越來(lái)越便利，但與此同時(shí)，人們正面臨著嚴(yán)重的困擾，是交通壓力逐步變大，幾乎每個(gè)交叉口交通控制信號(hào)系統(tǒng)都開(kāi)始無(wú)法滿足要求。于是，交通燈的發(fā)明就成了解決這個(gè)問(wèn)題的最有效方法之一。全世界第一盞交通燈位于倫敦街口，以煤氣為能源，只有紅，綠色，由英國(guó)工程師納伊納伊特安裝。這種交通燈在最初的時(shí)候并沒(méi)有什么特殊之處，只是為了防止行人和車輛因?yàn)殛J紅燈而受到傷害而已。盡管還能達(dá)到交通信號(hào)控制功能，但不久之后，在爆炸事故發(fā)生之后，這類交通燈就這樣退出歷史舞臺(tái)。直到二十世紀(jì)八十年代初，才重新研發(fā)出一種新型的交通燈——電子紅綠燈。此后40多年后，交通燈再一次進(jìn)入我們的視線，第一個(gè)以電力為動(dòng)力的交通信號(hào)燈，是美國(guó)人克利夫蘭斯發(fā)明的，并在各大城市普遍安裝，以電力為動(dòng)力的交通燈和現(xiàn)代交通控制信號(hào)系統(tǒng)雛形初現(xiàn)。不過(guò)當(dāng)時(shí)的交通燈還是采用傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制的。之后因引入交通信號(hào)自動(dòng)化控制，交通燈發(fā)展上升到一個(gè)新水平。在上個(gè)世紀(jì)八十年代初，世界各國(guó)都已經(jīng)意識(shí)到了交通信號(hào)燈對(duì)于交通安全所起的作用，并制定了一些相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以保障交通安全。如果是左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，則要等待其他車道的車輛到達(dá)后再進(jìn)行轉(zhuǎn)道。綠燈時(shí)行駛，綠燈所處車道上的汽車可選擇直行或左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎。黃燈的時(shí)候停，黃燈所在的車道上沒(méi)有車輛行駛。黃燈亮了，適當(dāng)?shù)纫粫?huì)兒，黃燈所處車道上的汽車需減速行駛，必要時(shí)，必須選擇終止，但另一方面，如果汽車已很靠近停車線，因而不能安全停車，車輛可直達(dá)交叉路口。這就使得傳統(tǒng)的紅綠燈變成了一個(gè)臨時(shí)限速器，而不是真正的信號(hào)燈。由于采用了新型交通燈，交通規(guī)則清晰，城市交通壓力大大提升，人們出行開(kāi)始便捷起來(lái)。

第2章總體方案的設(shè)計(jì)2.1PLC的基本結(jié)構(gòu)總之計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與PLC很類似，所以PLC還有帶存儲(chǔ)器，電源、輸入輸出接口、中央處理器等等，具體情形見(jiàn)圖2-1：圖2-1PLC的基本結(jié)構(gòu)2.2PLC各部分作用（1）中央處理單元在實(shí)際工作當(dāng)中，如果要想讓計(jì)算機(jī)能夠正常地運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)的話，那么就需要用到中央處理單元，因?yàn)樗怯?jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中最為重要的部件之一。微處理器按系統(tǒng)中程序交給他的工作方式工作。在使用過(guò)程中，微處理器會(huì)將處理后得到的結(jié)果傳送至相關(guān)的存儲(chǔ)器之中。對(duì)于它，控制并保存用戶數(shù)據(jù)接收并轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程；將所收到的資料存入儲(chǔ)存器；以及根據(jù)存儲(chǔ)的結(jié)果控制執(zhí)行相關(guān)操作等等。針對(duì)電源及PLC內(nèi)部可能發(fā)生的電路故障；PLC開(kāi)展工作時(shí)，用戶命令由儲(chǔ)存器呼叫，后加以解譯，后轉(zhuǎn)發(fā)并統(tǒng)計(jì)；借助計(jì)算得出，將與輸出映像寄存器有關(guān)的信息更新。通過(guò)這樣的方式能夠有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的誤差，使得整個(gè)控制系統(tǒng)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此后在借助于輸出部分來(lái)執(zhí)行打印表和通訊連接的動(dòng)作。（2）I/O單元I/O單元為PLC提供輸入輸出設(shè)備。輸入口可以輸入場(chǎng)景中的全部輸入信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為中央處理器可接收的信號(hào)，最后送CPU操作；反之，輸出單元?jiǎng)t是把CPU的輸出信號(hào)變換為控制器可以接收到的信號(hào)，接著又用于驅(qū)動(dòng)多種設(shè)備。（3）存儲(chǔ)器針對(duì)系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器，它所能起到的價(jià)值所在，就是把廠家所編制的系統(tǒng)程序保存起來(lái)，并固定于存儲(chǔ)器中，不允許被改動(dòng)。所以，如果系統(tǒng)程序出現(xiàn)了問(wèn)題，則需要及時(shí)對(duì)它進(jìn)行處理，以確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全，避免影響到生產(chǎn)效率。系統(tǒng)程序等價(jià)于完整操作系統(tǒng)，他和PLC性能息息相關(guān)。（4）編程器編程器的功能就是給用戶一個(gè)功能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)程序的編輯與調(diào)試，監(jiān)視，這是可編程序控制器中最重要的裝置之一。（5）電源單元電源單元的惟一功能是為PLC供電，是可編程序控制器繼續(xù)運(yùn)行的唯一保證。2.3總體方案設(shè)計(jì)以PLC為核心的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)包括車流量檢測(cè)系統(tǒng)，PLC等、控制中控臺(tái)的三個(gè)主要部分構(gòu)成，它的控制結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)2-1。圖2-1基于PLC的自適應(yīng)交通燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖車流量檢測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)每個(gè)交叉口在單位時(shí)間內(nèi)（60s）經(jīng)過(guò)該交叉口的汽車進(jìn)行檢測(cè)，以及發(fā)送檢測(cè)結(jié)果至PLC中；所述PLC基于車流量檢測(cè)系統(tǒng)所記錄的信息進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制規(guī)律，對(duì)對(duì)應(yīng)交通信號(hào)燈進(jìn)行控制；同時(shí)接收來(lái)自于控制中心發(fā)出的指令，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。中控臺(tái)主要用于控制系統(tǒng)運(yùn)行模式，例如自動(dòng)運(yùn)行模式、人為干預(yù)的運(yùn)行模式等等。本研究設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)和無(wú)線傳輸技術(shù)的智能交通信號(hào)控制器。自動(dòng)運(yùn)行模式，如東西向或南北向車流量均小于15輛/min，然后系統(tǒng)按照定時(shí)切換的方式進(jìn)行控制操作，雙向綠燈都是40s、黃燈是3s，紅燈43s開(kāi)關(guān)操作；如果某個(gè)方向每分鐘車流量在15以上，30以下，那么應(yīng)該把綠燈調(diào)到50s，黃燈調(diào)到3s，另一向綠燈30s，黃燈3s；當(dāng)反向車流較多，正向流量較多時(shí)，可將反向綠燈區(qū)改為單向白熾燈帶，以增加交通通行能力。若某一向若某一向每分鐘車大于30，那么這個(gè)方向綠燈調(diào)到70s、黃燈調(diào)到3s；當(dāng)兩相向車流流量相差不大，但方向相反時(shí)即反向設(shè)置。當(dāng)兩個(gè)方向的車流量都處于相同范圍時(shí)，車流量大歷來(lái)控制優(yōu)先，如果兩個(gè)方向的車流量都處于相同的范圍內(nèi)，并且相等，則，東西控制優(yōu)先。

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)所述定時(shí)系統(tǒng)包括定時(shí)器，時(shí)間狀態(tài)顯示器及其它部件包括其中，定時(shí)器是用兩片CD4029組成的二位十進(jìn)制可預(yù)制減法計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，時(shí)間狀態(tài)通過(guò)2片74LS47,2個(gè)LED數(shù)碼管顯示減法計(jì)數(shù)器的頁(yè)碼。由于本電路采用了兩級(jí)結(jié)構(gòu)，即加法計(jì)數(shù)器與減法計(jì)數(shù)器均為兩位八路單向三態(tài)門來(lái)完成計(jì)時(shí)功能，因此在實(shí)際應(yīng)用中可以同時(shí)使用兩個(gè)或多個(gè)器件完成計(jì)時(shí)功能。預(yù)設(shè)在減法計(jì)數(shù)器上的時(shí)間常數(shù)，一般由兩片八路雙向三態(tài)門74LS245來(lái)完成。按照設(shè)計(jì)要求，交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)有定時(shí)器，可以自動(dòng)加載各種定時(shí)時(shí)間，以便在30s內(nèi)執(zhí)行定時(shí)任務(wù)。3.2地感線圈的工作原理該系統(tǒng)由東南，西北四個(gè)方向地感線圈探測(cè)車流量的多少，判斷各交叉口的繁忙程度。由于本電路采用了兩級(jí)結(jié)構(gòu)，即加法計(jì)數(shù)器與減法計(jì)數(shù)器均為兩位八路單向三態(tài)門來(lái)完成計(jì)時(shí)功能，因此在實(shí)際應(yīng)用中可以同時(shí)使用兩個(gè)或多個(gè)器件完成計(jì)時(shí)功能。在本設(shè)計(jì)中，交通路口的處理方式得到簡(jiǎn)化，僅考慮每個(gè)方向僅有一個(gè)直行道，再在離路口30米處鋪一層地感線圈，并以此對(duì)車流量這一復(fù)雜狀況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。同時(shí)也對(duì)各交叉口的信號(hào)燈和交通燈的狀態(tài)以及車輛行駛速度等信息進(jìn)行采集。具體情形見(jiàn)圖3-1，圖3-1十字路口地感線圈布置圖本設(shè)計(jì)中，每次有車經(jīng)過(guò)十字路口，肯定要經(jīng)過(guò)地感線圈N和S，接著地感線圈產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并傳輸?shù)絇LC內(nèi)部，然后做加1運(yùn)算，PLC對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也就是各路口車流量，分別對(duì)南北向及東西向車流量X,Y進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，最后，將倆數(shù)值X,Y進(jìn)行對(duì)比，可以判斷南，北，東，西段車流量是否錯(cuò)綜復(fù)雜，若車輛流量大，那么，在這個(gè)方向上綠燈時(shí)間就會(huì)適當(dāng)加長(zhǎng)，這樣循環(huán)往復(fù)地對(duì)比，但是不應(yīng)大于一最大值。3.3地感線圈的選擇本設(shè)計(jì)以地感線圈檢測(cè)車流量為中心，所以對(duì)于地感線圈來(lái)說(shuō)，其選型顯得尤為重要。由于地感線圈是一種無(wú)源器件，所以它的電流與電壓都受到一定程度上的限制，而且其輸出的電流和電壓也不是固定不變的，而是會(huì)隨著外界環(huán)境以及自身參數(shù)等因素而變化的。若要讓地感線圈合理運(yùn)行，則應(yīng)使電感線圈電感量維持在100uH~300uH之間，那么，在線圈電感沒(méi)有變化的條件下，線圈匝數(shù)與周長(zhǎng)密切相關(guān)，若周長(zhǎng)越小，伴隨著線圈匝數(shù)越大，具體情況可參考表3-1。表3-1線圈匝數(shù)的參考表在實(shí)踐中，在敷設(shè)線圈時(shí)，有可能出現(xiàn)種種問(wèn)題，但是本設(shè)計(jì)只注重仿真，因此，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)多的思考。由于地感線圈是一種無(wú)源器件，所以它的電流與電壓都受到一定程度上的限制，而且其輸出的電流和電壓也不是固定不變的，而是會(huì)隨著外界環(huán)境以及自身參數(shù)等因素而變化的。根據(jù)本設(shè)計(jì)確定內(nèi)徑尺寸選用1.8×2.3CM、外徑大小為2.0×2.5CM、匝數(shù)180匝。3.4信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置本文主要研究了電磁感應(yīng)加熱設(shè)備中線圈的參數(shù)對(duì)溫度分布和溫升速率的影響情況。原理圖見(jiàn)3-2。圖3-2信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置電路原理圖共射極振蕩器包括U1,U2兩部分，并將兩三極管公共射極電阻換成R3，整個(gè)系統(tǒng)形成了正反饋系統(tǒng)。在此過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)電容和電阻之間的電壓差就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電源頻率的控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電流大小的目的。地感線圈T和振蕩回路組成LC諧振電路，T為信號(hào)元件，用作電感元件的檢測(cè)電路。當(dāng)車輛行駛于公路上時(shí)，由于地面上存在著各種金屬物體，這些金屬物質(zhì)都將對(duì)線路產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)。當(dāng)金屬物環(huán)繞，它將引起介質(zhì)的改變，導(dǎo)致一系列物理量發(fā)生變化，如果震蕩頻率將上升，進(jìn)而影響單位磁通量上升，最后線圈的電感值改變，這時(shí)LC諧振頻率變化。為了達(dá)到上述目的，本文設(shè)計(jì)了一種新型共反射極型電流源——共射-反射極電流源。3.5交通燈選型該振蕩電路具有較好的穩(wěn)定性及良好的線性度。在具有多個(gè)中色彩的信號(hào)燈集合中，每種色彩又被獨(dú)立地控制。為了能夠?qū)煌ㄐ盘?hào)燈進(jìn)行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)，就需要使用一個(gè)具有一定功能的系統(tǒng)來(lái)完成。這樣就可以把每個(gè)信號(hào)燈分成幾個(gè)子燈組，每個(gè)子燈組對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)管或者一個(gè)干簧管。交通燈各中色僅向PLC返回1對(duì)干觸點(diǎn)信號(hào)，再經(jīng)線路保險(xiǎn)后傳輸?shù)絇LC輸入接口模塊?？刂扑惴ㄖ细卸嘀亻]環(huán)控制，其響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于0.5秒。圖3-3交通燈內(nèi)部線路圖該系列產(chǎn)品完全滿足了我國(guó)公安部對(duì)交通安全產(chǎn)品三五一級(jí)W型規(guī)定的最高標(biāo)準(zhǔn)。3.6PLC的I/O地址分配具體的輸入/輸出地址分配參考下表3-2，本PLC接線輸入采用交流220V，輸出采用直流12V。表3-2輸入/輸出地址分配表3.7PLC的外部接線及原理因?yàn)檫@種裝置的穩(wěn)定性能夠得到有效保障，而且其操作簡(jiǎn)單方便，因此本文就對(duì)基于單片機(jī)技術(shù)的智能交通燈進(jìn)行了研究分析，以供參考交流。系統(tǒng)原理圖如圖3-4。圖3-4系統(tǒng)原理圖

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1編程軟件的選取目前，市面上已有很多種類用于PLC編程和監(jiān)控的軟件，本設(shè)計(jì)確定使用GXWORKS2這套軟件，這是三菱電機(jī)發(fā)布的三菱綜合PLC編程軟件。并廣泛應(yīng)用于各類三菱PLC系統(tǒng)，與本設(shè)計(jì)使用三菱FX2N―64MT―001型號(hào)PLC吻合度較好。4.2編程軟件的使用方法就像學(xué)過(guò)編程軟件，在為程序的監(jiān)視做準(zhǔn)備之前，均需新建項(xiàng)目，并將本設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈梯形圖錄入工作區(qū)，然后就可以監(jiān)控程序執(zhí)行情況了，校驗(yàn)設(shè)計(jì)是否可行。梯形圖建立接口如圖4-1中：圖4-1編程軟件的設(shè)計(jì)界面該接口采用梯形圖工具欄功能指令、觸頭，線圈和畫(huà)線這樣的工具就可以在程序編譯區(qū)編譯程序了。通過(guò)本文介紹的方法可以很容易地實(shí)現(xiàn)這些功能，并為以后開(kāi)發(fā)其他類似的系統(tǒng)提供了方便和參考。經(jīng)過(guò)對(duì)節(jié)目的編輯，進(jìn)行變換操作。通過(guò)對(duì)輸入數(shù)據(jù)或輸出圖形的改變來(lái)達(dá)到修改程序的目的。轉(zhuǎn)換的這個(gè)過(guò)程是為了檢驗(yàn)編譯后的程序能否達(dá)到要求與標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)程序檢查，沒(méi)有錯(cuò)誤，就可以啟動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行設(shè)計(jì)梯形圖。這種方法稱為“模擬法”。具體方法是在調(diào)試菜單中直接調(diào)用“仿真啟動(dòng)/終止”指令，仿真運(yùn)行啟動(dòng)后，當(dāng)前值改變對(duì)話框可被調(diào)用。通過(guò)這種方式來(lái)調(diào)整程序執(zhí)行過(guò)程中各階段參數(shù)。并可投入待更改軟元件，改變軟元件存儲(chǔ)值，對(duì)程序運(yùn)行效果進(jìn)行觀察。當(dāng)監(jiān)控完成時(shí)，就會(huì)顯示出相應(yīng)的代碼和數(shù)據(jù)了。監(jiān)測(cè)完成后，編譯狀態(tài)需由讀取模式轉(zhuǎn)換為寫(xiě)入模式，才能重新修改程序。如果不經(jīng)過(guò)再次重新編譯，則只能執(zhí)行原程序代碼中的部分功能或不能正常工作。監(jiān)控調(diào)試的啟動(dòng)接口如圖4-2。圖4-2編程軟件監(jiān)視設(shè)置界面4.3交通燈的時(shí)序分析通過(guò)設(shè)計(jì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)過(guò)程，可概括為只要信號(hào)燈持續(xù)30秒鐘以后，系統(tǒng)均對(duì)每次車流的流量數(shù)進(jìn)行對(duì)比，由此得到的兩個(gè)判斷結(jié)果是共通的，再過(guò)30秒鐘，就可以得到兩個(gè)判斷結(jié)果了。在編譯時(shí)，首先要將這些功能指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的符號(hào)并存入到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中。再據(jù)統(tǒng)計(jì)，便可對(duì)各種可能的情況進(jìn)行分析：（1）起初，南方和北方一片綠燈，而且東方和西方都亮起了紅燈，經(jīng)過(guò)30秒鐘的維持，南方和北方綠燈初現(xiàn)，又變換成黃燈，終于跳到紅燈了，同時(shí)，東方和西方交通信號(hào)燈也要改為綠燈。（2）起初，南來(lái)北往都綠了燈，而東、西兩個(gè)方向都亮著紅燈，經(jīng)過(guò)30秒鐘的維持，南北綠燈持續(xù)平光，東、西兩個(gè)方向持續(xù)亮紅燈；再經(jīng)過(guò)30秒鐘，南方和北方綠燈閃爍三秒鐘后變換為黃燈，終于跳到紅燈了，反之，東、西向轉(zhuǎn)為綠燈。（3）第三種情況，南方和北方綠燈時(shí)間再保持30秒鐘，但是在此背景下，不論對(duì)比結(jié)果如何，南北向綠燈必須閃爍三秒鐘后才能發(fā)出，轉(zhuǎn)換為保持兩秒鐘黃燈，終于跳到紅燈了，這時(shí)，東方和西方都是綠燈亮。分析后發(fā)現(xiàn)以上3種情況很熟悉，且各條件間聯(lián)系度較高，全系統(tǒng)程序循環(huán)執(zhí)行，根據(jù)每次比對(duì)結(jié)果，可對(duì)交通信號(hào)燈時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行智能控制，盡可能解決交通壓力問(wèn)題。這種方法稱為“模擬法”。這里簡(jiǎn)要分析了第二種情形的時(shí)序，如圖4-3：圖4-3交通燈的時(shí)序分析圖4.4系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)啟動(dòng)后，南北綠燈先，與此同時(shí)，東方與西方都亮起了紅燈，在這一過(guò)程中，東南西北四個(gè)方向的地感線圈脈沖信號(hào)不停地計(jì)數(shù)。這是因?yàn)樵诿恳粋€(gè)紅綠燈周期內(nèi)，每個(gè)車道上車輛數(shù)目是不同的。在30秒鐘之后，定義南北方向上統(tǒng)計(jì)車流流量數(shù)X1，并將東，西兩個(gè)方向上統(tǒng)計(jì)出的車流流量數(shù)界定在Y1上，然后把南北方向與東西方向所統(tǒng)計(jì)的資料X1跟比Y1。如果比較結(jié)果是X1大于或等于Y1，那么，該系統(tǒng)將在30秒鐘內(nèi)讓南北向綠燈持續(xù)點(diǎn)亮，同理，東西向紅燈應(yīng)持續(xù)30秒鐘，在這一進(jìn)程期間，脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)將以30秒鐘為單位不斷提高。過(guò)了30秒鐘，南方和北方所統(tǒng)計(jì)的車流流量數(shù)，定義X2，東方和西方所統(tǒng)計(jì)的車流流量數(shù)都被界定在Y2上，再把南北方向和東西方向所統(tǒng)計(jì)的資料X2于Y2進(jìn)行對(duì)比分析，如果比較結(jié)果是X2大于或等于Y2，那么南方和北方綠燈仍將持續(xù)30秒鐘，同是東方和西方，紅燈持續(xù)30秒鐘。當(dāng)這兩個(gè)數(shù)值超過(guò)了一定范圍時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)紅車與黑車之間的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。接著，南北向綠燈亮起三秒鐘，又變換成黃燈，當(dāng)然，過(guò)程中，東方和西方應(yīng)同時(shí)維持紅燈時(shí)間5秒鐘。五秒鐘過(guò)去后，南北向交通信號(hào)燈就開(kāi)始變紅燈了，與此同時(shí)，東西向交通信號(hào)燈變換為綠燈，所有各向脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)應(yīng)重新啟動(dòng)。東、西、南、北各方向信號(hào)燈連續(xù)工作30秒鐘，按以上步驟進(jìn)行，將東方與西方的車流流量數(shù)和南方與北方的車流流量數(shù)進(jìn)行比較，以此循環(huán)。若是上文首次對(duì)比，X1低于Y1時(shí)就會(huì)發(fā)生，此時(shí)，南方和北方綠燈閃爍三秒鐘后，變換為黃燈，維持兩秒鐘，同時(shí)，東方和西方紅燈都亮起了五秒鐘。五秒鐘后切換到南北方向就是紅燈，東、西都是綠燈，而且各向地感線圈都得重新啟動(dòng)車流量統(tǒng)計(jì)。當(dāng)所有車輛都進(jìn)入倒計(jì)時(shí)后，再通過(guò)這個(gè)時(shí)間來(lái)判斷出是否有行人或其他物體經(jīng)過(guò)路口或者過(guò)街。如此不斷的對(duì)比。當(dāng)對(duì)比東，西，南，北車流量時(shí)，總的概念是把車流流量較大的一個(gè)方向車輛行駛時(shí)間加長(zhǎng)一些，車流流量較小方向又進(jìn)行了適當(dāng)觀望。通過(guò)以上的分析我們可以看出，本設(shè)計(jì)中采用了基于模糊邏輯的控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈控制器，這樣不僅能夠降低能耗，同時(shí)還能保證較好的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。但呢，無(wú)論如何，綠燈總時(shí)間不應(yīng)超過(guò)90秒鐘，當(dāng)然，綠燈最短時(shí)間不應(yīng)小于35秒鐘。所以在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，我們可以通過(guò)地感應(yīng)線圈來(lái)判斷出哪個(gè)路口的車流量較大。并且在數(shù)據(jù)比較以后，如綠燈持續(xù)，地感線圈統(tǒng)計(jì)的車流量數(shù)應(yīng)該是在上一個(gè)30秒后繼續(xù)統(tǒng)計(jì)的。也就是說(shuō)當(dāng)綠燈變成紅燈時(shí)，就必須讓所有行人都能通過(guò)，這樣可以有效地防止交通堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。也是綠燈轉(zhuǎn)紅燈時(shí)，地感線圈需要對(duì)車流量進(jìn)行再次統(tǒng)計(jì)。4.5主程序的設(shè)計(jì)本程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，以便能使程序更完善，以下幾個(gè)問(wèn)題值得深思。第一，對(duì)不同類型信號(hào)燈的設(shè)置方法要有所了解。一、關(guān)于各信號(hào)燈間聯(lián)鎖關(guān)系的考慮，這里所講的聯(lián)鎖關(guān)系，代表了燈在不同方向間轉(zhuǎn)換的聯(lián)鎖關(guān)系；同時(shí)也要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體分析，以達(dá)到優(yōu)化的效果。二是如何對(duì)子程序能用，處在這一點(diǎn)上考慮的根源就在這個(gè)設(shè)計(jì)上，有許多部分在功能上完全一樣。因此，如果要對(duì)其進(jìn)行修改的話，就必須按照一定的順序來(lái)進(jìn)行改變，這樣才能達(dá)到預(yù)期效果。因此，當(dāng)程序編制完成后，對(duì)該程序模塊化處理，因而使需要產(chǎn)生時(shí)，能直接使用；并且在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)也會(huì)對(duì)其做出一定程度上的改動(dòng)。第三涉及脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)清零，每當(dāng)一側(cè)燈光從綠燈到黃燈，又到紅燈時(shí)，脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)均應(yīng)清零。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就可以通過(guò)計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)了。而在這之前，脈沖信號(hào)均要累計(jì)計(jì)數(shù)。表4-1元件符號(hào)及意義表4-2元件符號(hào)及意義圖4-4流程圖的設(shè)計(jì)圖4-5程序監(jiān)控界面

第5章調(diào)試與仿真5.1MCGS的基本介紹對(duì)MCGS來(lái)說(shuō)，是可以高速構(gòu)造和執(zhí)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成的配置軟件。僅借助Windows系統(tǒng)即可開(kāi)展工作，借助野外收集的資料，給用戶顯示動(dòng)畫(huà)，發(fā)出警報(bào)、曲線和其他方法進(jìn)行方案展示。通過(guò)對(duì)這種形式所顯示出來(lái)的信息和結(jié)果，可以為工作人員提供參考依據(jù)。微軟公司視窗系統(tǒng)可以充分發(fā)揮它的性能，Windows系統(tǒng)擁有超強(qiáng)的圖形功能和和方便的操作流程，對(duì)MCGS而言，此時(shí)是最恰當(dāng)不過(guò)了，也正由于搭載了Windows系統(tǒng)，使其與以往用專用機(jī)研制相比，具有通用性能，有了更出色的成績(jī)，并且也能夠完全的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。對(duì)MCGS來(lái)說(shuō)，它本身所具有的獨(dú)到之處就是可以直觀地展示信息，并且畫(huà)面較為簡(jiǎn)單；在顯示過(guò)程中采用了并行方式來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。并行處理也更強(qiáng)悍了；可以實(shí)現(xiàn)多種媒體形式的結(jié)合，使得整體應(yīng)用效果較好。多媒體動(dòng)畫(huà)內(nèi)容也比較豐富，能較好地顯示資料；此外，還具有良好的人機(jī)交互性以及開(kāi)放性。結(jié)構(gòu)為開(kāi)放式，在數(shù)據(jù)獲取中的角色是極為寬泛的，并且在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時(shí)候也較為便捷；同時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力較強(qiáng)。安全機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn)更高了，能滿足信息保密需要；同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備之間的通信。連接互聯(lián)網(wǎng)的作用；便于用戶之間以及與外界進(jìn)行通信等特點(diǎn)。對(duì)數(shù)據(jù)保存采用了數(shù)據(jù)庫(kù)，該體系更可靠，更完善；能使控制系統(tǒng)達(dá)到分布式管理目標(biāo)。MCGS系統(tǒng)環(huán)境組成是組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。在這個(gè)基礎(chǔ)之上，我們可以將其作為一種全新的計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式，來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)加以管理。利用MCGS開(kāi)發(fā)組成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，能設(shè)定為5個(gè)部件，由此形成結(jié)構(gòu)，分別設(shè)有主控，裝置、用戶3個(gè)窗口和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及運(yùn)行機(jī)制。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)這四個(gè)模塊的合理組合，使得系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充性以及穩(wěn)定性。在組態(tài)工作中，用戶僅有一個(gè)由系統(tǒng)給出的空框架，但該框架可以獨(dú)立完成，并且還有著極為強(qiáng)大的動(dòng)畫(huà)和功能部件存在其中。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)這兩個(gè)部分都要予以重視。假設(shè)要構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)的第一步，進(jìn)入配置的環(huán)境，利用系統(tǒng)所持之功能或組件來(lái)建構(gòu)系統(tǒng)，配置全部參數(shù)，這樣，它就成為一項(xiàng)功能強(qiáng)大，實(shí)用性強(qiáng)的項(xiàng)目；同時(shí)還可以通過(guò)這個(gè)界面來(lái)觀察整個(gè)系統(tǒng)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。步驟2，運(yùn)行環(huán)境在組態(tài)環(huán)境下接收結(jié)果。第三步，根據(jù)這些結(jié)果來(lái)完成對(duì)該應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，最終在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中得到驗(yàn)證。二者相結(jié)合，組成應(yīng)用系統(tǒng)。5.2MCGS組態(tài)環(huán)境的創(chuàng)建為了用MCGS來(lái)模擬交通信號(hào)控制系統(tǒng)，必須定義各種變量，一，新建項(xiàng)目，打造全新工作窗口，僅在此工作窗口內(nèi)，才可設(shè)計(jì)出所需仿真圖。在這個(gè)基礎(chǔ)之上，我們可以將其作為一種全新的計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式，來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)加以管理。接著是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中各類變量的定義，在MCGS軟件中設(shè)置最為基礎(chǔ)。接著是根據(jù)系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行時(shí)參數(shù)變化而產(chǎn)生的相應(yīng)數(shù)據(jù)。最后，定義了各類變量后，才能設(shè)計(jì)出相應(yīng)腳本程序，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和初步設(shè)計(jì)。本文介紹了如何通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)這些功能，并且給出了一些流程圖，以及相應(yīng)的源代碼。具體過(guò)程見(jiàn)圖5-1、5-2。圖5-1用戶窗口圖圖5-2變量定義圖5.3MCGS組態(tài)軟件模擬運(yùn)行當(dāng)各項(xiàng)參數(shù)均設(shè)定后，即可仿真所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)圖，單擊輸入操作選項(xiàng)系統(tǒng)啟動(dòng)模擬操作，運(yùn)行畫(huà)面如圖5-3：圖5-3控制系統(tǒng)仿真圖結(jié)論對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)我的初衷就是要設(shè)計(jì)一個(gè)與我們大街小巷中常見(jiàn)交通信號(hào)燈不同的交通信號(hào)控制系統(tǒng)。因?yàn)檫@種系統(tǒng)能夠根據(jù)不同路段車流量的大小來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)交通流量，從而避免了因路口擁堵造成的交通事故，也減少了由于交通堵塞導(dǎo)致的資源浪費(fèi)。我們大街上經(jīng)?？吹降慕煌?，每一個(gè)信號(hào)燈時(shí)間是固定的，不因車流量不同，交通信號(hào)燈時(shí)間長(zhǎng)短也不同，所以經(jīng)常發(fā)生堵車。本次設(shè)計(jì)可對(duì)路面車流流量進(jìn)行有效控制，將交通壓力降到最低，受個(gè)人所學(xué)的限制，設(shè)計(jì)上也有缺陷。本文主要介紹了基于單片機(jī)的智能交通指揮系統(tǒng)