基于plc的智能交通灯控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的智能交通灯控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

是：事先经 过车辆流量的调查，运用统 计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。 然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。 即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。 这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。 目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。 由于十字路口不同时刻车辆的 流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。 为此， 需要一种新型的控制方法才 能较好地解决这个问题。 智能交通系统（ ITS—— Intelligent Transport Systems） ITS 是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是：将先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息与通讯技术及电子传感技术等有效的集成，并应用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。 交通控制系统是 ITS 研究的一个重要方面。 由于交通系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性，是一个典型的分布式非线性系统，而且具有多种信息来源、多传感器的特点，用传统的理论与方法很难对其进行有效的控制。 把先进的智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术与交 通管理技术结合起来，代表着城市交通信号控制系统发展的方向。 智能交通的发展是现代社会经济发展的客观要求，交通运输是国民经济和现代社会发展的基础。 由于现代社会城市化速度越来越快、国民经济的高速增长、全球经济的一体化进程加快、个人旅行与休闲时间的不断增加以及人们对交通需求越来越高，智能交通便成为现代社会经济发展的客观要求。 10 2 智能交通灯 方案设计 由于城市的高速发展，交通障碍也随之增加，为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。 用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实 验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，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。 系统构建 本 设计 主要应用传感器与 plc 相结合，以车辆等待绿灯的滞留数来确定该该方向是否繁忙。 如下图 以南北向为例，每当车辆进入十字路口必先经过检测器 1 和 3，检测器就会发生 2 个脉冲给 PLC， PLC 对检测器 1 和 3 的计数就可得到车辆进入候车入口的总数和 Y。 车辆继续往前就会经过检测器 2 和 4，同样检测器 2 和 4 也会发出 2 个脉冲给 PLC， PLC 对检测器 2 和 4 脉冲的计数就会得到车辆驶出候车入口的总数和 X，那么 Y(进入总量 )X（驶出总量） =Z1(南北向车辆滞留数 ),同样，东西方向， PLC 通过对检测器脉冲的计数就可得到滞留量Z2。 图 十字路口传感检测器布置 设 Z1Z220，则南北方向繁忙，东西一般，南北直行绿灯时长加 5s,南北左转绿灯时长加 5s，东西红灯时长加 10s。 Z1Z220，则东西方向繁忙，南北一般，东西直行绿灯时长加 5s，东西左转绿灯时长加 5s，南北红灯时长加 10s。 检 测 器 1检 测 器 2检 测 器 4检 测 器 5检 测 器 6检 测 器 3检 测 器 8检 测 器 7东南西北 11 20=Z1Z2=20，则设为一般情况，控制灯正常闪亮，见表。 表 绿灯时长控制 繁忙 一般 繁忙 正常 东西直行绿灯加 5s,东西左转绿灯加 5s 一般 南北直行绿灯加 5s,南北左转绿灯加 5s 正常 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，见图 感应控制原理框图。 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，调整绿灯时长。 图 感应控制的原理框图 智能交通信号灯正常控制方式 信号灯受启动开关控制。 当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，启动开关断开时所有信号灯熄灭。 一般情况下， 先南北红灯亮 50S，南北绿灯亮 20S，闪烁 3S，黄灯亮 2S，此时南北左转红灯亮了 75S，然后南北直通红灯亮 25S,同时南北左转绿灯亮 20S，闪烁 3S，黄灯亮 2S。 东西方向则是先直通绿灯亮 20S，闪烁 3S，黄灯亮 2，然后红灯亮 25S，此时东西左转灯红灯先亮 25S，然后左转绿灯亮 20S，闪烁 3S，黄灯亮 2S, 然后东西直通红灯和左转红灯都亮 50S， 控制过程 如图。 交通灯智能仪器会在交通灯程序执行前进行测量车辆拥挤程度，当东西与南 北车辆正常时它会执行正常工作的程序。 东西车道拥挤时，检测开关 SB4 自动闭合，智能交通灯会增加东西车道绿灯 5s 的时间，减少南北车道绿 灯 5s 时间 ,但交通灯的整体周期不变 ，再循环。 南北车道拥挤时，检测开关 SB3 自动闭合，智能交通灯会增加南北车道绿南北 绿灯时长 东西 检测器 1检测器 2 检测器 3检测器 4检测器 5检测器 6检测器 7检测器 8PLC确定各路口绿灯时长交通信号灯各路口车辆信息按控制原则发出控制信号交通流 12 灯 5s 的时间，减少东西车道绿灯 5s 时间，同样交通 灯的整体周期不变，再循环。 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮则报警并关闭系统。 图 交通正常灯工作时序图 图 南北方向繁忙时的交通灯工作时序图 急车强通控制方式 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，直至急车通过为止。 急车一过，将急车强通开关断开，控制灯恢复正常，急车强通信号只能响应一路方向的急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。 若 2 个方向同时来急车，则按东西，南北顺序依次响应。 南北方向 东西方向 直通道 左转道 直通道 左转道 红灯 40s 红灯 40s 绿 15s 绿 3s 黄 2s 红灯 20s 红灯 20s 绿灯 20s 红灯 60s 红灯 60s 绿灯 25s 红灯 30s 红灯 30s 绿灯 25s 3s 2s 闪 黄 2s 南北方向 东西方向 直通道 左转道 直通道 左转道 红灯 50s 红灯 50s 绿灯 20s 绿 3s 黄 2s 红灯 25s 红灯 25s 绿灯 20s 3s 2s 闪 黄 红灯 50s 红灯 50s 绿灯 20s 3s 2s 红灯 25s 红灯 25s 绿灯 20s 3s 2s 闪 黄 黄 绿 闪 13 ３ 智能交通灯系统的 硬件设计 可编程控制器（ PLC）是在继电器控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种新型的工业自动控制设备，是 计算机家族中的一员， 它以微处理为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，广泛应用于自动化的各个领域。 PLC 从原来具有逻辑控制、顺序控制等功能，发展到现在已具有模拟量输入 /输出、定位控制、旋转角度检测、高速计数、数据处理、联网通信等功能。 PLC 使用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程，适应工业环境，简单易懂，操作方便，是可靠性高的新一代通用工业控制装置。 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller），简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控 制。 随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。 但是为了避免与个人计算机（ Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 PLC 是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置 ,是带有存储器 ,可以编制程序的控制器。 它能够存储和执行指令 ,进行逻辑运算 ,顺序控制 ,定时 ,计数和算术等操作 ,并通过数字式和模拟式的输入输出 ,控制各种类型的机械和生产过程。 PLC 及其有关的外围设备 ,都应按易于与工业控制系统形式一体 ,易于拓 展其功能的原则设计。 事实上 ,PLC就是以嵌入式 CPU 为核心 ,配以输入 ,输出等模块 ,可以方便的用于工业控制领域的装置。 PLC 与机器人 ,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。 在 19 世纪 60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。 当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。 随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。 为了改变这一现状，美国通用汽车公司在 1969 年 公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1)．编程方便，现场可修改程序； 2)．维修方便，采用模块化结构； 3)．可靠性高于继电器控制装置； 4)．体积小于继电器控制装置； 5)．数据可直接送入管理计算机； 6)．成本可与继电器控制装置竞争； 7)．输入可以是交流 115V； 8)．输出为交流 115V， 2A 以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 9)．在扩展时，原系统只要很小变更； 10)．用户程序存储器容量至少能扩展到 4K。 1969 年，美国数字设备公司（ DEC）研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。 这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。 到 1971 年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。 1971 14 日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。 1973 年，西欧国家也研制出它们的第一台 PLC。 我国从 197。