毕业设计（论文）基于plc的智能交通灯控制

基于PLC的智能交通灯控制摘要根据十字路口交通灯的控制要求，采用PLC设计实现正常交通的时序控制，通过传感器完成对交通异常状况的智能判别及处理。在系统的设计中，主要使用了PLC可编程序控制器和传感器相结合的一种智能控制方法，使用压轴式传感器采集车辆脉冲，用PLC高速计数器对脉冲进行计数，根据取得的数据运用一定的智能控制原则自动调节红绿灯的时间长度，最大限度地减少车辆滞留现象，较好地解决了车流量不均衡、不稳定问题。仿真结果表明，该系统设计方案可以达到预期目标。关键词：可编程控制器；交通灯；智能控制系统Abstract：Accordingtotherequirementsofthecrossroadstrafficlightscontrol，thePLCdesignisusedtoachievethesequentialcontrolofthenormaltransportation，th-roughthesensortocompletetheintelligentdistinctionandprocessingoftheabnormaltrafficconditions．Inthedesignofthesystem，onemethodofintelligentcontrolisusedwhichcombinestheProgrammableLogicalControllerandtheSensor，usestheshaft－typesensortogathervehiclespulseandthehighspeedcounterofthePLCtocountthenumberofthepulse，usescertainprinciplesofintelligentcontroltoadjustthelengthoftrafficlightsautomaticallyaccordingtothedataobtained，reducesthephenomenonofthevehiclesstrandedinalargescale，solvestheproblemsofnotequilibriumandunstabletrafficflowmagnitudewell．Thetheoreticalresultsshowsthatthesystemdesignedcanachievetheanticipatedtarget．Keywords：programmablelogicalcontroller；trafficlights；thesystemofintelligentcontrol引言随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重，因此为了保障城市交通有序、安全、快速运行，提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。十字路口简单的双向红绿灯控制已不能满足现实生活的需要，为了适应现代社会道路车流量越来越大的实际情况，一种以微电脑技术为核心的自动控制装置的可编程逻辑控制器（PLC），被广泛应用于交通灯的控制领域。本设计中我们在原有控制系统的基础上采用了新的控制方式，使得系统更加具有实用性和便捷性。传统的十字路口交通控制灯，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。这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，这不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。况且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，更为现实的是需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，对十字路口交通灯的控制多种改良设计，本文所述设计的基于PLC控制的十字路口交通灯信号系统，是根据实时车流量对各路口的红绿灯时间进行动态调节，较好地解决了车辆流量不均衡、不稳定问题，其最大优点在于减缓车辆滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，而且成本较低。在未来的工业发展中，交通灯的研究慢慢地走向人性化、自由化和便利化，因此，十字路口交通灯控制的设计还存有非常广阔的研究价值。设计要求1．1控制要求（1）信号灯及显示时间的数码管受开关控制，一个启动按钮控制其启动，一个停止按钮控制其停止。（2）信号灯分为东西向直通红灯、直通黄灯、直通绿灯、左转红灯、左转黄灯、左转绿灯各两个；南北向直通红灯、直通黄灯、直通绿灯、左转红灯、左转黄灯、左转绿灯各两个。（3）工作过程。初始状态：信号灯全部灭；显示某方向信号灯工作的时间用数码管来显示，初始显示为0，以表示等待时间控制信号的输入。工作状态：信号灯及数码管由一个启动按钮控制其启动，启动后信号灯及数码管自动循环运行；按下停止按钮后，回到初始状态。特殊情况由五个按钮控制不同情况的应对程序启动，当车辆行驶数量回到正常时，通过一个按钮使其停止，程序执行正常工作时的程序。正常工作：1、周期前半段。南北向直通道与左转道红灯亮，并维持63s。在南北向红灯亮的同时：东西向左转红灯亮35s，然后变为左转绿灯亮23s，闪亮3s,之后左转黄灯亮2s;东西向直通绿灯亮29s，闪亮3s，直通红黄灯亮2S,然后直通红灯亮29s。2、周期后半段。东西向直通道和左转道红灯亮，并维持54s。在东西向红灯时的同时：南北向左转红灯亮30s，然后变为左转绿灯亮19s，闪亮3s，之后左转黄灯亮2s；南北向直通绿灯亮24s，闪亮3s,之后直通黄灯亮2s，然后直通红灯亮25s。然后信号灯按以上方式周而复始地工作；同时南北向、东西向的数码管显示绿灯最后3s,黄灯2s,红灯最后3s，起着提醒作用。控制过程如图1所示。图1交通灯控制过程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，智能交通灯会增加东西车道绿灯的时间，减少南北车道绿灯时间。拥挤程度分为两种，车辆拥挤程度越高，增加绿灯时间越多，但交通灯的整体周期不变。南北车道拥挤时，智能交通灯会增加南北车道绿灯的时间，减少东西车道绿灯时间。其拥挤程度也分为两种，车辆拥挤程度越高，增加绿灯时间越多，交通灯的整体周期不变。当有突发事件发生时，如急救等，智能交通灯系统会使东西与南北交通灯全部变为红灯，直到急救车开过停止红灯，交通灯回到正常，程序重新开始执行。南北向东西向直通道左转道直通道左转道红灯63s红灯63s绿灯29s绿3s黄2s红灯29s红灯35s绿灯23s3s2s闪黄红灯54s红灯54s绿灯24s3s2s红灯30s红灯25s绿灯19s3s2s绿闪黄黄灯绿闪总体框图2.1方案的确定单片机的控制系统在多数场合下，被控对象主要是开关量顺序控制和逻辑控制，通过对不同时间的控制变量及由被控变量形成的反馈变量经一定逻辑组合而完成控制，亦即被控对象的实现是有关逻辑关系的实现，并不一定有时间的先后。实现开关量顺序控制和逻辑控制较为烦琐，程序的结构和编制较为复杂，调试困难，要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行；可编程控制器PLC采用了“循环扫描”工作方式，是一种可编程的控制器，相当于一种控制设备，考虑到有效地缓解交通拥挤、实现交通控制系统的最优控制应用，采用PLC实现交通灯的控制，其特点是非常可靠，容易实现开关量顺序控制和逻辑控制，具有很高的工作可靠性和抗干扰能力，使得系统在交通灯设计方案中成为首选方案。2.2原理框图图2交通灯控制系统原理框图2.3元件简介各路口探测器变送器PLC模块各信号灯电源(1)PLC可编程序控制器(ProgrammableController)原本应简称PC，为了与个人计算机专称PC相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC(ProgrammableLogicController)，但并非说PLC只能控制逻辑信号。PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。（2）变送器传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。智能交通灯的实现3.1车辆的检测城市中典型的交叉路口为双向6车道,如图1所示,每个方向第1、第2和第3车道分别为右转、直行和左转车道。可以通过摄像头或在每个车道的远侧和近侧分别埋设一个压力传感器检测车流量数据,两个检测器之间为各车道的检测区,测量仪器会在每个周期开始前进行车辆检测，设定这一距离正常100m，普通拥挤车辆总长度最大值为120m,东西车道车辆总长为x，南北车道车辆总长为y。当东西与南北车辆总长度都小于等于100m时，会执行正常交通灯的程序。车辆拥挤分为两个级别：（1）普通拥挤：任意一车辆总长度大于100m小于等于120m.（2）特别拥挤：任意一车辆总长度大于120m。交通灯系统会根据不同方向不同程度的拥挤程度进行相应的控制。如果东西与南北同时出现拥挤，系统执行正常时的程序。3.2PLC具体设计基本控制流程图如下图4当判断车辆超出范围时，交通灯系统将执行不同方向不同程度车辆堵塞的应对程序。具体过程如下图车流量是否正常否是东西道南北道直行道左转道直行道左转道绿灯亮29s闪3s黄灯亮2s红灯83s执行应对程序红灯35s绿灯亮23ss闪3s黄灯2s红灯54s红灯63s绿灯24s闪3s黄灯2s红灯25s红灯93s绿灯19s闪3s黄灯2s开始图4基本控制流程图除此之外，当有急救等突发事件时，交通等系统会把东西与南北车道所有交通灯全部变为红灯，直至急救车行驶过去，红灯停止，交通灯重新开始执行。开始执行应对程序100mx=120m控制开关1闭合东西直通绿灯增加4s东西左转绿灯增加3s南北直通绿灯减少4s南北左转绿灯减少3控制开关2闭合东西直通绿灯增加8sx120m东西左转绿灯增加6s南北直通绿灯减少8s南北左转绿灯减少6s100my=120m控制开关3闭合东西直通绿灯减少4s东西左转绿灯减少3s南北直通绿灯增加4s南北左转绿灯增加3s控制开关4闭合y120m东西直通绿灯减少8s东西左转绿灯减少6s南北直通绿灯增加4s南北左转绿灯增加3s图5应对程序控制流程图3.3I/O引脚分配及接口电路3．I/O引脚分配及接口电路根据控制要求分配输入/输出点表1表1输入/输出点分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号名称代号输出点编号启动开关SB1X0南北直通红灯HL1-1、HL1-2Y0东西a1Y20停止开关SB2X1南北左转红灯HL2-1、HL2-2Y1b2Y21调节交通启动开关1SB3X2东西直通绿灯HL3-1、HL3-2Y2C3Y22调节交通启动开关2SB4X3东西左转红灯HL4-1、HL4-2Y3Y23调节交通启动开关3SB5X4东西直通黄灯HL5-1、HL5-2Y4Y24调节交通启动开关4SB6X5东西直通红灯HL6-1、HL6-2Y5Y25应急启动SB7X6东西左转绿灯HL7-1、HL7-2Y6Y26调节/应急停止开关SB8X7东西左转黄灯HL8-1、HL8-2Y7南北Y30南北直通绿灯HL9-1、HL9-2Y10Y31南北直通黄灯HL6-1、HL6-2Y11Y32南北左转绿灯HL6-1、HL6-2Y12Y33南北左转黄灯HL6-1、HL6-2Y13Y34Y35Y36数码管显示信号灯及南北向时间显示输入/输出接线图如图6所示。SB1:车辆正常时的信号输入SB2:无信号输入SB3:东西方向车辆普通拥挤的信号输入SB4：东西方