毕业设计--基于PLC的智能交通灯监控系统设计

1北京工业职业技术学院机电系毕业论文基于PLC的智能交通灯监控系统设计论文完成日期：评阅人：指导教师：周凤颖答辩委员会主任：2摘要目前，我国许多大中城市的交通压力都非常大。部分交通路口的信号灯工作时间不合理，交通违章或肇事记录不确切。所以，改善与提高现有的交通系统工作效率，加强交通路口的信号灯控制和安全状况的监控是非常重要的。本设计主要设计利用PLC来实现十字路口交通灯的控制与监控。通过交通中心的主机根据具体城市各路口的需要控制各个十字路口的PLC，从而控制十字路口交通灯的变化，以及对各个路口的安全状况进行监控，监控机动车是否违章、是否肇事，并把记录的结果存储、上传和处理。本设计的上位机采用PC机，使用VB高级语言做监控界面。通过安装在十字路口的监控设备以及移动电子监控设备，对各个十字路口的安全状况进行监控。下位机采用德国西门子的S7-200系列的CPU226做主机，配以扩展模块EM222。设计中采用S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN3.2进行编程。采用顺序功能图与梯形图相结合的方法设计程序。实现对城市十字路口的合理控制与监控。关键词：PLC控制系统；梯形图；交通灯3目录绪论........................................................................................................4第1章交通灯的发展现状................................................................51.1交通灯监控系统的设计意义.......................................................51.2PLC控制设计内容及任务............................................................6第2章交通灯系统总体方案论证....................................................62.1单片机系统控制...........................................................................62.2可编程序控制器控制....................................................................92.3继电器接触控制..........................................................................13第3章系统硬件设计...........................................................................133.1项目描述........................................................................................143.2输入和输出点的分配表................................................................143.3PLC接线图及梯形图…………....................................................153.4交通信号灯程序介绍....................................................................16第4章设计总结.................................................................................184引言可变程序控制器（PLC）是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展，尤其在数据处理、网络通信及与DCS等集散系统融合方面有了很大的进展，可变程序控制器已经成为工业自动化强有力的工具，得到了广泛的普及和推广应用。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。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。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。5第一章交通灯的发展现状近年来，随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重，因此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。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，有多种对十字路口交通灯的改良设计，有一种用PLC对道路十字路口交通灯作自适应模糊控制的方法，较好地解决了车辆流量不均衡、不稳定的问题。因此，十字路口交通灯控制的设计还存在非常广阔的前景。1.1交通灯监控系统的设计意义交通信号灯智能控制系统为改善城市交通拥堵，提高道路的交通运输能力发挥了积极作用。本系统设计实现了十字路口信号灯自动化、智能化、人性化实时控制。通过系统功能扩展，系统亦可应用于其他控制领域，应用前景广阔。当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作PLC控制设计内容及任务：(1)根据设计任务书,进行工艺分析,并确定控制方案,它是设计的依据.(2)选择输入设备(如按钮,开关,传感器等)和输出设备(如继电器,接触器,指示灯等执行机构).(3)选定PLC的型号(包括机型,容量,I/O模块和电源等).(4)分配PLC的I/O点,绘制PLC的I/O硬件接线图.(5)编写程序并调试.(6)设计控制系统的操作台,电气控制柜等以及安装接线图.6(7)编写设计说明书和使用说明书.1.2交通信号机的功能及特点：(1)具有多种信号控制模式:主控模式、无电缆控制模式、单点控制模式、多时段控制模式、手动控制模式和黄闪控制模式等。(2)功能参数设定:可进行日期、时间设定、多时段日时设定、感应参数设定、特殊日设定、周期时间、绿信比和相位差设定。(3)自检测功能:可进行系统自检、绿冲突检测、灯故障检测、继电器故障检测。如果发生故障,将显示在信号机控制面板上以提醒用户。(4)强大的输入/输出功能:具有多输出通道和多输入通道,可实现对十字、三叉和多叉路口的灯控输出和检测功能。(5)友好的人机界面:具有画面信息大等特点,用户可通过手动开关和键盘对信号机进行设定和控制。第二章交通灯系统总体方案论证2.1单片机系统控制单片机最突出的特点是面向控制，能有针对性地解决各类工业控制问题，特别适用于较高速和较复杂的实时控制应用。单片机控制技术是关于单片机与控制系统方面的综合技术，是单片机、控制、电子技术、网络通信等多学科内容的集成。单片机控制系统由单片机系统和工业对象组成，单片机系统由硬件和软件两部分组成。硬件是指单片机本身以及外围设备实体，包括单片机、过程I/O通道及接口，人机联系设备及借口、外部存储器等。工业对象包括被控对象、测量变送、执行机构和电气开关等装置。软件是指管理单片机的程序以及过程控制的应用程序。单片机是单片机控制系统的核心，完成巡回检测、数据处理、控制逻辑判断等工作。过程I/O输出通道及接口分为模拟量和数字量两种。数字量包括开关量、脉冲量和数据数码，它们负责单片机与工业对象的信息传递和变换。过程输入通道及接口将工业对象的参数转换成单片机可接受的数字量。过程输出设备及借口包括显示操作台、屏幕显示器或数字显示器、键盘、打印机、记录仪等，他们是7操作人员和单片机系统进行联系的工具。单片机控制系统的设计：CPU采用8031芯片8031芯片內部具有128字节数据存储器RAM，地址为佳00H—7FH，用作工作寄存器。堆栈，软件标志和数据缓冲器，CPU对内部RAM有较为有效的操作指令。另加有128字节的特殊功能寄存器，地址为80H---7FH。是用于对片内各功能模块进行管理，控制，监视等。8031芯片内部虽然没有程序存储器，只有128字节ROM，在组成该系统时RAM不够用。现外接一片6264芯片来扩展8031的RAM存储器。8031是一个无ROM的CPU。单片的8031不能满足设计要求，不能够成完整的计算机。外接两片2764，一片作为系统存储器，一片作为加工程序存储器。8031的输入、输出（I/O）口线不多，不能满足设计要求，现外接两片8155芯片以扩展I/O口。8031芯片的P0和P2接口用来传送外部存储器的地址和数据。P0口传送高8位地址，P2口传送低8位地址和数据，故要采用74LS373地址锁存器，锁存底8位。ALE作为选通信号，当ALE为高电平，锁存器的输入和输出`透明，既输入的低8位存储器地址在输出端出现。此时不需锁存。当ALE从高电平变为低电平，出现下降沿时，低8位地址存入地址锁存器重中，74LS373的输出不再随输入变化，即地质被锁存。这样P0口就可以传送读写的树据。8031芯片的P2口和74LS373送出的P2口共同组成它的地址，2764和6264芯片都是8kb，需要13根地址线。A0—A7低8接74LS373芯片的输出，A8—A12接8031芯片的P2.0—P2.4,系统采用全地译码，两片2764芯片片选信号CE分别接74LS138译码器的Y0和Y1，系统复位以后从0000H开始执行。6264芯片的片选信号CE接74LS132的Y2。单片机扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址（即地址重叠）。在本次设计并没有地址重叠。8031芯片的控制信号PSEN接2764的OE引脚，作为外部程序存储器的选通信号。读写控制信号WR和RD分部接6264芯片的WE和OE。以实现对外部数据存储器的读写。由于8031芯片内部无ROM，故要选外部程序存储器，且其EA必须接地。XTAL1为芯片内部振荡电路的输入端，XTAL0为芯片内部振荡电路的输出端，系统采用内部时钟电路。在XTAL1、XTAL2引脚上接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡，定时电路一般用石英晶体和电容组成的并联电路。晶振可以在81.2—12MHZ之间任选。现选晶振的频率为6MHZ。电容在5—30PF之间。现取30PF电容。电容对振荡频率有微小的影响。RESET为复位控制。当RESET出现高电平时，8031被初始化复位。只要输入端保持高电平则将循环复位。在复位有效期间ALE、PSEN口输出高电平。当RESET输入端返回底电平后，CPU从而地址执行程序。设计中采用上电复位和开关复位两种电路。8155采用开关复位方式。由于采用外部程序存储器，所以EA/LPP接地。I/O接口电路由于分别只有P1口和P2口部分能提供用户作为I/O口使用。不能满足