基于PLC的智能交通信號燈控制設計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-2"\h\u13736摘要： 2628關鍵字： 237371緒論 2143301.1研究背景及意義 287261.2國內外研究現(xiàn)狀 35002智能交通信號燈控制方案選擇 3217502.1控制機的選擇 3236942.2定時配時方案的選擇 4313873智能交通信號燈控制系統(tǒng)硬件設計 576503.1硬件總體設計 5102313.2車流量檢測模塊 5106073.3PLC控制模塊 650093.4數(shù)字量輸出與輸入模塊 7247044智能交通信號燈控制的軟件設計 948344.1主程序設計 9160254.2功能程序流程圖 919345智能交通信號燈控制系統(tǒng)調試與仿真 11190325.1交通信號燈調試 11253915.2交通信號燈仿真 1216576總結 12摘要：隨著經濟的迅猛發(fā)展，汽車已經大量的進入了我們的生活。盡管汽車的普遍使我們的生活較為方便，但卻產生了不可以忽略的問題，比如交通擁擠、空氣污染等。智能交通控制系統(tǒng)是為了解決交通擁擠這些問題而產生的，它對疏導緩解交通有著重要作用。因此設計了交通信號燈控制系統(tǒng)，包括PLC控制、車流量檢測、數(shù)字量輸出輸入等模塊，具體研究了系統(tǒng)的硬件軟件設計，以S7-200PLC為基礎，通過STEP7-Micro/WINV4.0版編程軟件對系統(tǒng)進行了調試以及仿真，結果表明本系統(tǒng)運行良好，可以運用在實際生活中。關鍵字：PLC控制器控制系統(tǒng)1緒論1.1研究背景及意義隨著我國經濟技術的發(fā)展，寬闊道路的建設和現(xiàn)代建筑成為推動城市發(fā)展、吸引投資的最佳動力來源。但是由于人口的增長和道路設施建設的不足，交通擁擠這樣類似的問題日益受到人們的重視。公路交通問題現(xiàn)在已經成為影響城市和諧文明的重要因素之一。所以協(xié)調好車、人、路之間的相互關系，才能更加有效地解決好城市交通的各種復雜的問題。在緊急情況下，交警人員可以通過人工控制整個交叉路口內的駕駛車輛，實現(xiàn)禁止交通和行人通行的功能。而且在緊急狀態(tài)結束時，它又可被更改為自動狀態(tài)。PLC是在工業(yè)環(huán)境中進行數(shù)字控制的一種電子控制裝置。它具有非常強的適應能力，工作讓人心安，花費也不會特別高。所以才設計了這個交通信號燈控制系統(tǒng)，對于緩解十字路口交通擁擠的問題，而且對避免交通事故的發(fā)生具有非常重要的意義。1.2國內外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在，好多國家都在研究這個控制系統(tǒng)，根據(jù)他們對這個系統(tǒng)的研發(fā)的實際應用我們能夠看出，我們可以通過獲得交通信息來使交通信號燈更加的科技，更加的智能。在國外有非常多的制造商開發(fā)信息技術來獲取這個參數(shù)，現(xiàn)在的情況是通過對視頻進行圖像處理應用于交通流量的檢查分析。因為國外的交通信號控制技術較為發(fā)達，比我們要先進很多，所以我們國家采納和學習其他國家的比較好的技術。然而由于國外技術先進并且系統(tǒng)價格非常昂貴，部分控制系統(tǒng)參數(shù)比較多，不符合我國的實際發(fā)展和經濟情況。到現(xiàn)在為止，我們國家主要是通過視頻來對車輛出行信息進行監(jiān)測并進行控制，這種監(jiān)控設備在裝配時相對較簡單，并且出故障時，易于檢查和維護，試驗結果比較通俗易懂，能夠大范圍的供人們使用。我國交通信號燈控制系統(tǒng)的研究，大部分的交通流數(shù)據(jù)都是通過車道占用率和排隊長度來獲得和收集的。雖然檢測準確率有所提高，但是真實車流還是難以反映真實的情況。另外，系統(tǒng)算法是決定配時方案優(yōu)劣的關鍵，如果想到達到系統(tǒng)的定時最優(yōu)化的這個目標，我們需要更加努力的刻苦專研和開發(fā)，能夠設計出實現(xiàn)這個目的的一個最佳的算法。2智能交通信號燈控制方案選擇交通產業(yè)是城市路網的基礎環(huán)節(jié)，它不僅是城市經濟活動的命脈，也是制約路網發(fā)展的瓶頸，所以要盡快解決好交通擁擠等的一系列復雜問題。目前國內很大部分的交通燈都采用模擬信號控制時間，但是這種方式所存在的缺點已經不能處理好交通堵塞的問題。這些計劃和方略的研究與改進，能夠使智能交通信號系統(tǒng)更加被人們所接受，更夠使它得到普遍的使用。2.1控制機的選擇實現(xiàn)智能交通信號控制可以利用可編程序控制器、繼電器、單片機。但是繼電器會存在一些使用功能不太好，不太穩(wěn)定的小問題，內部的程序設計不簡單，非常復雜，花費高的缺點，不能夠適用于城市的不斷發(fā)展。采用可編程邏輯控制器控制信號燈系統(tǒng)的長處：（1）可靠性比較高，能夠供人們放心的使用。（2）同類型產品價格比較合理，人們購買時不會覺得花費太高。（3）較為穩(wěn)定，不易發(fā)生變化，能夠讓人們長期使用。（4）既方便又快速。人們可以方便使用。因此這個文章選用的是可編程邏輯控制器控制交通信號系統(tǒng)。2.2定時配時方案的選擇到現(xiàn)在為止提出的智能交通燈控制系統(tǒng)中，我們可以根據(jù)不同的實際情況，選擇合適的配時方案，進行優(yōu)化配時設計。不同的時間分配形式各異，主要有以下幾種的方式：最基本的定時方案，一般用于交通流量不大的路口；這種交通信號只有黃燈、綠燈、紅燈3種指示燈，它們的配時方案如下：指示燈經過一個方向（假定物體），綠燈亮，時間到了，綠燈閃過，然后又變成黃燈。這時，半周期計時周期結束。如圖1所示。圖1簡單交通方案示意圖該方案在綠燈亮時，你可以直行，也可以向左轉，也可以向右轉，如有交通禁令，不會限制你向右邊轉換。該方案比較適合想要直接向前行駛的車。第二個方案：先南北直行，接著南北左右轉通行最后東西直行。信號燈每個方向都有綠燈、綠燈閃和黃燈信號。如圖2所示。圖2方案二的相位轉換圖方案一中交通信號燈只有綠、黃、紅三種顏色，是現(xiàn)在最簡單的紅綠燈。但是只適用于車流量較小的相互交叉路口，方案二中該時間分配方案適用于大多數(shù)交叉路口，尤其適用于中小型路口。這種方案實現(xiàn)了控制車輛穩(wěn)定、有順序有方向運行的目標。因此選擇了方案二中比較簡單的定時配時方案。采用行同步直行，或者在同一時刻左轉和右轉的配時方案，就可以將行人與車輛分隔開。3智能交通信號燈控制系統(tǒng)硬件設計3.1硬件總體設計智能型得交通信號燈控制系統(tǒng)主要由交通流量探測器、信號轉換器、可編程邏輯控制器和交叉路口信號燈組成。應用較為簡單的順序方式，采用小型可編程邏輯控制器，選擇西門子S7-200系列計算機，這個系列的可編程邏輯控制器功能好、指令相對來說比較全，能滿足我們現(xiàn)在以致未來的研究要求。3.2車流量檢測模塊如圖3：實現(xiàn)這個模塊的方法：感應式線圈檢測系統(tǒng)，檢測電路方法：電容三點振蕩電路。圖3LC振蕩電路如圖4中一個三車道交叉路口：當有車輛通過地感線圈時，環(huán)形線圈的電感值會逐漸降低，感值最小的時候，車輛此時正在線圈的正上方；隨著車輛越來越遠離磁場區(qū)域，地感線圈的電感值會慢慢的恢復到它剛開始的那個數(shù)，我們可以通過計數(shù)，來自動調整紅綠燈時間。圖4傳感器敷設例如，當測試的車輛經過上方N1時，可編程邏輯控制器數(shù)目加1，接著通過N2時，數(shù)目減去1，但是N1和N2之間的值就是這條道路上車輛存在（即還未開走的車輛的數(shù)量）。如若將N1，N2分別設置為車輛的入口和出口，那么N1與N2的距離就是目前在等待車輛的1~1倍。3.3PLC控制模塊3.3.1PLC硬件選型程序結構可以分成兩個主要部分：（1）監(jiān)控程序：控制可編程邏輯控制器運行的系統(tǒng)自帶程序（2）用戶程序：用戶為控制受控系統(tǒng)的運行而編寫的各種程序代碼。在應用程序設計中，正確選擇可編程邏輯控制器是必不可少的一環(huán)?？删幊炭刂破饔泻芏喾N，型號多種多樣，各種型號一一對應于它們的功能、內部結構形式、程序代碼的編程方式、花費金錢的數(shù)目等。比較好的產品有西門子、AB等。這篇論文主要是由于下面的這些因素來選用具體的可編程邏輯控制器模式：（1）內部結構：可編程邏輯控制器的內部模式可以分為整體和模塊。整機的I/O點主要集成在可編程程序控制器的中央處理器中，不能夠向外延伸，模塊式可以分塊使用其各部分功能，可以向其他方面延伸，輸入輸出點的內容豐富，能夠靈活地擴展，大多數(shù)比較大的系統(tǒng)會采用這種方式。（2）響應速度：通過對控制需求的分析，選擇合適的控制器，一方面性能方面可以滿足需求，并且花費較小，可以承擔。（3）型號統(tǒng)一：應該盡可能做到系統(tǒng)型號一致，這樣設備可以較為普遍使用，便于購買和通信?？紤]到以上因素，這篇論文用的是西門子S7-200系統(tǒng)可編程邏輯控制器，對信號燈進行控制。西門子S7-200PLC的優(yōu)點：一是各種指令非常的全面，能夠基本滿足各種請求和需要?？梢詫崿F(xiàn)邏輯、模擬、位置等的控制。二是中央處理器解決問題非常的迅速，并且處理結果能夠讓人們達到想要的結果。三是強大的網絡溝通能力。CPU226具有兩個RS485端口，不需要適配器就可以直接連接PC機或觸摸屏。3.3.2PLC硬件組態(tài)硬件組態(tài)：西門子S7-200PLC的模塊化結構，這個結構每一塊比較獨立。在安裝過程中，都是以機架為中心軸環(huán)繞，電源在左邊。除了CPU模組和電源和以外，每個單一機架最多能夠匹配8個擴展模塊。圖5是其必須的硬件材料：圖5所必須的硬件材料具體如下圖6所示：圖6硬件材料3.4數(shù)字量輸出與輸入模塊3.4.1數(shù)字量輸出輸出觸點需要17個，圖7表示的是數(shù)字量輸出地址分配，通過圖7所示，我們能夠很清晰的觀察到輸出地址在這個程序的內部是如何進行分配的。圖7數(shù)字量輸出地址分配3.4.2數(shù)字量輸入根據(jù)圖8所示：輸入接觸觸點需要12個：表中顯示了輸入接觸點的具體作用。四個方向的車輛檢測信號減少計數(shù)和增加數(shù)分別是I0.0和I0.1,I0.2和I0.3,I0.6和I0.7分別是從東到西，從西到東，從南到北，從北到南，從北到南。如下圖9所示：I1.1和I1.2、I1.3和I1.4分別作為強通檢測信號的輸入，向東直行，向北直行，向左轉。圖8車輛檢測信號輸入圖9強通檢測信號輸入所以我們可以得出結論：選用224

CPU，并采用EM222擴展模組（含8個輸出觸點），是能夠實現(xiàn)我們對這個程序設計的要求。4智能交通信號燈控制的軟件設計4.1主程序設計本文設計的智能交通信號燈控制系統(tǒng)，具有定時控制、分時控制、智能控制等功能。定時控制方案：里面含有較多的模式，都實現(xiàn)了夜間和強車通行；我們還可以通過車流量決定控制模式，發(fā)生緊急情況時，紅綠燈熄滅，黃燈進入黃閃狀態(tài)，從而使人行道不能自由通行，機動車不能通行，特殊綠色通道不能通行。圖10顯示了智能交通信號控制系統(tǒng)的主程序流程。圖10主程序流程4.2功能程序流程圖4.2.1延時功能綠燈直行延遲的條件是：當前通行方向上的車輛與反方向上的車輛的延遲的差值大于經驗值σ，相反方向上的車輛延遲大于δ，并且不超過最久的時間。雖然緊接著使用延遲條件來控制綠燈延遲顯得比較麻煩，但選擇其非條件作為綠燈延遲到綠燈閃的轉換條件，可以簡化控制。圖11部分控制程序流程框圖4.2.2控制模式從智能交通信號燈控制系統(tǒng)的控制思想可知：通過可編程邏輯控制器目前運行時間，可以決定是選擇白天或者夜間控制模式。圖12控制系統(tǒng)整體控制思想4.2.3強通功能實現(xiàn)強通的方法如下：如果能夠檢測到任何一個強通信號時，M4.0的上邊沿為1，打開T57通路延時計時器，經過0.5秒的延時后（時間可設定，要求比脈沖上升時間更長），根據(jù)檢測到的強通訊號碼，將對應的步長設置為1。通過這種方式，控制系統(tǒng)會先達到一個非常短暫停止工作狀態(tài)，然后緊接著進入到強通的狀態(tài)。5智能交通信號燈控制系統(tǒng)調試與仿真5.1交通信號燈調試5.1.1調試步驟S7-200PLC程序設計是采用了STEP7程序軟件，采用了塊的思想。利用分塊結構，將控制程序與邏輯操作分解為不同的部分，提高了程序的可讀性和可擴展性。智能交通信號燈控制系統(tǒng)調試步驟具體為以下：1）打開需要的編寫程序軟件，思考構思，建立項目。2）選擇可編程邏輯控制器的型號。3）根據(jù)設計思路，編寫相關的程序代碼。4）編譯并執(zhí)行我們所設計的程序。5）下載程序到可編程邏輯控制中。6）執(zhí)行可編程邏輯控制器并且觀察可能會發(fā)生的實的情況。7）觀察測試燈的閃滅的順序。8）通過狀態(tài)表的變化來預測輸出的改變。5.1.2調試結果當白天的模式沒有考慮延遲時，信號輸出的順序顯示在圖13中。這種輸出順序是符合基本理論的。圖13系統(tǒng)信號的輸出順序當程序正常運行時，設置任意一個強通開關，程序開始執(zhí)行后會跳轉到相應于強通開關狀態(tài)。達到急車強通。手工輸入計數(shù)器脈沖，計數(shù)器可以計算車輛的停留時間。該系統(tǒng)可以根據(jù)車輛的停留時間進行智能延遲。更改可編程邏輯控制器當前時間，可實現(xiàn)白天模式和夜間模式。5.2交通信號燈仿真如圖14所示為控制系統(tǒng)的仿真圖，雖然還不是很完善，但是已經達到了設計的目標，后期還可以進行改進。通過進行一系列的實驗和測試，對實驗結果進行分析和改進，最終通過完整的實驗數(shù)據(jù)，我們可以得到這個系統(tǒng)的仿真圖。圖14智能交通信號燈控制系統(tǒng)的仿真圖6總結目前的交通信號控制系統(tǒng)都不夠智能化，過于僵硬，不靈活，容易發(fā)生交通擁擠等問題，而且人力物力利用率也不高。而基于西門子S7-200PLC智能交通信號控制系統(tǒng)能夠彌補這個問題的不足之處。根據(jù)這個方案設計的這樣的系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定，實用性高，能夠在原來的系統(tǒng)的基礎上，具備更加完善的功能，更加能夠方便人們的出行生活。這篇論文所設計的這個信號燈控制系統(tǒng)，在整個設計過程中，不僅需要查找和學習大量的參考文獻，構造出自己論文的思路和框架，并且還得按照自己構思的框架一步步的實現(xiàn)這個系統(tǒng)的完成，