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1、武汉职业技术学院毕业论文课题名称：智能交通灯控制系统设计姓名：裴仔班级：机电11303专业：机电一体化指导老师：朱晓玲时间：2014年3月2日摘要针对近年来城市交通的拥挤现象，特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、 车辆尾气污染等问题，介绍了集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段 于一体的智能交通指挥中心控制系统。在系统的设计中，主要使用了PLC和传感器相结合的方法，自动获取车辆数据，根据相应流量状况自动增加或减少绿灯时 长，进行智能控制。该系统的安装可以大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。减少了驾驶员违章的次数，抑制了交通事故的发生，同时对减轻车 辆尾气排放，从而降低环境污
2、染都起到了不可低估的作用。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡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 硬件电路设计方案。关键词 pic控制系统 交通灯 智能控制1引言4.1.1城市的现状4.1.2研究目的和意义4.1.3主要研究内容5.2 智能交通灯的理论和方法 .8.2.1传感器的选择8.2.2智能交通信号灯正常控制方式 82.3急车强通控制方式93 PLC硬件设计113.1 PLC的结构及工作原理113.2 PLC的地址分配1.33.3 I/O分配点数估算133.4 PLC 的选型1.33.5 PLC硬件电路图1.44 PLC软件
3、编程设计1.54.1 PLC 梯形图1.54.2程序语句表 1.7结论18参考文献201引言1.1城市的现状随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路 三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。 城市交通控制 系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系 统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通 超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在 高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对
4、高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期 的作用。而城市高速道路在构造上的特点， 也决定了城市高速道路的交通状况必 然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方 法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同 周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的 主要问题。1.2研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通， 并为交通参与者的安全 提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统 已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现 在的交通状况
5、，成为研究的课题。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，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
6、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，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器， 能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC是必要的。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控 制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品； 充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制
7、管理和分散控制；充分吸收 了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计， 配置灵活、组态方便。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。1.3主要研究内容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。本课题主要
8、应用传感器与pic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1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,那么丫（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北红 黄 绿黄 *() (8) O绿 黃 红 红 黄东绿十字路口交通灯状态图南十字路口传感检
9、测器布置设Z1-Z220,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。Z1-Z2V-20，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。-20=Z1-Z2v=20,则设为一般情况，控制灯正常闪亮。绿灯时长控制绿灯时长南北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。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
10、模，然后根据以上简述的智能控制原 则，调整绿灯时长。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8T-各路口车辆信息原则按控制确定各路口绿灯时长发出控制信号交通信号灯感应控制的原理框图2智能交通灯的理论和方法2.1传感器的选择车辆检测器选用具有高准确率、低成本、高可靠性的光电传感器。光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束 的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属， 所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信 号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。感应控制是
11、本系统的重点也是不同于一般交通信号控制之处，其主要思想 为：光电传感器检测十字路口各方向的车流，每当有车辆经过，检测器就会发出 一个脉冲并传输给PLQ如图），PLC通过对脉冲的计数就可得到各方向的车流量, 然后PLC通过一定的智能控制原则根据各方向车流量的大小自然的改变相应的 绿灯灯亮时间从而尽可能减少车辆等候时间。检测仪的输出!一有车辆经过II；I没有车辆经过|信号输出n2.2正常信制。当启输电中央处理单元（CPU）系统程序亦係器系统程序存储黠电源输 入 电 捋智能交通信号灯控制方式号灯受启动开关控动开关接同时，信号灯系统开始工作，启动开关断开时所有信号灯熄灭般情况下，先南北红灯亮50S,南
12、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。当某方向繁忙时（假设南北繁忙）。检测开关SB3自动闭合，南北绿灯时长 加5s,东西红灯时长增加5s,其余时间不变，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。南北向 东西向直通道红灯50s绿灯20s 3s2s 红灯25s1 1 1 1 1左
13、转道红灯50s1/t -4-p红灯25s绿灯20j绿闪2黄II11 1 1直通道绿黄绿灯20s 3s 2s红灯25s1 1 1 1红灯50s1 1左转道红灯25s绿灯20s1 闪黄3s2s 红灯 50s1 1 1 1绿黄交通正常灯工作时序图2.3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。
14、若 2个方向同时来急车，则按 东西，南北顺序依次响应。急车强通控制图3 PLC硬件设计3.1 PLC的结构及工作原理PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、 I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模 块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可 以按照一定规则组合配置。中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接 收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时 器的状态；
15、并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序， 经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑 或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完 毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的 输出装置，如此循环运行直到停止运行。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行 和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它 们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输
