《基于PLC控制的十字路口交通信号灯系统设计》8600字（论文）

IV基于PLC控制的十字路口交通信号灯系统设计摘要近年来，高科技和新技术大幅增长，电子设备在现实生活中广泛使用，单片机也开始出现在大众的现实生活中，加速了传统控制方法的发展。本文研究的就是全自动交通灯，通过运用PLC控制实现车流控制，本文首先通过对数字控制、PLC控制、单片机三种控制方案进行讨论，选择PLC控制交通灯控制方案，并进行PLC硬件设计与软件设计，给出了具体I/O端口分配方式及接线图，并对软件流程进行了详细的设计说明，最后进行系统调试，完善系统设计细节。关键词：交通灯PLC梯形图目录TOC\o"1-3"\h\u15071第一章绪论 2215541.1课题背景 2307291.2课题研究的意义 259541.3国内外研究现状 3191511.4论文结构 310290第二章方案论证与设计 5258172.1课题设计要求 5147532.2方案选择与比较 5162542.2.1基于数字电路的交通灯控制系统 5296872.2.2基于PLC的交通灯控制系统 5195292.2.3基于单片机的交通灯控制系统 5190232.3总体方案设计 617085第三章硬件设计 7111733.1系统控制要求 7156813.2PLC电源和地址选择 868173.3I/O端口分配 898133.4SFC流程图 9185403.5接线图 916510第四章软件设计 11295534.1程序设计思路 1198724.2系统程序设计 1243524.3系统程序分析 1620280第五章系统调试 1816681第六章全文总结与展望 19138196.1全文总结 19179936.2后续工作展望 197426参考文献 2117949附录 22

第一章绪论1.1课题背景随着我们的国家经济快速增长，城市街道车辆大幅增长，对城市交通造成了巨大压力，交通成为全球问题，影响了城市的可持续发展。每条街的每个十字路口都有交通堵塞的地方。现有的许多基于精确模型的运输系统管理程序都有一定的局限性。研究交通规则，在十字路口寻找有效的提高交通效率的方法，对于减轻交通困难和提高接入率非常现实。道路是巨大的，交通是复杂的，交通是复杂的，交通是复杂的，交通是复杂的。道路平面的岔口(简称“州际公路”)是交通网络中的一个难点，也是许多交通事故的源头。因此，十字路口的多源事故不能不引起注意。随着运输技术、电子技术和微型机器的应用，各种运动探测器、控制机器和交通被开发出来[1]。交通信号灯是控制过境地区城市交通的重要工具。目前，交通灯通常位于十字路口，使用红色、绿色和黄色的指示灯来控制交通，以及计时器来计时，以确保交通安全，在正常情况下搭桥。当前，大多数交通信号灯具有设定的时间，并且采用单阶段定时控制或多阶段时间控制。最大的缺点是绿灯的时间多段控制忒单，并且最佳绿灯的设置时间很困难，需要大量的测量统计数据，并且在许多情况下，设定值不是最佳的，甚至不相称。驾驶不是很灵活，这意味着对城市交通的监管不是最佳的。建造需要大量的数据，很多发生整个收入应该不是最佳的，甚至是不明智的。没有一个是足够灵活的，这使得城市交通管制不理想。这篇文章旨在先发制人和科学地指导交通管理，以实现道路管理。分析应用了一个控制系统，在这个系统中，单个机器实现了对智能红绿灯的控制，以及系统的软硬件结构。该实验表明，该系统实现了一个简单的、经济的系统，能够有效地调节交通，提高运输能力[2]。1.2课题研究的意义现代化科学技术进步支持交通、社会经济发展导致正大幅增长并反过来加剧了堵车严重的交通阻塞，规模和复杂性特征，传统交通管制和交通一直是世界难题，每年到美国引起堵车，造成经济损失约2370亿美元，我们内心亿人，每年有超过大城市引起交通科斯韦直接经济损失1600亿圆，过载相当于3.2%的GDP[3]。解决城市交通问题的两种主要方法:首先，加快交通基础设施的建设；第二，加强交通控制。首先，城市交通的发展，满足各种运输需求的物质基础；而后者明智地使用现有车辆。在有利的交通条件下，保证机器的安全使现有设施的潜力得以充分发挥。相比之下，在大城市里修建新道路和扩建道路的机会越来越小，空间越来越小。目前，城市交通管理也集中于加强交通管理。对平面交叉点的研究通常是应用交通信号允许车辆在时间内通过，因此在时间内实现车辆的分离[4]。智能照明弹控制着人员和各种车辆的安全流动，红色、黄色和绿色灯光的自动控制是城市和乡村交通现代化的重要任务。为了确保城市和农村街道之间的交通和安全，每条道路通常都有红色、黄色和绿色的红绿灯，红灯意味着禁止通行；黄色的灯意味着没有穿过这条路的停车场的汽车停下来，继续碾过它；绿灯意味着道路是开着的。交通灯控制系统自动控制十字路口两组红色、黄色和绿色交通灯的切换，控制不同的车辆和人行横道，使十字路口的城市和农村地区自动控制交通[5]。1.3国内外研究现状目前，海外交通信号管理系统主要由英国的收发系统、绿信比、周期和相位技术以及澳大利亚的SCATS系统组成，悉尼协调适应性运输系统，其中一些是在美国、日本和其他国家开发的。其中一个与英国SCOOT系统和澳大利亚SCATS系统相比，该系统在中国城市使用SCATS系统(如上海、杭州、宁波等)[6]。然而，由于这些系统是专门的交通信号管理系统，它们不太开放，难以与其他系统协调，这些系统有一定的局限性和成本，而且没有充分考虑到我国的国家状况(如自行车和行人流动等)。近年来，我国开展了深入研究，发展了适用于我们交通状况的交通管理系统，主要是上海交通大学开发的斯瓦茨系统，南京、深圳等地开发。通过对国外先进系统的深入研究，这些系统吸收了大量的公路警察管理经验，这些经验是建立在开放的基础上的，以增加符合中国国情的特殊职能。但它还没有成熟，控制也不够好，也没有广泛使用[8]。因此，与我们的国民经济相结合，获取信息是准确的、可靠的、可靠的，并且是一个智能的交通控制系统。1.4论文结构本文简要描述了基于单车的灯光控制系统的设计和模拟，根据十字路口双车道运动的速度，可以根据特定的模式控制灯光信号。介绍部分包括项目的背景和意义以及国内外运输管理系统内的研究情况。根据了解单车运输的智能控制系统以及现实生活中的实际需要，建议根据项目的要求讨论和选择总体计划。首先，简单了解光灯控制系统的优缺点，基于数字电路、光灯控制系统、基于PLC控制系统光灯，基于单个机器，经过分析比较，系统选择开发的项目和方案和实施计划用单一的汽车，以及系统性结构。本文主要分为设计PLC控制模块和不同的外部电路模块。第四章介绍了软件开发的简要介绍，并介绍了不同软件模块的设计理念。第五章简要描述了小组状态软件，详细描述了如何模拟电路。最后，该项目的总结和审查概述了系统、机会和缺点以及为本学年结束做准备的后续工作，包括感谢、补充、参考文件等，附录为系统整体电路图供查阅。第二章方案论证与设计2.1课题设计要求（1）通过设计十字路口交通灯控制系统，在南北交叉口交叉口需要交换式车辆在两个交叉口交换式，有两个方向自动调整交通时间，这取决于车流量的大小、通行时间长短及整体通行时间。（2）每次绿灯变红的时候，都需要黄色的灯在换车前先开5S。（3）除红色、黄色和绿色指示灯外，除红色、黄色和绿色外，每个指示灯的时间都在数字显示器上显示。（4）同时设置红色和绿色的人行横道。（5）怎么做特殊车辆组成，设置额外的开关。2.2方案选择与比较2.2.1基于数字电路的交通灯控制系统我们最经常使用的数字电路电路控制，如果用纯数字电路设计本系统的完成更困难模式过于复杂，对于不同部分编制窃听ocho电路复杂，容易出现系统错误，最大原因是系统不够智能，需要持续更新，调整交通控制时间，电路也是出现故障，同时很难复查时出错。数字与电路模拟器相结合，电路需要大量的电流，对于维修人员专业性要求较高，同时维护起来也相对复杂，对于当下信息时代发展趋势，已经很难满足当下交通需求，故不选用数字电路进行控制[9]。2.2.2基于PLC的交通灯控制系统PLC是一种电子控制设备，专门设计用于工业环境中使用，应该是一个更理想的控制器。PLC使用的是一种可编程的存储单元，其中存储了逻辑操作指令、顺序操作、时间、计数和算术操作，可以通过数字或模拟数量的输入和输出控制各种机械或生产过程。PLC控制器的编程很简单也很容易访问。但是PLC的输入/输出口比其他的更少，但同时具有控制简单，维护便捷的结构特点，同时对于系统调整也相对容易[10]。2.2.3基于单片机的交通灯控制系统单片机作为地方通信开发智能交通灯系统管理控制系统，建立了区域交通路口交通信号灯智能防控和PC，以及软、硬件方面一些改善措施，实现了根据路口交通信号灯智能红绿灯控制，使地方交通变得更加灵活高效。在某种程度上，交通问题得到了解决，停车场等待时间不合理，高速汽车的强度也得到了解决。系统具有简单结构、高可靠性、低成本、良好现实、方便维护等的优势[11]。2.3总体方案设计目前，我国交通灯通常位于十字路口，在它们的位置上使用红色、绿色和黄色的指示灯。通过计时器来控制交通。关于交通安全问题，存在一个缺点:在两个车道的实际时间相同和固定的十字路口，通常一个车道是主路，应该有更多的汽车；另一条辅路，更少的车，更少的停车时间。由于道路拥挤，十字路口经常出现交通堵塞[12]。本文对交通通行线路的现实开展深入调查。本文全面分析采用PLC完成智能信号灯管理的操纵体系以上软、硬件设计方式，通过探究可以知道其使用便利、投资不多，可高效解决交通问题，提高路口的通畅水平。关键对智能信号灯的探究作用和最终成果开展全面汇总，展现出现在信号灯设计的缺点。智能信号灯管理体系通常需要在全自动化管控以及特殊状况下才可以顺利开展人工切换信号灯让某些车辆提早通过。本文主要以三菱FX2―64MR―001PLC为核心设计交通灯设计，此外对以上系统的设计进行综合分析。第三章硬件设计3.1系统控制要求信号灯用来展现车辆通行状况，此后会把十字路口当成探究主体，探究交通灯的现实情况。在路口信号转换流程序是：绿，黄，红。绿灯表示可通过，黄灯表示不能，然而在安全线上行驶的车辆可继续行驶，就是绿灯进展到红灯的提示灯。红灯代表不能通过。在实际生活中的交通路口，可被划分成东西以及南北走向，然而在众多时期，都是单一方向的车辆可运作，其余方向就不能通过，在特定时间之后，可以以及不能通行的方向会发生变化。其现实情况可根据此后的图表。指出：黑色表述亮，白色表示灭。交通情况从状态1发生变化，最终到状态6以后反复到状态1，如图3-1所示。图3-1交通信号灯运行状态演示版本和可能进行更详细的分析通过具体红绿灯十字路口，以期可以整合这些数据实时状态足额:(1)方向的红灯，其他东西绿灯期间，当黄灯是红灯时包括北方和北部包括北方和倒数25秒。在上述情况下，东和西不允许通行，南和北可以。(2)有东西在向绿色的光移动，其他的黄色在燃烧，北北角是红色的，倒数五秒。在以上状况下，去除行使的车辆以外，其余需要就地停留。（3）南北方向红灯灭，此外绿灯亮，东西向黄灯灭，此时红灯亮，倒计时在二十五秒的时候。在以上状况下，东西向可通过，南北向反之。（4）南北方向绿灯灭，此外黄灯亮，东西向红灯亮，倒计时在五秒。在以上状况下，去除顺利行使的车辆，其他车辆都就地停留。灯和行止状态双方的关联，如表3-1所示。表3-1交通状态及红绿灯状态状态1状态2状态4状态6东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯1100东西黄灯0001东西绿灯0010南北红灯0011南北绿灯1000南北黄灯01-0以上图标指出，不论我们在怎样的路口设定红绿黄三种灯和数码显示管两个，在任意的路口，假如遭遇红灯就需要暂停形式，等到绿灯以后才可以形式，黄色的灯开始闪烁，警告人们等待模式的变化。红绿灯的状态和状态可以基于表3.1。注意:0表示熄灭，1表示亮度。3.2PLC电源和地址选择这个红绿灯被设置为使用可编程的FP-1C40控制器。由于实验室中的PLC是松下FP-1C40可编程控制器，它被选为演示的便利工具。3.3I/O端口分配图3.2I/O地址的分配在设计当中，红色、绿色和黄色的灯被放置在不同的方向，总共有12个信号灯，当然还有12个输出端口。然而，不同的方向也安装简单的光电计数器和发射按钮在设计和暂停期间，换句话说，输入端口必须填满6个[14]。上述设计使用三菱FX2―64MR―001型PLC，参考上图，上述接线输入电压使用220V交流电，但是输出却使用12V的直流端口分配是：表3.2直流端口分配输入设备输入点接口输出设备输出点接口启动按钮X0南北方向绿灯（2个）Y1北方计数器输入X1南北方向黄灯（2个）Y2南方计数器输入X2南北方向红灯（2个）Y3西方计数器输入X3东西方向绿灯（2个）Y4东方计数器输入X4东西方向黄灯（2个）Y5停止按钮X5东西方向红灯（2个）Y63.4SFC流程图然而在现实信号灯管控中，人行道路与主干道信号灯在特定层面上会出现特殊关联，因此相关人员在编辑程序之前需要清楚的对其进行划分，如此才可以在编程的时候减少不必要的程序和PLC不需要的运算。交通信号灯的闪烁使用周期固定是1S的时钟脉冲M8013的触点来完成。根据标准车道信号灯可使用并行序列来代表自身的运作状况。相关交通红绿灯的控制体系PLC硬件设计结构图图3-4所示。图3-4SFC流程图3.5接线图使用累积的工作周期。实际时间和紧急运输可以通过可编程控制器(PLC)完成。PLC作为控制设备的选择来自于能够编程控制器内核的计算机，这些计算机将生产分离为工业环境。不仅显示明显的稳定性，而且具有明显的输入/输出接口，显示了显著的动力；它使用简单的可编程存储器，主要在其内部存储程序中执行逻辑操作、顺序控制、计时器、计时器和计算操作，用数字或模拟输入/出口过程向用户发送指令，用于管理各种设备；此外，当使用模块化结构时，编程是非常方便和技术性的。利用以上选型和管控的详细标准，可逐渐制作PLC控制的信号灯电路部分的接线理论图，上述仿照交通灯划分成南北以及东西方向等不同的方向，主要是绿灯、黄灯、红灯等各个颜色，此处，COM端是交通信号灯的重要使用端。PLC外部接线图如图3-5所示。图3-5PLC的外部接线图第四章软件设计4.1程序设计思路全部控制流程可被分类成多个部分：键盘设置处理，状态灯控制等部分。全部软件模块一般会被分类成不同的部分：主程序和中断处理部分。具体的流程图可参考下图4.1、4.2、4.3、4.4。图4.1主程序流程图图4.2状态S1流程图图4.3状态S2流程图图4.4状态S3流程图设计具体状况：上述智能交通红绿灯体系，在软件开发过程中，相关人员使用连续执行模式和重复的方法。这些系统每25个实时周期变化一次。在十字路口的黄灯逐渐亮到循环结束后，它们会闪烁，向行人和车辆报告交通即将改变。在此期间，如果按下中断按钮，服务中断子程序就会启动，然后继续执行。4.2系统程序设计在设定主程序的时候，由于需要使用众多计时器，计数器，输入以及输出继电器等与之相关的辅助器件，因此需要提早将需要使用到的原器件符号与对应定义提走啊制定完成，便于后续的操作：设南北方向最大车流量为A，东西方向最大车流量为B。主梯形图如图4-5所示。I0.1、I0.2、I0.3由数字比较器的结果控制。当南北方向车流量比东西方向大时，i0.1-1，i0.2-0，线圈M0.0-0；虽然南北交通流量相对于任何东西都是小时，但i0.2-1，i0.1-0.3-0，线圈是电的；在两个方向相同的运动中，i0.3-1，i0.1-0，线圈M0.2是电的。图4-5数字比较器的结果图4-6设定的红绿灯时间决定三个线圈的通断由线圈M0.0控制通断当线圈充电时，计时器T37、T39、T40开始计时，30秒后启动，35秒后启动，35秒后启动，55秒后熄灯，60秒后T37、T38、T40全部关闭。正如图4-7所示。图4-7设定的红绿灯的时间由线圈M0.1控制通断当M0.1充电时，计时器T41，T43，T44开始计时，20秒，T41，然后25秒，然后55秒，然后60秒，T43，T44。正如图4-8所示。线圈M0.2设置的红绿灯时间被打乱。当m0.2充电时，计时器T45、T47、T48开始计时，20秒后T45、25秒后T46、55秒后T47、T47和T48关闭。开关控制着南北绿灯，i0.0启动。在启动线圈m0.0后30秒内，向北和向南发出绿色信号；当M0.1线圈充电时，北部和南部的绿灯会亮20秒；当M0.2线圈通电时，北部和南部的绿灯亮了25秒。正如图4-9所示。这意味着黄色的灯闪烁了五秒钟。当t37启动时，北黄灯和南黄灯会闪烁，五秒钟后，T38会亮起来，经常熄灯，闪烁就结束了。对其他事情的同情；红灯朝北和朝南，然后闪烁五秒钟。当T38启动时，北部和南部的红灯会在T39熄灯前亮起来；然后红灯从北到南闪烁五秒钟，其他的都是一样的。如图4-10所示。图4-8设定的红绿灯的时间由线圈M0.2控制通断图4-9开关控制南北绿灯启动开关I0.0闭合图4-10南北黄灯闪烁5秒图4-11南北红灯亮闪烁5秒图4-12东西绿灯亮图4-13东西黄灯闪烁5秒图4-14东西红灯亮然后闪烁5秒红色指示灯点亮，然后闪烁5秒钟。当按下i0.0时，线圈M0.0就会启动，红灯就会亮，T37启动30秒后，T37开关就会关闭，南北红灯就会闪烁。他开始赢了，五秒钟后，他打开了T38。开关总是关闭，红灯从北到南熄灭。当M0.1线圈充电时，红灯会在20秒内亮起来，当它正常关闭时，开关就会启动，红灯从北向南闪烁，5秒后，t42就会启动。T42关闭正常，开关工作，红灯在北部和北部熄灭；当m0.2线圈启动时，红灯会在25秒内亮起来，当它正常关闭时，开关会打开，红灯会向北和向南闪烁，5秒后又会亮起来。T46关闭正常，开关打开，南北灯灭。正如图4-11所示。4.3系统程序分析当开关SB1闭合时，根据车辆流量检测系统的测量结果使线圈通电。也就是说，如果南北之间的交通流量大于东西方向，则向线圈M0.0供电，如果东西方向小于东西方向，则向线圈M0.1供电，如果是，则向线圈M0.2供电。当M0.1线圈通电时，T37通电并在20秒后工作（南北的绿灯熄灭），南北的黄灯闪烁5秒，东西方向的红灯熄灭20秒。下一个红灯闪烁5秒钟。南北黄灯闪烁5秒，然后红灯闪烁30秒，然后红灯闪烁5秒，而东西方绿灯闪烁30秒，而黄灯闪烁5秒。线圈M0.2通电后，T37通电并等待25秒（南北灯绿灯熄灭）北北灯黄灯闪烁5秒。同时，在东西向25秒后，红灯灭了，红灯闪烁了五秒钟。黄色的灯泡向北和向南闪烁5秒，然后向红灯闪烁25秒，然后向东和西闪烁25秒，黄色的灯泡闪烁25秒。T40，T45，T48动态闭锁触点断开，T37，T41，T45动态闭锁触点复位，线圈M0.0，M0.1、0.2重新通电只要没有阻塞按钮SB1，系统就会继续循环。第五章系统调试先对可编程序控制器的外部接线进行一系列的详细检查，一种确保外部通信线路准确准确的方法。用户还没有到达机器，我们可以对外部电线进行详细的扫描，并通过一个自编程的实验程序进行测试，这样我们就可以对外部电线进行详细的扫描，并进行电气检查，以发现电路的故障和缺陷。为了安全，可靠，我们通常主电路冲禁用和随后的初步调试，当确认主要电路布线部分，然后模拟调试好程序调试用户对于下一步，至组成中的每个部分功能，达到可以独立运行。最后，除调试个别硬件系统和软件外，应注意到总体开发方案的完成以及具体硬件和软件系统的开发。我们还需要为硬件和软件系统进行一系列整体调试和测试。在整个控制系统启动后无法正常工作之前，对控制和软件系统进行了多次修改。在本次程序设计调试的时候，我们要思考下面的中很多部分的原因，首先就是众多交通红绿灯之间流程的联锁和互锁，比如，南北向绿灯以及东西向红灯需要建立联锁关联，其中假定南北向绿灯亮，那么东西向的红灯必须保持亮的状态，南北向的绿灯与东西向的绿的必然不能同时成为亮的状态。如果南北向的绿灯开始闪烁，那么南北向的黄灯必须保持在亮的状态，才能保证南北向的绿灯与南北向的黄灯是这种联锁的关系。同理，东西向与南北向也必须有着相同的联锁关系。之后就是调用子程序的情况，由于在程序中大多数都差不多，例如，首次对比以后和第二次对比以后需要在南北绿灯闪烁3s，3s之后南北方向的绿灯转变成黄灯，黄灯持续2s之后才会转变成红灯，此外计数器逐渐清零，东西向转变成绿灯的状况。所以在程序编制的时候，我们要思考将上述程序实施模块化，目标就是立即调用。还有一个例子就是，在第一次比较的过程中和第二次比较的过程中都牵涉到了调用寄存器，也可以把此程序进行模块化，直接开展调用。第三关于计数器清零部分，在一边灯从绿灯转变成黄灯闪烁再转变成红灯的时候，计数器会被清零。在计数器清零之前，其中的计数是持续积攒计数的情况。第六章全文总结与展望6.1全文总结本文基于PLC交通灯控制系统的两个基本特征，即该项目使用模糊控制技术来实现运动控制，特别是在随机交通情况情况下，因为不需要建