基于PLC的智能交通信號(hào)燈控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-2"\h\u13736摘要： 2628關(guān)鍵字： 237371緒論 2143301.1研究背景及意義 287261.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 35002智能交通信號(hào)燈控制方案選擇 3217502.1控制機(jī)的選擇 3236942.2定時(shí)配時(shí)方案的選擇 4313873智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 576503.1硬件總體設(shè)計(jì) 5102313.2車(chē)流量檢測(cè)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(hào)燈控制的軟件設(shè)計(jì) 948344.1主程序設(shè)計(jì) 9160254.2功能程序流程圖 919345智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)調(diào)試與仿真 11190325.1交通信號(hào)燈調(diào)試 11253915.2交通信號(hào)燈仿真 1216576總結(jié) 12摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)大量的進(jìn)入了我們的生活。盡管汽車(chē)的普遍使我們的生活較為方便，但卻產(chǎn)生了不可以忽略的問(wèn)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(wèn)題而產(chǎn)生的，它對(duì)疏導(dǎo)緩解交通有著重要作用。因此設(shè)計(jì)了交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，包括PLC控制、車(chē)流量檢測(cè)、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(shè)計(jì)，以S7-200PLC為基礎(chǔ)，通過(guò)STEP7-Micro/WINV4.0版編程軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試以及仿真，結(jié)果表明本系統(tǒng)運(yùn)行良好，可以運(yùn)用在實(shí)際生活中。關(guān)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(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，寬闊道路的建設(shè)和現(xiàn)代建筑成為推動(dòng)城市發(fā)展、吸引投資的最佳動(dòng)力來(lái)源。但是由于人口的增長(zhǎng)和道路設(shè)施建設(shè)的不足，交通擁擠這樣類(lèi)似的問(wèn)題日益受到人們的重視。公路交通問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)成為影響城市和諧文明的重要因素之一。所以協(xié)調(diào)好車(chē)、人、路之間的相互關(guān)系，才能更加有效地解決好城市交通的各種復(fù)雜的問(wèn)題。在緊急情況下，交警人員可以通過(guò)人工控制整個(gè)交叉路口內(nèi)的駕駛車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)禁止交通和行人通行的功能。而且在緊急狀態(tài)結(jié)束時(shí)，它又可被更改為自動(dòng)狀態(tài)。PLC是在工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行數(shù)字控制的一種電子控制裝置。它具有非常強(qiáng)的適應(yīng)能力，工作讓人心安，花費(fèi)也不會(huì)特別高。所以才設(shè)計(jì)了這個(gè)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，對(duì)于緩解十字路口交通擁擠的問(wèn)題，而且對(duì)避免交通事故的發(fā)生具有非常重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在，好多國(guó)家都在研究這個(gè)控制系統(tǒng)，根據(jù)他們對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的研發(fā)的實(shí)際應(yīng)用我們能夠看出，我們可以通過(guò)獲得交通信息來(lái)使交通信號(hào)燈更加的科技，更加的智能。在國(guó)外有非常多的制造商開(kāi)發(fā)信息技術(shù)來(lái)獲取這個(gè)參數(shù)，現(xiàn)在的情況是通過(guò)對(duì)視頻進(jìn)行圖像處理應(yīng)用于交通流量的檢查分析。因?yàn)閲?guó)外的交通信號(hào)控制技術(shù)較為發(fā)達(dá)，比我們要先進(jìn)很多，所以我們國(guó)家采納和學(xué)習(xí)其他國(guó)家的比較好的技術(shù)。然而由于國(guó)外技術(shù)先進(jìn)并且系統(tǒng)價(jià)格非常昂貴，部分控制系統(tǒng)參數(shù)比較多，不符合我國(guó)的實(shí)際發(fā)展和經(jīng)濟(jì)情況。到現(xiàn)在為止，我們國(guó)家主要是通過(guò)視頻來(lái)對(duì)車(chē)輛出行信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)并進(jìn)行控制，這種監(jiān)控設(shè)備在裝配時(shí)相對(duì)較簡(jiǎn)單，并且出故障時(shí)，易于檢查和維護(hù)，試驗(yàn)結(jié)果比較通俗易懂，能夠大范圍的供人們使用。我國(guó)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的研究，大部分的交通流數(shù)據(jù)都是通過(guò)車(chē)道占用率和排隊(duì)長(zhǎng)度來(lái)獲得和收集的。雖然檢測(cè)準(zhǔn)確率有所提高，但是真實(shí)車(chē)流還是難以反映真實(shí)的情況。另外，系統(tǒng)算法是決定配時(shí)方案優(yōu)劣的關(guān)鍵，如果想到達(dá)到系統(tǒng)的定時(shí)最優(yōu)化的這個(gè)目標(biāo)，我們需要更加努力的刻苦專(zhuān)研和開(kāi)發(fā)，能夠設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的一個(gè)最佳的算法。2智能交通信號(hào)燈控制方案選擇交通產(chǎn)業(yè)是城市路網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，它不僅是城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的命脈，也是制約路網(wǎng)發(fā)展的瓶頸，所以要盡快解決好交通擁擠等的一系列復(fù)雜問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)很大部分的交通燈都采用模擬信號(hào)控制時(shí)間，但是這種方式所存在的缺點(diǎn)已經(jīng)不能處理好交通堵塞的問(wèn)題。這些計(jì)劃和方略的研究與改進(jìn)，能夠使智能交通信號(hào)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(jī)的選擇實(shí)現(xiàn)智能交通信號(hào)控制可以利用可編程序控制器、繼電器、單片機(jī)。但是繼電器會(huì)存在一些使用功能不太好，不太穩(wěn)定的小問(wèn)題，內(nèi)部的程序設(shè)計(jì)不簡(jiǎn)單，非常復(fù)雜，花費(fèi)高的缺點(diǎn)，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(hào)燈系統(tǒng)的長(zhǎng)處：（1）可靠性比較高，能夠供人們放心的使用。（2）同類(lèi)型產(chǎn)品價(jià)格比較合理，人們購(gòu)買(mǎi)時(shí)不會(huì)覺(jué)得花費(fèi)太高。（3）較為穩(wěn)定，不易發(fā)生變化，能夠讓人們長(zhǎng)期使用。（4）既方便又快速。人們可以方便使用。因此這個(gè)文章選用的是可編程邏輯控制器控制交通信號(hào)系統(tǒng)。2.2定時(shí)配時(shí)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(shí)際情況，選擇合適的配時(shí)方案，進(jìn)行優(yōu)化配時(shí)設(shè)計(jì)。不同的時(shí)間分配形式各異，主要有以下幾種的方式：最基本的定時(shí)方案，一般用于交通流量不大的路口；這種交通信號(hào)只有黃燈、綠燈、紅燈3種指示燈，它們的配時(shí)方案如下：指示燈經(jīng)過(guò)一個(gè)方向（假定物體），綠燈亮，時(shí)間到了，綠燈閃過(guò)，然后又變成黃燈。這時(shí)，半周期計(jì)時(shí)周期結(jié)束。如圖1所示。圖1簡(jiǎn)單交通方案示意圖該方案在綠燈亮?xí)r，你可以直行，也可以向左轉(zhuǎn)，也可以向右轉(zhuǎn)，如有交通禁令，不會(huì)限制你向右邊轉(zhuǎn)換。該方案比較適合想要直接向前行駛的車(chē)。第二個(gè)方案：先南北直行，接著南北左右轉(zhuǎn)通行最后東西直行。信號(hào)燈每個(gè)方向都有綠燈、綠燈閃和黃燈信號(hào)。如圖2所示。圖2方案二的相位轉(zhuǎn)換圖方案一中交通信號(hào)燈只有綠、黃、紅三種顏色，是現(xiàn)在最簡(jiǎn)單的紅綠燈。但是只適用于車(chē)流量較小的相互交叉路口，方案二中該時(shí)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(shí)現(xiàn)了控制車(chē)輛穩(wěn)定、有順序有方向運(yùn)行的目標(biāo)。因此選擇了方案二中比較簡(jiǎn)單的定時(shí)配時(shí)方案。采用行同步直行，或者在同一時(shí)刻左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的配時(shí)方案，就可以將行人與車(chē)輛分隔開(kāi)。3智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1硬件總體設(shè)計(jì)智能型得交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)主要由交通流量探測(cè)器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、可編程邏輯控制器和交叉路口信號(hào)燈組成。應(yīng)用較為簡(jiǎn)單的順序方式，采用小型可編程邏輯控制器，選擇西門(mén)子S7-200系列計(jì)算機(jī)，這個(gè)系列的可編程邏輯控制器功能好、指令相對(duì)來(lái)說(shuō)比較全，能滿(mǎn)足我們現(xiàn)在以致未來(lái)的研究要求。3.2車(chē)流量檢測(cè)模塊如圖3：實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊的方法：感應(yīng)式線(xiàn)圈檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)電路方法：電容三點(diǎn)振蕩電路。圖3LC振蕩電路如圖4中一個(gè)三車(chē)道交叉路口：當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)地感線(xiàn)圈時(shí)，環(huán)形線(xiàn)圈的電感值會(huì)逐漸降低，感值最小的時(shí)候，車(chē)輛此時(shí)正在線(xiàn)圈的正上方；隨著車(chē)輛越來(lái)越遠(yuǎn)離磁場(chǎng)區(qū)域，地感線(xiàn)圈的電感值會(huì)慢慢的恢復(fù)到它剛開(kāi)始的那個(gè)數(shù)，我們可以通過(guò)計(jì)數(shù)，來(lái)自動(dòng)調(diào)整紅綠燈時(shí)間。圖4傳感器敷設(shè)例如，當(dāng)測(cè)試的車(chē)輛經(jīng)過(guò)上方N1時(shí)，可編程邏輯控制器數(shù)目加1，接著通過(guò)N2時(shí)，數(shù)目減去1，但是N1和N2之間的值就是這條道路上車(chē)輛存在（即還未開(kāi)走的車(chē)輛的數(shù)量）。如若將N1，N2分別設(shè)置為車(chē)輛的入口和出口，那么N1與N2的距離就是目前在等待車(chē)輛的1~1倍。3.3PLC控制模塊3.3.1PLC硬件選型程序結(jié)構(gòu)可以分成兩個(gè)主要部分：（1）監(jiān)控程序：控制可編程邏輯控制器運(yùn)行的系統(tǒng)自帶程序（2）用戶(hù)程序：用戶(hù)為控制受控系統(tǒng)的運(yùn)行而編寫(xiě)的各種程序代碼。在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)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(hào)多種多樣，各種型號(hào)一一對(duì)應(yīng)于它們的功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式、程序代碼的編程方式、花費(fèi)金錢(qián)的數(shù)目等。比較好的產(chǎn)品有西門(mén)子、AB等。這篇論文主要是由于下面的這些因素來(lái)選用具體的可編程邏輯控制器模式：（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)：可編程邏輯控制器的內(nèi)部模式可以分為整體和模塊。整機(jī)的I/O點(diǎn)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(diǎn)的內(nèi)容豐富，能夠靈活地?cái)U(kuò)展，大多數(shù)比較大的系統(tǒng)會(huì)采用這種方式。（2）響應(yīng)速度：通過(guò)對(duì)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(mǎn)足需求，并且花費(fèi)較小，可以承擔(dān)。（3）型號(hào)統(tǒng)一：應(yīng)該盡可能做到系統(tǒng)型號(hào)一致，這樣設(shè)備可以較為普遍使用，便于購(gòu)買(mǎi)和通信?？紤]到以上因素，這篇論文用的是西門(mén)子S7-200系統(tǒng)可編程邏輯控制器，對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行控制。西門(mén)子S7-200PLC的優(yōu)點(diǎn)：一是各種指令非常的全面，能夠基本滿(mǎn)足各種請(qǐng)求和需要?？梢詫?shí)現(xiàn)邏輯、模擬、位置等的控制。二是中央處理器解決問(wèn)題非常的迅速，并且處理結(jié)果能夠讓人們達(dá)到想要的結(jié)果。三是強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)溝通能力。CPU226具有兩個(gè)RS485端口，不需要適配器就可以直接連接PC機(jī)或觸摸屏。3.3.2PLC硬件組態(tài)硬件組態(tài)：西門(mén)子S7-200PLC的模塊化結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)每一塊比較獨(dú)立。在安裝過(guò)程中，都是以機(jī)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(gè)單一機(jī)架最多能夠匹配8個(gè)擴(kuò)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(diǎn)需要17個(gè)，圖7表示的是數(shù)字量輸出地址分配，通過(guò)圖7所示，我們能夠很清晰的觀察到輸出地址在這個(gè)程序的內(nèi)部是如何進(jìn)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(diǎn)需要12個(gè)：表中顯示了輸入接觸點(diǎn)的具體作用。四個(gè)方向的車(chē)輛檢測(cè)信號(hào)減少計(jì)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(qiáng)通檢測(cè)信號(hào)的輸入，向東直行，向北直行，向左轉(zhuǎn)。圖8車(chē)輛檢測(cè)信號(hào)輸入圖9強(qiáng)通檢測(cè)信號(hào)輸入所以我們可以得出結(jié)論：選用224

CPU，并采用EM222擴(kuò)展模組（含8個(gè)輸出觸點(diǎn)），是能夠?qū)崿F(xiàn)我們對(duì)這個(gè)程序設(shè)計(jì)的要求。4智能交通信號(hào)燈控制的軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，具有定時(shí)控制、分時(shí)控制、智能控制等功能。定時(shí)控制方案：里面含有較多的模式，都實(shí)現(xiàn)了夜間和強(qiáng)車(chē)通行；我們還可以通過(guò)車(chē)流量決定控制模式，發(fā)生緊急情況時(shí)，紅綠燈熄滅，黃燈進(jìn)入黃閃狀態(tài)，從而使人行道不能自由通行，機(jī)動(dòng)車(chē)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(hào)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(shí)功能綠燈直行延遲的條件是：當(dāng)前通行方向上的車(chē)輛與反方向上的車(chē)輛的延遲的差值大于經(jīng)驗(yàn)值σ，相反方向上的車(chē)輛延遲大于δ，并且不超過(guò)最久的時(shí)間。雖然緊接著使用延遲條件來(lái)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(zhuǎn)換條件，可以簡(jiǎn)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(hào)燈控制系統(tǒng)的控制思想可知：通過(guò)可編程邏輯控制器目前運(yùn)行時(shí)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(qiáng)通功能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)通的方法如下：如果能夠檢測(cè)到任何一個(gè)強(qiáng)通信號(hào)時(shí)，M4.0的上邊沿為1，打開(kāi)T57通路延時(shí)計(jì)時(shí)器，經(jīng)過(guò)0.5秒的延時(shí)后（時(shí)間可設(shè)定，要求比脈沖上升時(shí)間更長(zhǎng)），根據(jù)檢測(cè)到的強(qiáng)通訊號(hào)碼，將對(duì)應(yīng)的步長(zhǎng)設(shè)置為1。通過(guò)這種方式，控制系統(tǒng)會(huì)先達(dá)到一個(gè)非常短暫停止工作狀態(tài)，然后緊接著進(jìn)入到強(qiáng)通的狀態(tài)。5智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)調(diào)試與仿真5.1交通信號(hào)燈調(diào)試5.1.1調(diào)試步驟S7-200PLC程序設(shè)計(jì)是采用了STEP7程序軟件，采用了塊的思想。利用分塊結(jié)構(gòu)，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(kuò)展性。智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)調(diào)試步驟具體為以下：1）打開(kāi)需要的編寫(xiě)程序軟件，思考構(gòu)思，建立項(xiàng)目。2）選擇可編程邏輯控制器的型號(hào)。3）根據(jù)設(shè)計(jì)思路，編寫(xiě)相關(guān)的程序代碼。4）編譯并執(zhí)行我們所設(shè)計(jì)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(huì)發(fā)生的實(shí)的情況。7）觀察測(cè)試燈的閃滅的順序。8）通過(guò)狀態(tài)表的變化來(lái)預(yù)測(cè)輸出的改變。5.1.2調(diào)試結(jié)果當(dāng)白天的模式?jīng)]有考慮延遲時(shí)，信號(hào)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(hào)的輸出順序當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)置任意一個(gè)強(qiáng)通開(kāi)關(guān)，程序開(kāi)始執(zhí)行后會(huì)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)于強(qiáng)通開(kāi)關(guān)狀態(tài)。達(dá)到急車(chē)強(qiáng)通。手工輸入計(jì)數(shù)器脈沖，計(jì)數(shù)器可以計(jì)算車(chē)輛的停留時(shí)間。該系統(tǒng)可以根據(jù)車(chē)輛的停留時(shí)間進(jìn)行智能延遲。更改可編程邏輯控制器當(dāng)前時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)白天模式和夜間模式。5.2交通信號(hào)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(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)，后期還可以進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和改進(jìn)，最終通過(guò)完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以得到這個(gè)系統(tǒng)的仿真圖。圖14智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的仿真圖6總結(jié)目前的交通信號(hào)控制系統(tǒng)都不夠智能化，過(guò)于僵硬，不靈活，容易發(fā)生交通擁擠等問(wèn)題，而且人力物力利用率也不高。而基于西門(mén)子S7-200PLC智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)能夠彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題的不足之處。根據(jù)這個(gè)方案設(shè)計(jì)的這樣的系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，實(shí)用性高，能夠在原來(lái)的系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(shè)計(jì)的這個(gè)信號(hào)燈控制系統(tǒng)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅需要查找和學(xué)習(xí)大量的參考文獻(xiàn)，構(gòu)造出自己論文的思路和框架，并且還得按照自己構(gòu)思的框架一步步的實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的完成，