【《基于PLC的十字路口智能交通灯监控系统》10000字（论文）】.docx

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1、基于P1C的十字路口智能交通灯监控系统设计1引言12交通灯系统方案的设计22.1 交通灯系统的功能22.2 交通灯系统的方案的选择22.3 系统设计框图33交通灯系统硬件的设计53.1 P1C的概述53.2 I/O点数的确定及P1C选型63.2.1 机型的选择63.2.2 西门子S7-200系列P1C概述63.3 P1C系统的I/O分配表73.4 P1C外部接线图84交通灯系统软件的设计104.1 流程图104.1.1 系统总流程图104.1.2 正常模式H4.1.3 高峰期模式124.2 编程软件的概述134.3 梯形图的设计与分析134.3.1 南北车道程序设计134.3.2 东西车道程序

2、设计164.3.3 夜间模式与正常时间赋值程序设计194.3.4 流量监控程序设计205总结25参考文献261引言随着现代交通的快速发展和汽车进程的加快，道路交通拥挤问题日益严重、交通事故日益频发，人们的出行安全受到了极大的威胁，同时，交通环境的恶化也成为了交通管理及规划部门急需解决的重点问题之一。交通问题不仅仅是在发展中国家出现，就是放在发达国家也同样是一个极度困扰人们的难题。作为一个共识，缓解以及解决交通拥堵问题的一个最简洁有效的办法就是提高路网之间的联通能力。然而，各国90%的大城市，都不可能一直修建道路，无论是经济因素还是土地资源因素，都很大程度上阻碍了道路的无节制增长。因此，人们通过

3、无限的道路建设来满足逐日增加的交通需求是一种痴人说梦的行为，也并不可能实现。另外一个方面，由于各种客观因素的限制，通过对于车辆增长数量的严格控制来减少交通需求，并不能取得令人满意的效果。实际上，交通系统是十分庞大的道路控制系统，它的复杂程度和控制难度是难以想象的，如果只是简单的从道路或者车辆的某一个角度来解决这个问题都是相当困难的。智能交通系统（ITS,Inte11igentTrafficSystems）是能够将计算机技术、传感器技术、控制工程技术以及数据通信技术等技术相融合的一种及时、正确并且高速的管控体系，是交通运输综合管理中的一个）将车、人、路联系更加密切，并且及时、高速、环保的综合系统

4、。随着我国经济条件越来越好，ITS的研究从照抄别国完善系统转变为开辟研究具有自主知识产权的ITS。现在中国许多都市已经建立了智能交通指导中央，公共运输调度系统等。十二五以来，我国累计投入了数千亿资金支持智能交通系统的发展，极大改善了国民的出行状况。智能交通是当前都市交通运输行业进步的势必方向，前进方向之一。国内一些智能交通产业和其他繁盛国（美国，日本等）相比还有不小的距离，随着国家一系列利民政策的实行，我国智能交通基本设备建造范围将继续逐扩大。相信在未来智能交通系统可以像中国的高铁一样作为中国面向世界的一张柬贴。自1991年美国首次开始对智能化的交通运输体系进行研究以来，日本，欧盟，新加坡等国

5、家和地区陆续展开了对智能化的交通运输管理体系的规划，研究及其应用。国外的智能化交通系统相对于国内而言要远远早了好多年，并且有着相对成熟的模式，下面主要对日本的发展情况进行说明。智能轨道交通系统是在日本早期由70年代起步并逐渐发展起来。从1973年至1978这几年间，日本人进行了“动态路径诱导系统”的尝试，在这些尝试中，车里开车人员可以遵从汽车里的显示屏上及时呈现的各条道路交通拥挤或者阻碍的情形以及开车行驶的最优方向，来正确地选择他们自己想要行驶的驾车方向或者是到达指定目标地的最优路线，另外，”日本道路交通行驶车辆智能化促进协会”将推动its在日本的应用与发展。十字路口交通系统是一个地区和城市交

6、通系统的主要组成部分。该系统的运行状态直接反映了区域和城市的现代化管理水平。在该系统中，交通信号灯不是唯一易于发生改变的部件，因为其他组件也具有较大的可变性和随机性。只有科学，客观地分析研究该系统的结构和运行机制，才能建立科学有效的管理以及具备良好的控制措施，使系统平稳高效运行。2交通灯系统方案的设计2.1 交通灯系统的功能本次设计的智能交通灯控制系统主要采用P1C来实现路口交通灯的自动控制，通过P1C实现东西方向，南北方向车道，人行道的交通灯的时间控制，从而实现路口车辆的智能管理。本次系统主要分为夜间模式交通灯管理、高峰期模式交通灯管理、正常模式交通灯管理等三个模式，处在正常的情况下。东西方

7、向的以及南北方向交通灯的时间按照指定的来运行。高峰期模式又分为东西方向以及南北方向高峰期模式,采用传感器来实现两个方向流量的检测，当对应的方向流量在一定时间内过多时，系统自动跳转为对应方向的高峰期模式，此时绿灯时间加长，红灯时间缩小。夜间模式下全部黄灯闪烁控制。具体运行要求如下：(1)系统启动后，交通灯南北方向开始运行，交通灯东西方向开始运行，系统车道多方向开始实时监控，同时系统对人行道方向也持续进行监控。(2)系统运行后，采用传感器检测东西方向车流量以及南北方向车流量，在规定时间内。如果某一方向车流量检测数值超出预设数值，那么判定为当前方向为高峰期方向，此时对应的绿灯时长加长，对应的红灯时长

8、缩短。同时非高峰期模式的车流红灯时长加长，绿灯时长缩短。(3)当系统处在也就模式的情况下，此时东西车道方向黄灯闪烁且保持，南北车道方向黄灯闪烁且保持。(4)系统按下急停操作按键，系统停止运行，等待工作人员下一次的接通。2.2 交通灯系统的方案的选择通过上述研究分析可以知道智能交通灯控制系统要对指示灯，传感器检测，开关按钮等元件进行控制，根据对流程的分析得知，控制系统可以采用以下三种控制方式，分别为：(1)利用P1C来完成智能交通灯控制系统的过程。(2)利用单片机来完成智能交通灯控制系统的过程。(3)利用传统接触器电路来完成智能交通灯控制系统的过程。根据上述系统信息对三种控制方式进行分析比较，然

9、后选择出最适合智能交通灯控制系统进行工作控制的工作方式。单片机系统大多用于小型家电控制系统里面，编写好的程序进行二次修改需要对焊机好的电路板进行拆除，一般用于成品家电中，在智能交通灯处理控制系统控制里面需要用到多部分指示灯，电机的运行。需要根据用户需求实时扩展，单片机在这个应用上，功能扩展较低，往往编程好的项目需要二次扩展时则需要重新烧录元件，拆除硬件。P1C为工业方向工作的自动化控制器，如果采用P1C来对智能交通灯控制系统进行控制，那么就由用户编写对应的P1C程序，通过输入输出端口接线到基本单元后，由程序采集外部硬件信号，由程序驱动外部负载硬件信号，实现自动化的智能交通灯控制系统处理工作过程

10、，基同时我们可以根据道路实际情况修改程序，不需要改变外部硬件设备，只需要通过切换开关或者改变模拟量出入输出的逻辑关系即可完成对道路的调控，同时P1C系统具备和上位机和下位机的通信连接，还有扩展的功能，后续的维护简单，可靠性高，而且P1C编程的内容通俗易懂，容易被操作者所接受。继电器控制则是通过一些低压元件然后进行电气连接的方式组成一个操控系统，该系统捕捉模拟量控制过程较复杂，运行系统电路复杂，检修困难，扩展性极低。在用P1C采用的控制系统的智能交通灯控制系统中，P1C因为非常不一样的系统的程序，操作的人可以通过实际情况及时修改不正确程序，使得正确的程序在它的内部编写，而且最为人性化的是并不需要

11、同时改变它所使用外部硬件设备的各种连接方式，只需增加少数或者一部分指令的数量就好了，有着特殊的扩大化功能。现如今大部分的自动化控制的系统都是用的电子技术比较多，通过它的内部大量的软元件的控制它，这样就可以节省许多硬件的成本，只需要在软件上进行小小的修改动作就可以了，十分的便捷，快速，方便，重量轻，体积小，外观小，实在是最好的控制系统的选择。除了P1C控制系统以外被人们知道最大多的就是单片机控制器，它的技术不仅成熟，而且相比价格便宜就是它的控制十分的不稳定，而且抗干扰能力十分不好使得他在生产线所需的控制系统中并不突出也基本不使用。不适用于控制智能交通灯控制系统。因为单片机的抗干扰能力真的不怎么样

12、，稳定性也不怎么样不突出，相比之下P1C就突出许多，价格便宜的同时，性能相比其他的都要好很多，让人觉得使用起来感觉方便舒适编码简单，还是因为抗干扰能力强，可以满足各种情况下不同生产线作业线下的编程需要。因此综上所述本次控制系统采用P1C做主控器进行设计。2.3 系统设计框图本课题设计主要通过P1C实现对交通信号灯与车流的联动模拟控制，根据实际的十字路口的交通状况加以设计。光电传感器监测十字路口出的车辆数目。并判断采用夜间模式还是白天模式，其中白天模式又分为正常模式与高峰期模式，根据不同的模式，自动调节交通信号灯的时间，以达到提高通行效率的目的。如图2-1所示是系统的结构框图:图2-1系统结构框

13、图如上所述为本次智能交通灯的系统框图，系统框图分为输入部分组成，控制部分组成，输出部分组成等三部分，其中输入部分组成为操作按钮呼叫输入控制，东西车道方向、南北车道方向流量检测控制等。控制部分则利用P1C来实现外部输入信号的接收，以及对负载设备的输出控制。输出部分有各方向的状态监控，有系统的状态显示，用于显示系统的启动状态,停止状态。3交通灯系统硬件的设计3.1P1C的概述P1C是指在产业环境中使用的数字控制的电子产品。当前P1C,功能和命令系统是各种各样的，但是它们是专门用于工业控制的微处理器计算机，因此其结构和操作原理基本上相同，它的硬件构成与工业微型计算机很像。如CPU、I/O接口、RAM

14、、I/O扩展接口、ROM和外部设备接口,数据和指令的发送也可以用内部结构完成。伴随着P1C应用技术的高速发展，P1C的控制功能也越来越强，可实现的功能也越来越多，如逻辑控制函数、条件控制函数或者顺序控制函数等。使用与或非逻辑控制P1C命令来实现开关控制。2 .时间和账户功能：是P1C模块内部的计数器或定时器来代替时间继电器与账户继电器，用于特定操作的时间和账户的管理控制。P1C的操作功能，主要包括对数字系统进行转化、运算、传输、编码等等其他功能。4 .分步控制：指在处理多个运动过程中，所执行分步控制，只能前一个过程完成后，下一过程才能开始，在硬件系统中搭配分步控制器。5 .A/D和D/A转换功

15、能，A/D和D/A转换功能，其涉及到A/D和D/A中的转换模块，通过该模块实现对模拟值和数字值的转换。6 .控制运动的功能,该功能的实现主要依赖位置模块通过快速的计数实现运动的控制。可以进行的控制动作主要分为多轴运动和单轴运动。7 、对各种进程进行控制的功能，简记为过程控制功能。8 、膨胀功能：增加进出房间的数量，增加各类智能模块和特殊功能单元，以提高P1C的控制能力。9 .远程I/O功能远程I/O功能将分布在远离P1C主机位置的各种输入酶出设备连接起来进行远程控制，接收输入信号，输出信号5。要发送的远程I/O单元。，10 .网络单元：指P1C与上位机之间信息交互，以实现对大型设备和复杂系统的

16、全面控制。I1监控功能单元：使用P1C监控系统的各个部分的运行状态和过程，报告和记录系统异常动态。可使用控制程序的在线设置定时器来实现自动关机。通过上面的几点功能介绍，已经了解了该技术的主要应用方面，对于其内部硬件结构还未提及，对此将从软硬件两方面进行分析。首先是硬件部分，P1C的内部结构主要是由重要处理器、RAM、输入输出、电源和编程硬件这几部分构成，其中中央处理器是众多硬件中的核心，RAM负责信息暂时存放。除了硬件部分外，软件结构也是尤为重要的，为便于理解，可以简单分为以下两部分：(1)监控程序：是P1C原生自带的软件，主要用于P1C在运行中监督，保证运行的稳定性。(2)用户程序：非系统自带，可以随意添加修改的可以按照使用者需