基于PLC控制的十字路口交通灯设计.docx

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1、引言11.1智能交通灯系统的发展背景21.1.1英国TRANSYT路面交通控制系统21.1.2澳大利亚SCAT路面控制系统21.1.3英国SCOOT路面控制系统21. 1.4日本城市路面控制系统31.2交通控制存在的问题31.3本课题的主要研究内容42P1C月匕名口42. 1P1C的基本概念和基本结构42. 1.1P1C的基本概念42. 1.2P1C的基本结构42.2P1C的特点和应用领域62.2.1P1C的特点62.2.2P1C的应用领域72.3P1C的工作原理72.3.1输入采样阶段82.3.2.用户程序执行阶段82.3.3.输出刷新阶段82. 4P1C的性能指标和软件系统92.4 .1P

2、1C的性能指标92.5 .2P1C的软件系统92.5 P1C编程语言101. 5.1梯形图102. 5.2语句表102.6 P1C基本编程指令121.1.1 1输入输出指令（1D/1DI/0UT）122.6.3 电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）132.6.4 程序结束指令（END）142.7P1C控制系统设计概要142. 7.1设计的基本原则和内容143. 7.2设计的步骤和实现过程错误!未定义书签。3交通灯控制系统设计错误!未定义书签。3.1 P1C型号的选定以及可行性分析错误!未定义书签。3.1.1 FX2N-64MR控制器主要性能指标错误!未定义书签。3.2 设计思路错误!未定义

3、书签。3. 3模拟十字路口交通灯规则设计实物模型设计错误!未定义书签。3. 3.1控制要求错误!未定义书签。4制系统程序设.错!未定乂书签3.1 P1C程序流程图设计错误!未定义书签。4. 2P1C程序实现错误!未定义书签。4. 2.1梯形图程序（状态步进形式的梯形图）155. 2.2指令表（梯形图对应的指令语句）305375. 1设计总结375.2检测和调试375.2.1硬件调试375.2.2软件调试38.40参考文献引言据一项对美国主要城市交通状况的调查显示：1982年至2000年，美国城市在上下班高峰期间的交通堵塞状况不断加剧，由交通堵塞造成的时间和汽油浪费而带来的经济损失每年高达680

4、亿美元。以广州为例来讲，现在市区平均车速只有每小时12公里。用这个目标速度代入欧美标准计算，广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值：每年耗费1.5亿小时，减少生产总值117亿元。相当于该市整个生产总值的7%o在北美、澳大利亚等大城市，道路面积率高达35%40%,而北京只有20%。缓解交通拥堵，加快道路建设是当务之急。据悉，到2010年，北京将投资500亿元用于城市道路建设，到2005年，北京仅高速公路通车里程就达到600公里。但一味发展城市道路，也会刺激私家车超常规发展，两者发展速度的失衡，最终还是逃不出“拥堵一修路一再拥堵”的怪圈。当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机

5、密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本设计介绍了一个智能交通灯系统的设计。该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口进行监控；各路口有固定的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期；对路口违章的机动车能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界

6、最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。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P1C设计方案。可编程序控制器简称为P1C

7、,它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。P1C己经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，P1C在其他领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速的发展。随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛的应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器(ProgrammabIe1ogicContro11er)正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制

8、装置。1交通灯控制系统概述1.1 智能交通灯系统的发展背景1.1.1 英国TRANSYT路面交通控制系统英国道路研究所花费了十几年的时间，在大量的实验和经验的基础之上，研制出了TRANSYT路面交通控制系统。被全球400多个车市广泛采用，可以说TRANSYT系统的成功是显而易见的。TRANSYT内部通过有线来经行通信。采用静态模式来控制交通信号灯,这种控制方案中通过数学模型来控制绿信比和相位差。但是这种交通控制系统还是存在一定的缺陷，例如它无法优化周期，而且想要获得最优的整体分配方案是相当困难的。如果想要经行离线优化，必须采用大量的路网几何和交通数据流。1.1.2 1.2澳大利亚SCAT路面控

9、制系统70年代末期，澳大利亚开发了SCAT路面控制系统。SCAT采用分层递阶的计算机形式，这是一种较为先进的计算机网络控制技术。SCAT通过有线来通信。在地区联机，在中央即采用联机也采用脱机模式。在控制的过程中，SCAT会预先设定几个参数，在对路面情况经行分析的基础之上，根据实际的情况来选定具体采用那个数据。计算机结构好改变，控制方案好变换，而SCAT系统充分的利用了计算机的这些优点。但是，由于SCAT对于硬件的要求高，这也就限制了它的移植能力，以及信息的无即时反馈性。1.1.3 英国SCOOT路面控制系统在TRANSYT系统改进和改良的基础之上，通过8年的研究，英国道路交通研究所又设计出了一

10、款自适应的SCOOT路面控制系统，其全名为动态交通控制系统。由于采用动态的交通控制方式，其性能各个方面都要优于以静态为核心的路面交通控制系统。这种交通控制方式同样被许多国家大量的采用。SCOOT路面控制系统以有线的方式进行通信。通过联机的方式来控制各个路口的交通信号灯，这与传统的控制方式来比，其效率大大提高。但是SCOOT路面控制系统依然有他的缺点，其一它的相位一旦确定之后就不能自动的增减了，其二他对于固定的路口只有固定的相序，其三它的安装困难度也过高。1. 1.4日本城市路面控制系统日本设计的路面控制系统有交通控制中心和VICS中心，交通控制中心主要在东京等地区运营，它极具代表意义，在控制一

11、般城市路面交通的同时有着显著的高效性。通过收集，处理和发布交通信息，控制中心不仅可以对交通信号进行控制还可以进行信息交流等。通过对超声波、雷达、红外检测器、直升机、摄像机等信息收集系统收集来的信息进行分析，该控制系统可以利用后台许许多多的计算机网络进行高速的运算，通过这种流量分析以及提前的预定方案的选择，可以实时的指挥路面各个交通灯路口的红绿灯情况。在指挥的同时，他还会以各种方式将车流量、堵塞情况等信息通过各种方式向社会发布。1.2 交通控制存在的问题我国城市交通运输的现状和存在的问题，借鉴国外城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制的重要性，提出加强城市交通研究的交通规划，建立稳定的

12、交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等对策。随着城市机动车增长速度的加快。1994年卧轨城市机动车保有量已接近500完辆。20世纪90年代以来，经济的发展加快，从1985年到1995年，机动车增长率达13%左右，近几年更是增多。然而，在此同时，城市道路建设规模也在加大，我国城市普遍存在道路密度，道路面积率偏低的问题，这是我国城市哟其是大城市有机的一个重要原因。我国城市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世纪80年代，世界发达国家就已到达20km每平方千米。20世纪90年代，我国部分城市道路面积率，北京为5.9%,上海为6.4%,而国外东京为13.8%,巴

13、黎为25%,普遍高于我国。近几年，国家虽加大城市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的增长速度，且与世界其他国家相比，差距仍很大。出租车以及公交的发展运营情况并不尽如人意，虽然车辆和线路长度增长，但运营速度成了瓶颈，新增的运力被运输效率低下所抵消。交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。在车辆，道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术，信息采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。近几年，虽然有部分城市研究和引进一些国外先进的交通信号管理系统，但是由于交通管理设施不足等原因，我国交通事故率居高不下

14、。城市车流行驶速度逐年下降，目前不少城市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳。1.3 本课题的主要研究内容此次设计的主要内容是在传统的交通灯基础之上，通过P1C进行编程，设计出一款能够根据车流量的变化来智能化调整交通灯读秒时间的交通灯控制系统。要实现预期目的的初期设想是在十字路口东西南北各个方向上安装光电计数器，以此来统计各个路口的车流量，再将数据输入计算机中央控制系统对数据经行分析，根据预先设定的参数，智能化的判断各个交通路口的拥堵情况，从而通过P1C控制系统来适当的调整红绿灯的读秒时间。并且在此基础之上，若交通灯路口遇到特殊车辆或者紧急情况，该系统也能切换到人工控制模

15、式，实现强通控制，从而保证路面交通的正常运行。此系统不仅成本低，维护方便，而且能在最大程度上缓解交通压力，节约交通资源。2P1C功能介绍2.1 P1C的基本概念和基本结构2.1.1 P1C的基本概念可编程控制器（PrOgrammab1eCOmrOHer）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmab1e1ogicContro11er）,简称P1C,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PerSOnaICOmPUter）的简称混淆，所以将可编程控制器简称P1C。2. 1.2P1C的基本结构（1）中央处理器（CPU）CPU是P1C的核心部件，CPU模块在P1C中相当于大脑和心脏，是整个P1C控制系统的神经中枢。它的主要功能如下：1）接受和储存用户程序和数据2）扫