智能化电子交通监控系统解决方案报告书.pdf

摘要 智能交通监控系统是当前的研究热点，并取得了许多成果。在少数先进国家，已采用智能方法控制交通信号。为了实现对交通道路的有效管理，争取先进、科学的交通管理，本文利用交通流量传感器检测车辆的存在和通行，并将该信号转换为标准脉冲信号，用作可编程控制器的控制输入。PLC 计数，根据一定的控制规则自动调整红绿灯的持续时间；设计定时器，增加上下班高峰时段的绿灯释放时间，合理运用电子警察对每个路口的违规和事故进行监控和记录。关键词 PLC 智能交通监控车流量传感器电子警察 目录 第 1 章 引言 3 1.1 学科背景及发展现状 3 1.2 智能交通监控系统介绍 5 1.3 课题的设立及本文完成的主要工作 6 第 2 章 可编程序控制器（PLC）简介 7 5 的定义及起源 7 的工作原理 14 智能交通监控系统的设计 第一章介绍 1.1 学科背景及发展现状 1858 年，在英国伦敦的主要街道上安装了一盏以气体为光源的红蓝机械扳手式信号灯，用于指挥车厢的通行。这是世界上第一个红绿灯。1868 年，英国机械工程师奈特在伦敦威斯敏斯特议会大厦前的广场上安装了世界上第一个燃气红绿灯。它由两个旋转的方形玻璃灯笼组成，红色和绿色。红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，警察受伤，被取消。1914 年 2008 年，电器的红绿灯开始在美国出现。该交通信号灯由安装在纽约市第五街的一座塔上的红色、绿色和黄色圆形光投影仪组成。红灯表示“停止”，绿灯表示“通过”。1918 年，出现了可控红绿灯和红外线红绿灯。受控红绿灯，一种是在地下安装压力检测仪，车辆一接近红灯就会变绿；红灯变为绿色。当行人踏上压敏路面时，红外交通灯可以检测到有人即将过马路。红外线光束可以将信号灯的红光延长一段时间，延缓汽车的释放，避免交通事故。信号灯的出现，实现了有效的交通管制，对疏通车流、提高道路通行能力、减少交通事故等起到了明显的作用。1968 年联合国道路交通与道路标志信号协定规定了各种信号灯的含义。绿灯是通过信号，面对绿灯的车辆可以直行、左转和右转，除非另一个标志禁止某种转弯。左转和右转的车辆必须优先考虑合法在十字路口的车辆和横穿人行横道的行人。红灯是禁止通行的信号，遇到红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后面停车。黄灯是警告信号。面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆距离停车线太近无法安全停车时可以进入路口。在汽车工业蓬勃发展的背后，也出现了越来越多的交通问题，如堵车、交通事故等，不仅威胁着人们的生命财产安全，也制约着国民经济的发展。为了减轻交通负荷，使车辆畅通无阻，交通事业严格有序，我国引进了国外先进的控制系统和符 合国情的多车道红绿灯控制系统，不仅解决了以往交通控制系统的局限性，同时也提高了交通流的速度。制定了道路交通安全法实施条例第三十八条，明确规定：绿灯亮时，内容车辆通行，但转弯车辆不得阻碍直行车辆和行人通行。已被释放，当黄灯亮起时，他们已经越过了停止线。车辆可以继续通行，红灯亮时禁止车辆通行。城市现状 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越受到人们的关注。人、车、路三者关系的协调已经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、交通信号控制和交通分流的计算机综合管理系统。它是现代城市交通监控指挥系统的重要组成部分。随着城市机动车保有量的不断增加，北京、上海、南京等许多大城市都出现了超载现象。因此，从 1980 年代后期开始，这些城市建设了城市高速公路，在高速公路建设完成初期也有效改善了交通条件。然而，随着车流量的快速增长，对高速公路缺乏系统的研究和控制，高速公路并没有充分发挥其预期作用。城市快速路的结构特点也决定了城市快速路的交通状况必然受到快速路与普通道路耦合处的交通状况的制约。因此，如何通过适当的控制手段，最大限度地利用高成本建设的城市快速路，缓解主干道、匝道以及市区及周边地区的交通拥堵问题，日益成为一个课题。由交通管理和城市规划部门解决。主要问题。交通系统的智能控制是当前的研究方向，并取得了许多成果。在少数先进国家，已采用智能方法控制交通信号。1.2 智能交通监控系统简介 智能交通系统的出现，极大地改变了我国紧张的交通形势。它可以根据车流量的变化自动调整红绿灯的时间长度，不会出现空车道耗时的情况。可以有效减少交通拥堵，实现交通控制的优化控制，大大提高交通系统的效率。随着我国经济的不断发展，国民生活水平的不断提高，私家车保有量大幅增加，道路拥堵问题日益突出，智能交通系统将得到广泛应用。智能交通系统的发展可以追溯到 1970 年代和 1980 年代一系列车辆分流系统新技术的开发和应用。1991 年，美国通过了“地面运输效率法”（ISTEA），俗称“冰茶法”。此后，美国 IVHS 研究进入宏观运行阶段。1994 年，美国将 IVHS 更名为 ITS。之后，欧洲、日本等也相继加入了行列。经过 30 年的发展，美国、欧洲和日本已成为全球 ITS 研究的三大基地。美国是世界上 ITS发展领域发展最快的国家。1980 年代以来，先后开展了与智能汽车技术相关的 PATH、IVI、VII、CVHAS 等国家级项目。1995 年 3 月，美国交通部正式公布了 国家智能交通系统项目计划，明确界定了智能交通系统的 7 大领域和 29 项用户服务功能。目前，7 大领域包括：出行与交通关系系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进车辆控制与安全系统。1990 年代初，日本制定了大力发展智能交通系统的国家战略。作为智能交通的重要组成部分，智能汽车也得到了深入研究。日本政府牵头的先进安全车 ASV 项目于 2000 年取得了初步的实践成果。我国 ITS 的发展起步较晚。1970 年代以来，从国外引进和消化了一些项目，开展了一些 ITS 或类 ITS 基础项目的研究和应用。70 年代中期至 1980 年代初，主要是对城市交通信号控制进行实验研究。1980 年代中期至 1990 年代初，一些大城市引进和消化了城市交通信号控制系统，一些（高速公路）高速公路监控系统、高速等级公路电子收费系统和路边信息服务系统。1990 年代中期开始研究 ITS 的发展战略和 GIS、GPS、EDI 在交通运输等方面的应用，重视交通信息网络、公路桥梁管理基础数据库的建设。、道路交通量和气象数据采集。努力也取得了重大进展。1.3 课题的建立及本文完成的主要工作 在路口设置红绿灯，可以有效疏通交通，为交通参与者的安全提供有力保障。然而，随着社会经济的飞速发展，原有的红绿灯控制系统已经无法适应日益繁忙的交通状况。如何改进红绿灯控制系统以使其适应当前的交通状况成为研究课题。对于传统的十字路口交通灯，通常的做法是在事先调查交通流量后，预先设定双向交通灯的延迟时间。但事实上，车流的变化往往是不确定的，有些路口甚至可能在不同的时间段有很大的差异。即使经过了长时间运行，更适用的方案，这种现象仍然存在：绿灯方向的车辆很少，但红灯方向的车辆排长队等待通过。这种流量变化的偶然性无法建立准确的模型，统计方法已经不能适应快速发展的交通形势。更现实的需求是有一个可以根据流量变化自适应控制的交通灯。目前，大多数城市的交叉口红绿灯控制普遍采用固定切换时间间隔的控制方式。由于路口不同时间车辆的交通流复杂、随机、不确定，采用固定时间控制方式往往会造成道路有效利用浪费时间、空置等现象，影响畅通性的路。因此，需要一种新的控制方法来更好地解决这个问题。智能交通系统（ITSIntelligent Transport Systems）ITS 是一个跨学科、信息化、系统化的研究系统。其主要内容是：结合先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息通信技术，是一种实时、准确、高效、作用广泛、全方位的综合交通管理系统，与电子传感技术有效结合，应用于整个地面交通管理系统。交通控制系统是 ITS 研究的一个重要方面。由于交通系统具有很强的非线性、模糊性和不确定性，是典型的分布式非线性系统，具有多信息源、多传感器的特点。有效控制。结合先进的智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术和交通管理技术，代表了城市交通信号控制系统的发展方向。发展智能交通是现代社会经济发展的客观要求，交通是国民经济和现代社会发展的基础。由于现代社会城市化率不断提高，国 民经济快速增长，全球经济一体化进程加快，个人出行和休闲时间不断增加，交通需求不断增加，智能交通已成为现代社会经济。发展的客观要求，由于PLC 技术与单片机技术和继电器技术相比具有以下优点：功能强大、性价比高、硬件设备齐全、操作方便、适应性强、可靠性高、编程调试简单、体积小体积小、能耗低、维护方便等特点。因此本课题选用西门子先进的小型 PLC 设备 S7-200 作为平台。以交通信号监控系统为整个设计方案的中心，提出了一个可行的方案。具体来说，这些包括：1、可以控制路口东、西、北、南、南的通行，通过定时器控制通行和禁止时间；2、利用 PLC 的相关知识，实现交通高峰低峰通过时间的智能调整；3、在智能交通信号控制系统中，增加了电子警察抓捕违法系统。第二章可编程序控制器（PLC）概述 2.1 PLC 的定义及由来 一、PLC 的定义 可编程控制器 可编程控制器是计算机系列的成员，专为工业控制应用而设计和制造。早期的可编程控制器称为 Programmable Logic Controller，简称 PLC，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出了逻辑控制的范围，所以今天这种装置被称为可编程控制器，简称 Pc、但为了避免与 Personal Computer 的缩写混淆，可编程控制器缩写为 PLc、PLC 问世以来，虽然时间不长，但发展迅速。为了规范其生产和发展，NEMA（美国国家电气制造商协会）经过四年的考察，于 1984年首次正式将其命名为 PC（Programmable Controller），并对 PC 给出如下 定义：PC 是一种数字电子设备它使用可编程存储器来存储指令。它用于执行逻辑、时序、定时、计数和计算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块来控制各种机械或工作程序。如果数字电子计算机从事 PC 子功能的执行，但不包括鼓或类似的机械音序器，则它也被视为 Pc、后来，国际电工委员会（IEC）先后颁布了 PLC 标准的第一稿和第二稿，并于 1987 年 2 月通过了它的定义：“可编程控制器是一种以数字方式运行的电子系统，专为工业环境中的应用而设计。.它使用一种可编程存储器为其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字或模拟输入/输出控制各类机械或生产可编程控制器及其相关的外部设备是按照易于与工业控制系统集成、易于扩展其功能的原则设计的。简而言之，可编程控制器是为在工业环境中使用而设计和制造的计算机。输入输出接口丰富，驱动能力强。但可编程控制器产品并非针对特定的工业应用。在实际应用中，其硬件需要根据实际需要进行选择和配置，其软件需要根据控制要求进行设计和编译。二、PLC 的由来 早期工业生产中广泛使用的电气自动控制系统是继电器-接触器控制系统，简称继电器控制系统。20 世纪工业生产飞速发展，市场竞争越来越激烈，工业产品更新换代的周期越来越短。，新产品不断涌现，传统的继电器控制系统难以满足现代社会小批量、多品种、低成本、高品质生产方式的生产控制要求。将继电器控制装置更换为新的控制装置，提出十项标书，即著名的“GM10”，即：(1)编程方便，可现场修改程序；(2)维护方便，模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；（5）数据可以直接致到管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)输入可以是交流 115V；(8)输出为交流 115V，2A 以上，可直接驱动电磁阀、接触器等；(9)扩容时，原系统只需要小改动；(10)用户程序存储器容量至少可以扩展到 4KB。1969 年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台 PLC，在美国通用汽车的自动装配线上试用并获得成功。这种新型工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可行性高、使用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在美国其他工业领域迅速推广应用。到 1971 年，已成功应用于食品、饮料、冶金、造纸等行业。这种新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971 年，日本从美国引进这项新技术，很快研制出日本第一台 PLc、1973 年，西欧国家也研制出第一台 PLc、中国于 1974 年开始研制。1977 年开始工业应用。2.2 PLC 的基本结构 PLC 的本质是专用于工业控制的计算机。其硬件结构和微机在结构上分。PLC 分为固定式和组合式（模块化）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等。这些元件组合成一个不可拆卸的整体。模块化PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、背板或机架，这些模块可以按照一定的规则组合配置。其结构如图 2-1 所示。1.中央处理器 CPU 中央处理器 CPU 是 PLC 的控制中心。它根据 PLC 系统程序分配的功能接收和存储用户程序和编程器输入的数据，检查电源、内存 I/O 和看门狗定时器的状态；并可诊断用户程序。中的语法错误。PLC 在投入运行时，首先通过扫描接收现场各输入设备的状态和数据，分别存入 I/O 映像区，然后从用 户程序中逐一读取用户程序内存，并在命令解释后，根据指令执行逻辑或算术运算的结果被致到 I/O 映像区或数据寄存器。在所有用户程序执行完毕后，最终传送 I/O 映像区中每个输出状态的输出状态或输出寄存器中的数据。数据被致到相应的输出设备，以此类推，直到停止。为了进一步提高 PLC的可靠性，近年来，大型 PLC 还采用双 CPU 组成冗余系统或三个 CPU 的表决系统，这样即使某个 CPU 发生故障，整个系统仍然可以正常运行。CPU 是 PLC的核心，起着神经中枢的作用。每台 PLC 至少有一个 CPU，根据 PLC 系统程序分配的功能，接收和存储用户程序和数据。状态或数据，并将其存储在指定的寄存器中，同时诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态以及编程过程中的语法错误。中央处理单元（CPU）编程器 输出电路 输入电路 系统程序存储器 系统程序存储器 电源 图 2-1 PLC 基本结构图 进入操作后，从用户程序存储器中一一读取指令，分析后根据指令指定的任务产生相应的控制信号，命令相关控制电路。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器和实现它们之间连接的数据、控制和状态总线组成。CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及相关电路。存储器主要用于存储程序和数据，是PLC 不可缺少的组成部分。从用户的角度来看，没有必要详细分析 CPU 的内部电路，但应该很好地了解各个部分的工作机制。CPU 的控制器控制 CPU 的工作，它读取指令、解释指令并执行指令。但工作节奏是由振荡信号控制的。计算器用于执行数字或逻辑运算，并在控制器的指挥下工作。寄存器参与运算，存储运算的中间结果，同时也在控制器的指挥下工作。CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定了 PLC 的工作速度、I/O 数量和软件容量等，从而限制了控制规模。2.记忆 用于存储系统软件的存储器称为系统程序存储器，用于存储应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC 常用的存储器类型是 RAM Random Assess Memory，它是一种读写速度最快的随机存取存储器，由锂电池支持。EPROM Erasable Programmable Read Only Memory，即可擦写只读存储器，在断电的情况下，存储器的所有内容保持不变，在持续的紫外线照射下可以擦除存储器的内容。EEPROMElectrical Erasable Programmable Read OnlyMemory，这是一种电可擦除只读存储器，其存储的内容可以使用编程器轻松修改。PLC 存储空间的分配虽然各种 PLC CPU 的最大寻址空间不同，但根据 PLC的工作原理，其存储空间总则包括以下三个区域：系统程序存储区；系统 RAM 存储区包括 I/O 映射。影像区及系统软设备等 3.电源 PLC 的电源在整个系统中起着非常重要的作用。如果没有良好可靠的电源系统，就无法正常工作，所以 PLC 厂家也非常重视电源的设计和制造。总则如果交流电压波动在+10%（+15%）范围内，则不能采取其他措施。，并将 PLC 直接连接到交流电网。4.输入输出模块 PLC 与电路回路的接口是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路。它的输入寄存器反映了输入信号的状态，输出点反映了输出锁存器。状态。输入模块将电信号转换成 PLC 系统，输出模块则相反。I/O 分为数字输入（DI）、数字输出（DO）、模拟输入（AI）、模拟输出（AO）等模块。5、PLC 系统的其他设备 编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监控运行、检查维护等不可缺少的设备。用于对系统进行编程和一些设置，监控 PLC 和 PLC 控制的系统的工作状态，但不参与现场控制操作。.小型编程 PLC 总则都有一个手持编程器，总则是用电脑（运行编程软件）作为编程器，也就是我们所说的上位机。人机界面：最简单的人机界面就是指示灯和按键。目前，液晶屏（或触摸屏式）一体化操作终端应用越来越广泛，以电脑（运行组态软件）作为人机界面的情况非常普遍。.6、PLC 通讯组网 依托先进的工业网络技术，可以快速有效地采集、传输生产和管理数据。因此，网络在自动化集成工程中的重要性越来越明显，甚至有人提出“网络就是控制器”的观点。PLC 具有通讯和联网功能，使 PLC 与 PLC、PLC 与上位机等智能设备之间进行信息交换，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有新的 PLC 产品都具有通讯和联网功能。与计算机一样，它们具有 RS-232 接口。信息可以通过双绞线、同轴电缆或光缆在几公里甚至几十公里内进行交换。当然，PLC 之间的通信网络是每个制造商专用的。对于 PLC 与计算机之间的通信，一些厂商使用工业标准总线，向标准通信协议靠拢，这将使不同型号的 PLC、PLC 和计算机成为可能。它们之间可以很容易地进行通信和联网。7.外接设备 外部设备是 PLC 系统的组成部分，它有四类：(1)编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程，对系统进行一些设置，监控 PLC 和 PLC 控制的系统的工作情况。编程器是 PLC 开发应用、监控运行、检查和维护不可缺少的设备，但不直接参与现场控制操作。(2)监控设备：有数据监控器和图形监控器。直接监控数据或在屏幕上监控数据。(3)存储设备：有存储卡、存储磁带、软盘或只读存储器，用于永久存储用户数据，使用户程序不丢失，如 EPROM、EEPROM 写入器等。(4)输入输出设备：用于接收信号或输出信号，总则有条码阅读器、输入模拟量的电位器、打印机等。2.3 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理不同于公用计算机和继电器控制系统。其工作过程以循环扫描的方式进行。当 PLC 处于运行状态时，其运行周期可分为三个基本周期：1.输入采样阶段 在这个阶段，PLC 逐步扫描每个输入端口，将所有输入设备的当前状态保存到相应的存储区域，专门用于存储输入设备状态的存储区域称为输入图像寄存器。输入图像寄存器的状态刷新后会保存到下一个周期，所以当输入采样阶段结束时，如果输入设备的状态发生变化，只能在下一个周期传输给PLc、.2.程序执行阶段 CPU 从 0000 地址处的第一条指令开始，逐条执行，直到执行完最后一条指令。PLC 在执行指令程序时，需要读取输入图像寄存器的状态（ON 或 OFF，即 1 或 0）和其他编程元件的状态。除输入继电器外，一些编程元件的状态会随着指令的执行而不断更新。CPU 根据程序给出的要求进行逻辑运算和算术运算，运算结果存放在相应的分量图像寄存器中，待输出的信号存放在输出图像寄存器中，由输出保存闩锁。程序执行阶段的特点是指令的顺序执行。3.输出处理阶段 CPU 通过输出锁存器和 PLC 的输出端子将输出图像寄存器的状态传送到外部，以驱动接触器、电磁阀、指示灯等负载。此时，输出锁存器的内容不会被刷新，直到下一个扫描周期的输出级到来。这种输出工作模式称为集中输出模式。2.4 PLC 的特点 1、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器、计数器等装置，大大减少了控制柜的设计、安装和接线工作量。PLC 采用一系列软硬件抗干扰措施，抗干扰能力强，平均无故障时间达到数万小时以上，可直接用于强干扰的工业生产现场。PLC 已被广大用户公 认为最可靠的工业设备之一。2、灵活性强，控制系统具有良好的灵活性；当生产过程和工艺局部调整和改变时，通常只需要改变 PLC 程序，或配合外围电路的局部调整，即可实现控制系统的改造。3、编程简单，使用方便；梯形图语言是 PLC 最重要、最流行的语言。其电路符号和表达方式类似于继电器原理图。读者可以快速掌握梯形图语言，并用它来编译用户程序。4、控制系统易于实现，开发工作量小，周期短；由于 PLC 的系列化、模块化、标准化、良好的可扩展性和联网性能，在大多数情况下，PLC 系统是更好的选择。不仅可以完成大多数情况下的控制要求，而且在系统设计、安装、调试等方面也节省了大量的时间和精力。5、维修方便；PLC 具有完善的故障诊断功能，可根据设备上的发光二极管和软件提供的故障信息，轻松识别故障源。由于 PLC 体积小，部分采用模块化结构，更换整机或模块即可快速排除故障。6、体积小、能耗低；软件实现的逻辑控制可以大大减少继电器和定时器的数量。一个小型PLC 仅相当于几个继电器的体积，控制系统消耗的能量也大大降低。7、功能强大，性价比高。由用户程序实现的逻辑控制，所需的继电器、中间继电器、定时器、计数器等功能元件，都由存储单元代替，所以数量非常多。一个小型 PLC 可以有成百上千个元件，相当于过去的大型甚至超大型继电器控制系统。此外，PLC 提供的软元件触电可无限使用，可轻松实现复杂的控制功能。同时，PLC的网络通讯功能有利于实现分散控制、远程控制、集中管理等功能。与同等规模或成本的继电器控制系统相比，无论是功能还是性能，都具有无可比拟的优势。2.5 PLC 控制系统的总结与展望 近十年来，PLC 的应用越来越广泛。主要原因是：一方面，微处理器芯片的价格大大降低，降低了 PLC 的成本；另一方面，由于 PLC 的功能大大增强，也可以解决复杂的问题。计算和通信问题。主要总结如下：一、PLC 的应用领域 PLC 作为一种新型的通用控制器，可应用于所有工业领域。目前，PLC已应用于国内外钢铁、石油化工、机械制造、汽车装配、电力等各个行业，并取得了客观的经济效益。特别是在工业发达的国家，PLC 已广泛应用于各个工业部门。随着性价比的提高，PLC 的应用领域将不断扩大。PLC 应用领域大致可分为以下几个方面：（1）顺序控制：是 PLC 应用最广泛的领域，主要用来替代传统的继电器顺序控制。（2）运动控制：很多 PLC 厂家提供拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模板。大多数情况下，PLC 将描述位置的数据致到模板，模板将一个轴或多个轴的位置移动到目标位置。当每个轴移动时，通过位置控制模板保持适当的速度或加速度，确保运动平衡。（3）过程控制：是指生产过程中温度、压力、流量、液位等条件的闭环控制。（4）数据处理：目前大部分 PLC 都配备了不同数量的数据处理指令，具有算术运算、数据传输、转换、排序、查表等功能，可以对数据进行采集、分析和处理。（5）联网与通讯：现代 PLC 具备联网与通讯功能，可组成 PLC 局域网，形成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，实现 PLC 与 PLC、PLC 与上位机的通讯。电脑或其他数码设备。沟通。二、PLC 最新发展趋势 PLC 的总发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速、易用、高性能的方向发展。(1)产品规模向大、小两个方向发展。大型 PLC 的 I/O 点数可超过 10,000 点。它使用 32 位微处理器，并使用多个 CPU 并行工作。存储容量大、扫描速度快、过程控制和数据处理功能强，可同时进行多任务操作。小型 PLC 由一体式结构发展为小型模块化结构，增加了配置的灵活性，操作使用非常方便。小型 PLC 功能增强，但价格不断下降，真正成为继电器控制系统的替代品。(2)模块化，PLC 的扩展模块发展迅速，明确化、专业化的复杂功能由专用模块完成。主机单元只通过通讯设备向各个模块下达指令和测试状态，进一步增强了 PLC 系统和控制系统。设计进一步简化。(3)联网，计算机与 PLC 之间以及各个 PLC 之间的联网和通讯能力不断增强。使用工业网络可以有效地节约能源，降低成本，提高系统的可靠性和灵活性。知识网络的应用是大势所趋。(4)编程工具丰富多样，功能不断完善，编程语言趋于标准化。(5)工业软件的快速发展与 PLC 硬件系统的发展相适应。工业软件的发展非常迅速。系统应用更加简单易行，极大地方便了 PLC 控制系统的开发人员和操作人员。第三章智能交通监控系统 智能交通监控系统的设计目的 选用西门子先进的小型 PLC 设备 S7-200 作为平台。以交通信号监控系统 为整个设计方案的中心，提出了一个可行的方案。可以有效改善交通问题。可实现路口东西南北通行，通过定时器控制通行和禁止时间。同时可以根据车流量的变化自动调整红绿灯的时长，不会有空车道占用时间。可以最大限度地减少路口车辆停滞现象，有效减少交通拥堵，实现交通管制的优化控制，大大提高交通系统的效率。电子警察捕获系统被添加到控制系统中。通过 24条违法车辆记录，全天候记录，公安交通管理部门可以根据拍摄的违法照片对交通违法人员进行处罚和教育。由此产生的交通事故、堵塞和交通混乱，提高了交通路口的车辆速度，保证了道路畅通。3.2 系统设计方案 整个系统设计分为两部分：一、电子警察监控系统设计 本文通过语言描述的形式，对电子警察监控系统的违法误抓现象进行了简要概述和系统分析，对电子警察监控系统可能出现的各种事故现象和抓捕形式，以及各种技术指标进行了综合分析。警察。阐述和总结。2、交通信号控制系统设计 首先提出了整个方案的控制系统结构图，然后对各部分的功能原理、工作特点和工作过程进行了详细的分析和说明。3.3 系统设计要求 1、可以控制路口东、西、北、南、南的通行，通过定时器控制通行和禁止时间；2、利用 PLC 的相关知识，实现交通高峰低峰通过时间的智能调整；3、在智能交通信号控制系统中，增加了电子警察抓捕违法系统。3.4 系统设计方案分析 根据智能交通监控系统的设计要求，设计思路分析如下：首先，南北向的道路处于禁止状态，东西向的道路处于内容状态。在南北方向的道路上红灯的过程中，南北红灯亮 25s，定时器需要设置25s 的延迟才能切换到下一个状态。，会切换到下一个状态，绿灯闪烁 3s，定时器 3s，下一个状态时黄灯亮，延时 2s，下一个状态时红灯亮上。其次，东西向道路处于禁止状态，南北向道路处于内容状态。具体流程如下：如果不需要智能控制，继续执行此循环；如果需要智能控制，程序会进入智能调节环节。比较东西和南北道路上的车辆保留情况。如果比较的结果是东西路是空的，那么检查南北是否是空的。如果为空，则判断系统是否需要智能控制链路；若南北不为空，则南北为空。绿灯释放，直到恢复正常；如果该事物不是空车道，则该事物以绿灯释放，直到它恢复正常运行。等等。3.5 设计流程图 智能交通监控系统设计流程图如下图 3-1 所示 智能交通监控系统 电子警察监控系统 交通监控系统 第四章智能交通监控系统设计 4.1 电子警察监控系统设计 4.1.1 系统概述 在城市交通路口安装电子警察，24 小时记录机动车闯红灯。公安交通管理部门可以根据拍摄的违章照片对交通违法者进行处罚和教育，可以大大提高机动车驾驶人的意识，增强安全意识，减少因闯红灯违法行为造成的交通事故、拥堵和交通事故。.混乱，提高交通路口车辆的速度，确保道路畅通。机动车闯红灯自动监控记录系统采用稳定可靠的地感线圈检测技术，成功捕捉各类违章闯红灯车辆。，并存储在大容量工控机中：拍摄的车号清晰可见，闯红灯过程记录无可争议，可为判断交通事故提供可靠依据。4.1.2 系统分析 根据地理位置、环境和气候，更适合采用地感线圈的检测方式，以取得更稳定可靠的检测结果和数据。此外，根据公安部门对复杂路况的监控管理要求，以及肇事逃逸、违法案件的办理需要，应当采取录像取证、侦查等方式，更有效地惩治和预防交叉路口的交通违法行为。系统建设充分考虑采用先进成熟的技术，既保证了系统的实用成熟，又能适应未来业务发展和技术更新要求。系统应具有良好的可扩展性、可移植性和兼容性。系统设计方案充分利用现有信息化建设成果和路口资源，预留扩展接口。平台采用开放式设计，可配置多种数据传输接口，并提供标准接口，满足更多用户共享信息和其他系统协同工作的需求。可以对驾驶车辆闯红灯等违法行为进行抓拍和拍照，形成的证据应包括违法时间、行车方向、违法地点、违法类型、车辆类型、车牌号、车牌颜色等。系统拍摄形成的图像文件必须是标准格式并形成标准库文件，压缩后的图像大小必须与现有非法处理系统的数据格式大小一致。系统功能全面、完善、安全、稳定、可靠。各监控点录像形成的视频文件，在前端工控机中的存储时间至少为 3 天。在项目设计中，充分考虑未来发展需求，基于现有系统容量和对未来发展的科学预测，确保系统具备可持续维护和扩展能力。对恶意攻击有抵抗力。抵制任何入侵系统的企图，抵制从系统中获取敏 感数据和信息的能力。保证数据和照片的安全性、保密性、完整性、一致性和兼容性。系统可动态调整视频识别参数以适应室外环境的各种变化，始终确保系统以最高精度运行。异常故障发生后，系统可以恢复正常工作状态。不崩溃。系统操作简便，人机界面友好，操作、管理、维护方便。使用外部监控设备监控系统。如果系统死机，可以自动重启，保证系统稳定正常运行。4.1.3 前端抓包子系统技术细节 序列号 功能说明 评论 1 电子警察系统可以捕捉四路4-16车道闯红灯的车辆，并在后台读取非法车辆的车牌。2 当路口断电或遇到其他故障（如死机、程序错误等）时，会自动重启。3 抓拍到的路口图片可以自动上传到指定服务器（需要网络支持），并具有断点续传功能。还可以自动复制到指定的移动接入设备，方便路口图片的检索和处理。4 它可以实时记录整个违规过程，提供四张图片，一张是车辆牌照的特写，另外三张是车辆闯红灯全过程的回放，可以清晰反映车辆闯红灯的全过程（包括停车线、车辆及红灯状态）。符合公安部相关要求 5 系统拍摄的图片为标准 JPG 格式，分辨率为768*576，32 位真彩色。6 管理大量违章车辆信息，包括车辆编号、车型、违章时间、违章地点等。7 它可以放大和缩小图像的任何部分，并具有强大的图像增强功能，可以使一些肉眼难以识别的车辆变得清晰可辨。8 可以根据车号、违法时间、违法地点等查询违法车辆，浏览、修改、删除违法车辆信息，进行事故回放。9 您可以打印违规处罚通知和违规确认。用户可以根据自己的实际需要进行修改（包括所有的输出报告格式和内容）。各个路口的违法信息可以全方面统计，供相关部 一、电子警察的基本功能见表 4-1 2、系统扩展的优势见表 4-2 表 4-1 电子警察基本功能表 表 4-2 电子警察监控系统扩展优点 功能说明 功能与优势 同道连拍 可以连续捕捉在同一车道上闯红灯的车辆的连续快照。这样你就不会错过那条车道上的任何闯红灯的人。同时捕获多个通道 可以同时对多条车道闯红灯的车辆进行拍照，并发速度快，不会漏掉任意车道闯红灯的车辆。多级灵敏度 通过调节灵敏度，可以捕捉到所有正常行驶的机动车（包括摩托车），同时，通过调整灵敏度来判断是否要抓拍摩托车、三轮车、自行车特种车辆管理 独有的专用车辆管理功能。特种车辆的特殊管理办法，即只记录，不处罚。双线圈防逆行 真正使用双线圈可以减少倒车、转压线圈等的误射，最大程度地消除干扰，降低误射率，提高抓拍率和效率。交叉路口拍摄功能 捕获所有通过路口的车辆。特殊需要时供相关部门核对取证 路口录音功能 该系统可以记录每条车道和路口的 24 小时全景。在十字路口肇事逃逸、交通事故、刑事侦查等方面起到调查取证作用。车辆超速抓拍功能 该系统可以测量路口所有过往车辆的速度，并对超速车辆进行抓拍和取证，起到安全检查站的作用。流量统计功能 系统可按月、周、日、时段进行流量统计。可供交管部门根据统计数据科学调整执勤警员人数和信号灯相位时间。三、技术指标(1)电子警察系统 抓获非法车辆尾板概率98%；CCD 摄像头，图像采用 CCTR 标准（540 视频线，25 场/秒）分辨率为 768X576（像素）；照度范围 0.1108 Lux；每辆违章车辆拍摄 4 张（3 张远景和 1 张近景）图像，图像清晰；图像传输方式：电话拨号、光缆传输、移动硬盘等；背景具有放大、增强和去模糊功能；响应时间20，则南北方向繁忙，东西方向平均。南北直行绿灯时间、南北左转绿灯时间、东西红灯时间较长。如果 Z1-Z2-20，则东西方向繁忙，南北方向平均。东西直行的绿灯时间、东西左转的绿灯时间、南北方向的红灯时间增加。-20=Z1-Z2=20，设置为总则情况，控制灯正常闪烁。4.2.3 信号转换装置 感应信号的工作原理是基于振荡电路的电路原理。信号转换装置由基于电磁感应原理的信号转换电路组成。)、电阻、电容等元件，信号置换装置的电路原理图如图 4-4 所示，分析如下：图 4-4 信号装置转换原理图 U1 和 U2 共同构成一个共发射极振荡器，电阻 R3 为两个三极管的共发射极电阻，构成正反馈，接地感应线圈 T 作为探测器谐振电路中的电感元件，与三极管共同构成 LC 振荡器电路谐振。当车辆经过时，由于空气介质的变化，振荡频率发生变化（车辆经过时频率增加），这会增加线圈中单位电流产生的磁通量，导致线圈的微小变化线圈的电感值，进而改变 LC 谐振的频率，这个频率的变化作为车辆通过接地线圈路时的输入信号，然后这个信号通过 R7和组成的 LC 滤波电路 C3 输出稳定的直流电压，输入 PLC 系统。.4.2.4 正常运行模块框图及分析 正常情况下，每个时间段每个路口的车流量基本一致，每个信号灯按照程序设定的固定时间运行；当某个路口的车流量发生变化，检测到路口车辆滞留量达到设定值时，自动运行。调用交通流信号智能处理子程序；当某个路口发生紧急情况，有人要紧急通过时，在路口按下紧急按钮，程序自动调用紧急按钮信号子程序；子程序完成后，主程序自动返回，继续检索各种运行条件和参数状态，程序控制框图如图 4-5 所示：运行程序 南直行/转弯 北直行/转弯 南直行/北直行 东直行/转弯 西直行/转弯 紧急按钮信号信号智能处理 图 4-5 程序框图 4.2.5 交通流信号智能处理模块及分析 如果车道的绿灯亮了 20s，没有检测到可以通过：说明没有车辆等待通过。如果其他三个路口没有车辆，则维持原来的正常通行时间；如果其他三个路口只有一个路口有车，则该路口的绿灯通行时间将立即结束，有车的路口“让路”。绿 灯 通 行时间 车辆数 n 正常时间 延时 T1 20S 延时 T2 40S 延时 T3 60S 5060S 5060S 5060S 4050S 4050S 040S 040S 20S 0 停 10 10 5n10 n10 0n5 5n10 n10 其他路口无车 延时至其他路口有车 图 4-6 车流量信号处理模块 当车道绿灯亮 40s 后，检测到该车道有车辆“堆积”，说明有车辆等待超车，需要决定是控制正常通行时间还是控制正常通行时间。根据实际车辆数量延迟通行时间。延迟越多，延迟时间越长；同时，考虑其他路口车辆的等待状态，是适当延迟还是无限延迟。延迟时间段的分割数及其具体延迟时间根据每个路口的状态设置。具体情况如图 4-6 所示：4.2.6 红绿灯智能控制框图 开始 5