毕业设计交通灯视频记录仪的设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流毕业设计交通灯视频记录仪的设计.精品文档.学 科 类：工科 学 号:110701050110学校代码：12795 密 级：公开2015届本科生毕业论文交通灯控制视频记录仪的设计院 系： 电子与信息学院 专 业： 电子信息工程 姓 名： 何锦锋 指导教师： 姚俊 答辩日期： 二一四年五月毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文交通灯控制视频记录仪的设计是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。作 者 签 名： 指导教师签

2、名： 年 月 日摘要智能交通监控系统是目前研究的一个热点课题，而且取得了不少的成果，在少数先进国家已采用智能方式来控制交通信号。为了实现交通道路的有效管理，力求交通管理先进性和科学化,本文采用车流量传感器检测车辆的存在与通过,并把这一信号转化为标准脉冲信号,作为可编程控制器的控制输入，采用PLC计数，按一定控制规律自动调整红绿灯的时长；设计定时器在上、下班高峰期增加绿灯放行时间以及合理应用电子警察对各个路口违章、肇事事故进行监控和记录等。关键词：PLC 智能交通监控 车流量传感器 电子警察Abstract Intelligent transportation monitoring system

3、 is a hotspot in the research of the current project, and made a lot of achievements, in a few countries have adopted advanced intelligent way to control traffic signals.In order to realize the effective management of traffic, and strive to advanced and scientific traffic management, this paper adop

4、ts the flow sensors to detect the existence of vehicles and through, and to convert the signal into standard pulse signal, as PLC control input, adopting PLC count, according to a certain control rule automatically adjust the length of traffic lights; Design timer in rush hours, increasing the green

5、 light time and reasonable application of road intersections electronic police violate the rules and regulations, accident accident monitoring and recording, etc.KEY WORD：PLC Intelligent transportation monitoring Flow sensor Electronic police目录第一章 绪言1第一节 课题的背景及其意义1第二节 课题研究的内容及要求2第二章 智能交通监控系统4第一节 智能交

6、通监控系统的设计目的4第二节 系统设计方案4第三节 系统的设计要求4第四节 系统的设计方案分析5第五节 设计流程图5第三章 智能交通监控系统的设计7第一节 电子警察监控系统的设计7一、系统概述7二、系统分析7三、前段抓拍子系统技术详解8第二节 交通信号控制系统的设计11一、交通灯控制系统结构图11二、车辆滞留检测系统12三、信号转换装置14四、正常运行模块程序框图及分析14五、车流量信号智能处理模块及分析15六、交通灯智能控制程序框图17结论19致谢20参考文献21第一章 绪言第一节 课题的背景及其意义1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对

7、绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。在汽车产业蓬勃发展的背后，随之而来交通问题也越来越多，如交通堵塞和交通事故时常发生，这不但给人们的生命和财产造成了威胁，同时还制约着国民经济的发展。为了缓解交通的负荷量，使车辆运行畅通无阻，交通事业整严有序，我国引进了与国情相符合的国外先进的控制体系，多车道交通灯控制系统，不但解决以往交通控制系统

8、的局限性，同时还加快了车流量速度。并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，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行， 黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行，红灯亮时，禁止车辆通行。城市的现状随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已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、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况。因此，自80年代后期，这些城

9、市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题。智能控制交通系统是目前研究的方向，也已经取得不少成果，在少数几个先进国家已采用智能方式来控制交通信号。第二节 课题研究的内容及要求在十字路口设置交

10、通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的

11、交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，需要一种新型的控制方法才能较好地解决这个问题。智能交通系统（ITSIntelligent Transport Systems）ITS 是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是：将先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息与通讯技术及电子传感技术等有效的集成，并应用于整个地面交

12、通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。交通控制系统是ITS研究的一个重要方面。由于交通系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性，是一个典型的分布式非线性系统，而且具有多种信息来源、多种传感器的特点，用传统的理论与方法很难对其进行有效的控制。把先进的智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术与交通管理技术结合起来，代表着城市交通信号控制系统发展的方向。智能交通的发展是现代社会经济发展的客观要求，交通运输是国民经济和现代社会发展的基础。由于现代社会城市化速度越来越快、国民经济的高速增长、全球经济的一体化进程加快、个人旅行与休闲时间的不断增加以及

13、人们对交通需求越来越高，智能交通便成为现代社会经济发展的客观要求，又由于PLC技术相较于单片机技术和继电器技术有如下优点：功能强、性价比高、硬件配备齐全、易操作、适应性强、可靠性高、编程调试简单、体积小、能耗小、维修方便等等。所以课题选用先进的西门子公司的小型PLC设备S7-200作平台。以交通信号监控系统为整套设计方案的中心，提出一套可行性方案。其中具体包括：1能控制十字路口东西南北的通行，通过定时器控制通行和禁止通行的时间；2利用PLC的相关知识实现交通高峰低峰的通行时间的智能调整；3在智能交通信号控制系统中加入电子警察抓拍违章系统。第二章 智能交通监控系统第一节 智能交通监控系统的设计目

14、的选用先进的西门子公司的小型PLC设备S7-200作平台。以交通信号监控系统为整套设计方案的中心，提出一套可行性方案。能够有效的改善交通问题，在实现十字路口东西南北的通行，通过定时器控制通行和禁止通行的时间的同时，能够根据车流量的变化自动调整红绿灯的时间长度，不会出现空道占时的情形，最大限度的减少十字路口的车辆滞留现象，有效地缓减交通拥挤，实现交通控制的最优控制，大大的提高了交通系统的效率，在控制系统中加入电子警察抓拍违章系统，通过24小时全天候对违法肇事车辆进行记录，公安交通管理部门将拍摄的违法照片作为依据可以对交通违法者进行处罚和教育，能够大大提高机动车驾驶员的自觉性，增强安全意识，减少因

15、违法行为而造成的交通事故、堵塞和交通混乱，提高交通路口的车辆通行速度，保证道路畅通。第二节 系统设计方案系统总体设计分为两部分：1.电子警察监控系统的设计通过语言描述的形式，对电子警察监控系统抓拍违规肇事等现象进行了简单的概述和系统的分析，对各种有可能出现的事故现象和抓拍形式以及电子警察的各项技术指标做了全面的阐述和概括。2.交通信号控制系统的设计首先提出整个方案的控制系统结构图，然后对每个部分功能原理，工作特点以及工作过程做具体的分析和说明。第三节 系统的设计要求1能控制十字路口东西南北的通行，通过定时器控制通行和禁止通行的时间；2利用PLC的相关知识实现交通高峰低峰的通行时间的智能调整；3

16、在智能交通信号控制系统中加入电子警察抓拍违章系统。第四节 系统的设计方案分析按照智能交通监控系统设计要求，设计思想分析如下：首先南北方向道路处于禁止通行状态，东西道路处于允许通行状态。南北方向道路亮红灯状态过程中，南北红灯亮25s，需计时器设定延时25s，才会转入下一状态南北绿灯亮；同时东西绿灯亮20s，需计时器设定延时20s，才会转入下一状态东西绿灯闪3s，计时3s，转入下一状态东西黄灯亮，延时2s，转入下一状态东西红灯亮。其次东西方向道路处于禁止通行状态，南北道路处于允许通行状态，具体过程如上：如果不需要智能控制，则继续执行此循环，如果需要智能控制，程序则进入智能调节环节。比较东西、南北道

17、路的车辆滞留量，若比较结果是即东西空道，再看南北是否为空道，如果是空道，然后再判断系统是否需要智能控制环节；如果南北不是空道，则南北绿灯放行，直到恢复正常；如果东西不是空道，则东西绿灯放行，直至恢复正常运行。如此循环下去。第五节 设计流程图智能交通监控系统的设计流程图如下图2.1所示。图2.1 设计流程图示第三章 智能交通监控系统的设计第一节 电子警察监控系统的设计一、系统概述电子警察安装于城市交通路口，24小时全天候对违法闯红灯的机动车辆进行记录。公安交通管理部门将拍摄的违法照片作为依据可以对交通违法者进行处罚和教育，可以大大提高机动车驾驶员的自觉性，增强安全意识，减少因闯红灯违法行为而造成

18、的交通事故、堵塞和交通混乱，提高交通路口的车辆通行速度，保证道路畅通。机动车闯红灯自动监测记录系统采用稳定可靠的地感线圈检测技术，成功的抓捕各种闯红灯违法车辆，该系统可24小时全天候自动抓拍违法车辆，有效捕捉闯红灯车辆，自动记录违法车辆闯红灯全过程，并存储在大容量的工业计算机内：拍摄的车辆号码清晰可见，闯红灯过程记录毫无争议，可为处理交通事故判断提供可靠的依据二、系统分析根据地理位置、环境和气候，更宜采用地感线圈的检测方式以求达到更加稳定可靠的检测效果和数据。另根据公安部门对复杂路况的监测管理要求，以及对肇事逃逸、违法案件的处理需求，应采用视频拍摄方式进行录像取证和排查，以求更加有力的对路口进

19、行违章处罚和治安防范。 系统建设充分考虑采用先进而成熟的技术，既保证系统实用成熟，又能够适应未来的业务发展和技术的更新要求。 系统应具备良好的扩充性、可移植性和兼容性，系统设计方案充分利用现有的信息化建设成果和路口资源，并预留扩展接口。 平台采用开放性设计，可配置多种数据传输接口，对外提供标准的接口，以满足更多用户共享信息和其他系统协同工作的要求。 能够对行驶车辆的闯红灯等违法行为进行抓拍，形成的证据资料应包括违法时间、行车方向、违法地点、违法类型、车辆类型、车牌号码、车牌颜色等内容。 系统拍摄所形成的图片文件必须为标准格式、并组成标准的库文件，压宿图片大小必须与现有的违法处理系统数据格式大小

20、保持一致性。 系统功能全面、完善、安全、稳定而可靠。 对于每个监控点录像所形成的视频文件，在前端工控机保存时间为至少3天。 在进行工程的设计中充分考虑到未来的发展需求，以目前的系统容量为基础，对未来发展的科学预测为依据，保证系统具可持续维护和扩展的能力。 有抵抗恶性攻击。抵抗任何侵入系统的企图和抵抗企图从系统中获取敏感数据和信息的能力，具有一定的防暴力破坏和防窃取信息的能力。保证数据和照片的安全性、保密性、完整性、一致性和相容性。系统能够动态调整视频识别参数，以适应户外环境的各种变化，始终保证系统工作在最高精度。异常故障发生后系统能够恢复到正常工作状态。不死机。 系统易于常握，人机界面友好，容

21、易操作、管理和维护。 使用外部监控设备监控系统。如系统死机，能自动重启保证系统稳定正常工作。三、前段抓拍子系统技术详解1.电子警察实现基本功能表如表3.1。表3.1 电子警察基本功能序号功能描述备注1电子警察系统可捕获四向416车道闯红灯车辆，在后台读取违章车辆号牌。 2路口断电或遇其它故障（如死机、程序错误等）自动重启。3 路口抓拍图片可以自动上传到指定的服务器（需网络支持）且具备断点续传功能。也可以自动复制到指定的移动存取设备中，方便路口图片的取回处理。 4可以实时记录整个违章过程，提供四张图片，一张车辆车牌特写，另三张为车辆闯红灯的整个过程回放，能清晰反映车辆闯红灯的全过程（包括停车线，

22、车辆和红灯状态）。 符合公安部相关要求5系统拍摄图片为标准JPG格式，分辨率可达768*576，32位真彩色6管理大量违章车辆信息，包括车辆号码、车型、违章时间、违章地点等。7可对图像任意部分进行放大、缩小并具有强大的图像增强功能，可将某些肉眼难以识别的车辆变得清晰可辨。8可按车辆号码、违章时间、违章地点等查询违章车辆，并浏览、修改、删除违章车辆信息，进行事故回放。9可打印违章处罚通知单、违法确认书。用户可根据自身实际需求进行修改（所括所有输出报表格式、内容）。 10可对各路口的违法信息进行各方面的统计，供有关部门做出相应的措施。如：按时期、车型、路口等方式统计辖区内的车辆违法信息，并可以打印

23、输出报表。 11完善的用户权限管理功能。12完善的系统日志功能，系统对所有合法用户的重要操作在后台进行一一记录，供管理员调用查看。13后台软件可进行日常交警手抄罚单电子化管理、可处理卡口、流动电子警察等违法图片，进行综合管理。2.系统扩展优点如表3.2所示。表3.2 电子警察监控系统扩展优点功能描述作用及优点同一车道连拍可对同一车道连续的闯红灯车辆进行连续抓拍。这样可以不漏掉该车道的任何一辆闯红灯车。多车道同时抓拍可以同时在多个车道上闯红灯的车进行抓拍，并发速度快，这样可以不漏掉任何一个车道的闯红灯车辆 多级灵灵敏度通 通过调节灵敏度可以抓拍正常行驶下的所有机动车(含摩托车)，同时也可通过调节

24、灵敏度来决定是否抓拍摩托车、人力三轮车，自行车等。 特殊车辆管理独有特殊车辆管理功能。对特殊车辆进行特殊管理方式，即只记录，不处罚。双线圈防逆行 真正使用双线圈工作，能减少对逆向行驶、转弯压线圈等的误拍，最大限度的排除干扰，降低误拍率从而提高抓拍率及有效率。路口过车拍功能将所有经过路口的车辆都进行抓拍。供相关部门在特殊需要时进行查看取证 路口录像功能系统可对每个车道和路口全景进行24小时录像。对路口车辆肇事逃逸，交通事故、刑事案件调查起到排查和取证的作用。车辆超速抓拍功能系统可对路口所有过经过车辆进行测速，对超速的车辆可以进行抓拍取证，起到治安卡口的作用。 车流量统计功能系统可按月、按星期、按

25、日、按时段进行车流量统计。可供交管部门根据统计数据对上路执勤民警数量及信号灯相位时间进行科学的调整。 3.技术指标(1)电子警察系统 抓拍违章车辆尾牌概率98%； CCD摄像机，图像采用CCTR标准（540视频线、25场/秒）分辨率为768X576（像素）；照度范围为 0.1108 Lux； 每辆违章车抓拍四幅图像（三幅远景、一幅近景）且图像清晰； 图像传输方式：电话拨号、光缆传输、活动硬盘等； 后台具有放大缩小，增强和去模糊功能； 响应时间20，则南北方向繁忙，东西一般，南北直行绿灯时长、南北左转绿灯时长、东西红灯时长加长。Z1-Z2-20，则东西方向繁忙，南北一般，东西直行绿灯时长、东西左

26、转绿灯时长、南北红灯时长加长。-20=Z1-Z2=20，则设为一般情况，控制灯正常闪亮。三、信号转换装置电感信号的工作原理基于振荡电路电路原理，信号转换装置是由一种基于电磁感应原理的信号装换线路构成，该转换电路是有两只三极管组成共射极振荡器和地感线圈（电感原件）、电阻、电容等元件组成，信号装换装置的电路原理图如图3.4及分析如下:图3.4 信号装置转换原理图U1和U2共组成了共射极振荡器，电阻R3是两只三极管的公共射极电阻，并构成正反馈，地感线圈T作为检测器谐振电路中的一个电感元件，与振荡电路一起形成LC谐振。当有车辆通过时，由于空气介质发生变化引起了振荡频率的变化（有车辆经过是频率升高），将

27、会使线圈中单位电流产生的磁通量增加，从而导致线圈电感值发生微小变化，进而改变LC谐振的频率，这个频率的变化作为有车辆经过地感线圈路面时的输入信号，再将此信号通过由R7和C3组成的LC滤波电路，输出稳定的直流电压，此电压可以输入到PLC系统。四、正常运行模块程序框图及分析正常情况下各个路口的各个时间段的车流量基本相等，各个信号灯按照程序所设定的固定时间运行；当某路口的车流量发生变化，检测到路口的车辆滞留量达到设定值时，自动调用车流量信号智能处理子程序；当某个路口发生紧急事件，人要紧急通过时，按下该路口的紧急按钮，程序自动调用紧急按钮信号子程序；这行完子程序后，主程序自动返回继续检索各种运行条件和

28、参数状态，程序控制框图如图3.5：图3.5 程序框图五、车流量信号智能处理模块及分析图3.6 车流量信号处理模块若该车道的绿灯已经亮了 20s,任没有检测到有车辆通过时：表示无车辆等待通过，若其他三个路口也无车，则维持原正常通行时间；若其他三个路口只有一个路口有车，则立刻结束该路口的绿灯通行时间，给有车的路口“让道”。当该车道的绿灯已经亮了40S,检测到有车辆“累积”在此车道上,表示有车辆等待通过，则要根据实际的车辆数决定是按正常的通行时间控制，还是延迟通行时间，车辆越多延迟时间越长；同时考虑其他路口的车辆等待状态，是适当延迟，还是无限延迟。延迟时间段的划分数量及其具体延迟时间根据个十字路口的

29、状态进行设定。具体情况如图3.6所示：六、交通灯智能控制程序框图图3.7 交通能智能控制框图运行过程分析如图3.7：为了车辆的数据采集，红绿灯先按一般规律进行一个周期南北方向道路红灯亮25s，东西方向道路依次进行绿灯亮20s、东西方向绿灯闪3s、东西方向黄灯亮2s,然后转入下一个环节，东西方向红灯亮25s，南北方向绿灯亮20s，南北方向绿灯闪3s，南北方向红灯亮2s；1.如果不进行智能控制，系统自动循环上面过程；2.如果进行智能控制，数据采集进行东西、南北方向车辆滞留量；（1）东西方向不是空道，南北红灯亮，东西方向经历绿灯亮、绿灯闪3s、黄灯亮2s；东西方向是空道，进行南北方向车辆滞留量计算。

30、（2）南北方向不是空道，东西红灯亮，南北方向经历绿灯亮、绿灯闪3s、黄灯亮2s；南北方向是空道，返回判断是否需要智能控制环节，然后循环下去。 结论智能交通监控系统的设计，不仅融合了普通的交通灯控制系统和传感器探测系统，还增加了电子警察这一先进的监控装置。在整个设计过程中培养了我综合应用能力，使我能够引用所学基础理论课、技术基础课和专业课的知识和实践技能去分析和解决实际工作中的一般工程技术问题，能够建立正确的设计思想，掌握PLC控制系统的原理，以及智能交通系统控制的具体流程与内容，同时也提高了我的逻辑思维能力和独立分析和解决问题的能力。在不断地努力下，我的毕业设计终于完成了。没有做毕业设计以前觉

31、得它只是对大学三年所学知识的一个总结阶段，尤其是对PLC这门课程的综合应用。但是做了毕业设计以后才发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对我们所学知识的一个检验，更是对自己能力的一个提高。通过这次毕业设计我明白了学习是一个长期累积的过程，在以后的工作、学习中都应该继续努力学习，开阔眼见，提高知识水平和综合素质，能够为祖国的繁荣昌盛奉献自己。致谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了,这次设计花费了较长时间，期间经历多次修改，这次设计，虽然困难重重可是在同学们的大力支持和我的指导老师的精心指导下克服了重重困难终于完成了这

32、次艰难的探索之旅。本次设计能够顺利完成，首先要感谢我的指导老师，他的一丝不苟的做事理念和治学严谨的工作态度让我受益匪浅，感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。没有你们的支持，我不可能如此顺利的完成此次设计项目，在此我向你们表示衷心的谢意，祝：工作顺利、万事如意！最后，感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师、教授，谢谢您们！参考文献1 王玉忠：电气控制及PLC应用技术，河南科学技术出版社，2006年9月，第15-18页。2 王兆明、云建军：电气控制与PLC技

33、术，清华大学出版社，2005年2月，第37-39页。3 廖常初：PLC基础及应用，机械工业出版社，2010年1月，第63-64页。4 王再英、韩养社、高虎贤：楼与自动化系统原理与应用，电子工业出版社，2005年1 月，第52-55页。5 陈建明：电气控制与PLC应用，电子工业出版社，2006年8月，第42-45页。6 廖常初：S7-200 PLC基础教程，机械工业出版社，2006年1月，第25-26页。7 邹万珍：PLC分析与设计应用，电子工业出版社，2004年8月，第72-75页。8 邹金慧：可编程控制器及其应用，重庆大学出版社，2002年1月，第23-26页。9 王兆义：小型可编程控制器使用技术，机械工业出版社，2004年3月，第45-47页。10 齐向东、徐志强：交通信号灯智能控制与实现，太原科技大学学报，2005年7月，第34-35页。11 吴建强：可编程控制器原理及其应用，高等教育出版社，2004年7月，第9-12页。12 陈大钦、杨华：模拟电子技术基础，高等教育出版社，2000年11月，第42-44页。 13 唐文彦：传感器，机械工业出版社，2006年7月，第22-24页。