PLC的智能交通灯控制系统设计说明书.pdf

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1、 -1-毕业设计有关说明 一、设计思路 正常时序时：交通灯控制系统的控制要求如下 1.一个启动开关控制信号，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。倘若要所有信号灯熄灭，则关闭启动开关。2.南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮则信号系统应该停止运行，并报警。3.南北红灯亮维持 25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，东西绿灯持续亮 20S。到 20S 时，东西绿灯闪烁 3S，之后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮 2S 后熄灭。到 2S 时，当东西黄灯熄时，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。4.东西红灯亮维持 30S。南北绿灯亮 25S。然后南北绿灯闪烁

2、3S，熄灭。同时在南北绿灯熄灭的时候，南北黄灯亮 2S 后熄灭，这时南北红灯，东西绿灯。5.周而复始。而本设计的设计思路是通过比较南北车道和东西车道的车流量来控制交通灯的读秒时间，使得车流量大的车道读秒时间尽量长一些，而车流量小的车道则等待时间稍微长一些。以此来缓解交通的压力，也可以合理的利用交通资源。设计思路的流程图如下：当启动开关打开时，南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，在南北方向的绿灯和东西方向的红灯亮的过程中，东西南北各个方向的计数器持续计数。30s 后将南北方向的计数器读数相加得到数据 N1，东西方向的计数器读数相加得到数据D1，将南北方向的数据 N1 和东西方向的数据 D1，进行比较

3、倘若 N1D1，则南北方向的绿灯继续持续 30s，东西方向的红灯继续持续 30s，这一过程中计数器在上一个 30s 的基础上持续累加。30s 后，南北方向的计数器读数相加得到数据N2，东西方向的计数器读数相加得到读数 D2，将南北方向的数据 N2 与东西方向的数据 D2 经行比较，倘若 N2D2，则南北方向的绿的继续持续 30s 东西方向 的红灯继续持续 30s。30s 后，南北方向的绿灯闪烁 3s，3s 后绿灯变为黄灯，在这一过程中，东西方向依然保持为红灯，且持续时间为 5s。5s 过后，南北方向自动变为红灯，而东西方向自动变为绿灯，且东西南北四个方向的计数器都要清零。东西方向的绿灯持续 3

4、0s，南北方向的红灯持续 30s，且 30s 后将东西方向的车流量与南北方向的车流量进行比较，比较的结果如上，如此循环往复。而且在上面的第一次比较过程中，倘若南北方向的车流量小于东西方向的车流量，-2-南北的车流量小于 东西的车流量 南北的车流量 大于东西的 车流量 南北的车流量小于 东西的出流量 南北的车流量大 于东西的车流 量 图 3-5 设计流程图 开始 南北方向为绿灯，东西方向为红灯，持续 30 秒 比较南北与东西的车流量 南北为绿灯，东西为红灯，持续 30 秒 比较南北与东西的车流量 南北为绿灯，东西为红灯，持续 30 秒 南北的绿灯闪烁 3 秒后变为黄灯，且黄灯持续 2 秒，东西为

5、红灯 南北为红灯，东西为绿灯，计数器清零，并且持续 30秒 循环比较 南北的绿灯闪烁 3 秒后变为黄灯，且黄灯持续 2 秒，东西为红灯 南北为红灯，东西为绿灯，计数器清零，持续 30 秒 循环比较 南北的绿灯闪烁 3 秒后变为黄灯，且黄灯持续 2 秒，东西为红灯 南北为红灯，东西为绿灯，计数器清零，持续 30 秒 循环比较 -3-即 N1D1，则南北方向的绿灯闪烁 3s，3s 后南北方向的绿灯变为黄灯，黄灯持续的时间为 2s，此时东西方向的红灯持续 5s。5s 过后南北方向的黄灯变为红灯，东西方向的红灯变为绿灯，并且东西南北各个方向的计数器清零。30s 之后又继续比较南北方向与东西方向的车流量

6、，比较结果如上，并且循环往复。上面第二次的比较结果和第一次的比较结果相似，依次循环往复。在比较南北方向的车流量与东西方向的车流量的过程中，要保持车流量大的一方通行的时间尽量长一些。但是每一方向的持续通行的总时间也不能长于 95s，每一方向通行的最短时间不因短于 35 秒。并且不管对于那一方向，在有绿灯变为红灯这一过程中，绿灯必须持续闪烁 3s，且黄灯必须持续 2s。倘若绿灯没有变，计数器的读数应该是在前一个 30s 的基础上相加而得来的。绿灯每变为红灯一次，东西南北各个方向的计数器读数应该清一次零。在这里由于时间和技术的限制，没有具体讨论人行道的计数方式，但是南北人行道的通行时间和南北方向车道

7、的通行时间是一致的，相同，东西方向的人行道和东西方向车道的通行时间也具有一致性。实际上，还可以通过计数器来统计各个人行道的人流量来更加精确的计算各个通道的通行时间，但是这里涉及到的计算相当复杂，而且实现的成本也比较高，在此设计中尚不做考虑。基于现在各大城市的车流量越来越大，城市越来越拥堵，再设计中我们还考虑到若能将城市各大路口的车流量数据统一起来，由中央计算机统一分析和调控各个路口的读秒时间，那样缓解交通压力的效果坑定会更加明显。但是这项计划的投资肯定是巨大的，在此仅仅是提及一下思路，希望在以后的市 规划中可以看到。二、硬件设计 1.PLC 型号的选定以及可行性分析 本设计拟采用三菱 FX26

8、4MR001 型 PLC,此型号是 PLC 家族中最先进的PLC 之一。它具有一些显著的特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各个国家不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，因此在选定的过程中，他有着广泛的选定范围。它的各方面参数如下：I/O 总数为 64、输入数目为 32、输出数目为 32、型号为漏型。采用 24V、400mA 直流电源，它优良的快速断开端子块使得接着线缆也可以更换单元，并且它的远程维护功能使得远处的编程软件可通过调制解调器通信来监测、上载和卸载程序和数据。与其他 PLC 相比，本 PLC 价格便宜，功能齐全，除了有着速度、-4-逻辑

9、、定位等优越之处而且还安装简单，维修方便。本设计中的十字路口东西南北四个方向各有一个光点计数器来统计通过车子的辆数，再加上启动开关和停止开关总共需要 6 个输入接口。而东西南北每个方向各有红绿黄灯一个，一起总共有交通信号灯 12 个，也就是需要 12 个输出接口。据此看来，选择三菱 FX264MR001 型 PLC 完全能够满足要求。2.光电计数器与选型 光电计数器是通过光感应器将物理信号转变为电信号进而进行数据统计的一种器械，现在市面上的观点感应器种类繁多，其基本原理如图：图 3-1 光电计数器的基本原理 普通的光电开关在市面上种类繁多，而且价格便宜，基于本设计对于光电计数器的要求较高，要求

10、光电计数器在各种气象条件下均能保持良好的运行状态，并且使用寿命长，无需经常更换。在参考市面上各种光电计数器的性能指标以及相对经济性的情况下，本设计拟采用乐清市柳市普邦接近开关厂生产的NI35-CP40-FZ3X2 型号光电开关，该开关采用最常用的无接触检测解决方案。即接近传感器是电感型的，即通过电磁波，来感应经过传感器检测面附近的金属物体。该铲平采用专用的 IC，抗干扰能力强，并且检测距离是普通产品的 1.5 到 2倍。该产品的抗噪能力强，漏电流为 0.6mA，残留电压 3.5V 以下。图 3-3 NI35-CP40-FZ3X2 型光电开关 3.光电计数器的铺设 通过对路面车流量长期的观测，以

11、及对数据经行分析，最终和小组成员讨论出将光电计数器安装在距离十字路口 30 米出较为合适。通过光电计数器的计数，信号产生 信号采集 信号处理 数字显示 -5-可以统计出在路口为红灯时光电计数器到十字路口交叉口处这一段范围内的车辆数。进而完成对数据的统计工作。十字路口的情况以及光电计数器的铺设状况如图：图 3-4 十字路口光电计数器的铺设情况 4.I/O 地址的分配 图 3-6 I/O 地址的分配 在此设计过程中东西南北每个方向各有红绿黄三个交通信号灯，因此交通信 -6-号灯的总数为 12 个，也就是输出端口必须有 12 个。而东西南北每个方向各有一个光电计数器，加上启动按钮和停止按钮，也就是输

12、入端口必须有 6 个。本设计采用三菱 FX264MR001 型 PLC，如图所示，该接线的输入采用 220V 的交流，而输出则采用 12V 的直流端口分配为：输入设备 输入点接口 输出设备 输出点接口 启动按钮 X0 南北方向绿灯（2 个）Y1 北方计数器输入 X1 南北方向黄灯（2 个）Y2 南方计数器输入 X2 南北方向红灯（2 个）Y3 西方计数器输入 X3 东西方向绿灯（2 个）Y4 东方计数器输入 X4 东西方向黄灯（2 个）Y5 停止按钮 X5 东西方向红灯（2 个）Y6 三、软件设计 1交通灯各种情况的时序分析 根据上面的设计可以知道，每一次当一个方向的绿灯持续 30s，另一个方

13、向的红灯持续 30s 后会经行一次判断，判断的结果有两种，而在经过另一个 30s后会进行另一次判断，判断的结果又有两种。由于第一种情况与第二种情况之间有着递进的关系，因此可以分析出总共的可能情况有三种：1.开始时南北方向为绿灯，东西方向为红灯，经过 30s 后，南北方向绿灯闪烁，再变为黄灯，接着变为红灯，而东西方向则变为绿灯。2.开始时南北方向为绿灯，东西方向为红灯，经过 30s 后，南北方向依然为绿灯，东西方向依然为红灯；再经过 30s 后，南北方向的绿灯开始闪烁，接着变为黄灯，在变为红灯，而东西方向则变为绿灯。3.开始时南北方向为绿灯，东西方向为红灯，进过 30s 后，南北方向依然为绿灯，

14、东西方向依然为红灯；在经过 30s 后，南北方向还是绿灯，东西方向还是红灯；在经过第三个 30s 后，南北方向的绿灯开始闪烁，接着变为黄灯，再变为红灯，而东西方向则由红灯变为绿灯。-7-如此分析下来，这三次情况之间有着高度的相似性，且每一次情况与上一次之间有着一定的联系，程序循环执行，根据不同的比较结果可以对交通灯读秒时间进行智能的控制，有效的控制十字路口的车流量。现就第二种情况对交通灯经行时序分析，分析结果如下：图 3-7 各交通灯路口的时序情况 2 主程序的设计 在主程序的设计过程中，由于要用到各种计时器，计数器，输入及输出继电器，辅助继电器，寄存器等，因此提前将可能用到的原件符号以及其所

15、对应的意义先给出：X0 启动按钮 X1 北方输入 X2 南方输入 X3 西方输入 X4 东方输入 X5 停止按钮 Y1 南北方向绿灯 Y2 南北方向黄灯 Y3 南北方向红灯 Y4 东西方向绿灯 Y5 东西方向黄灯 Y6 东西方向红灯 M100 启动记忆辅助继电器 M10、M11、M12 比较辅助继电器 M20、M21、M22 比较辅助继电器 T0 南北红灯定时 T1 东西红灯定时 T2 东西绿灯平光 T3 东西绿灯闪烁 T4 东西黄灯定时 T5 南北绿灯平光 T6 南北绿灯闪烁 T7 南北黄灯定时 -8-具体的程序设计图如下：图 3-8 梯形图 图 3-9 梯形图 -9-图 3-10 梯形图 图 3-11 梯形图 图 3-12 梯形图 -10-图 3-13 梯形图 图 3-14 梯形图 图 3-15 梯形图 -11-图 3-16 梯形图 图 3-17 梯形图 图 3-18 梯形图 -12-图 3-19 梯形图 图 3-20 梯形图 3.运行与调试 本系统第一次在三菱软件编程系统中模拟运行时，没有达到预期设计的效果。但是经过我们小组的讨论与分析之后，将数据与程序结构做出了适当的调整。调整之后再次运行时，本系统基本上能够模拟十字路口交通灯的运行状态，在输入十字路口车流量的模拟信号后，系统能够做出预期设计的反映。能够根据十字路口的车流量情况适当的调整交通信号灯的读秒时间。