基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要

第一篇：基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要

毕业设计题目: 交通灯毕业论文 系别:电气与信息工程学院 专业 : 电气自动化 班级:电气自动化10-01 姓名: 指导教师: 【摘要】: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PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。随着科技的发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的作用更加突出

1.1交通信号灯的作用和意义

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中最重要的组成部分。

随着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,这些城市纷纷修建城市高速公路,在高速公路建设完成的初期,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和普通道路耦合出交通状况的制约。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,城区与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亟待解决的主要问题, 根据交通等工艺控制要求和特点,我们采用了日本三菱公司FX2N_48MR。三菱PLC 有小型化,高速度,高性能等特点,三菱可编程控制器指令丰富,可以接各种输入,输出扩充设备,有丰富的特殊扩展设备,其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的,能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程控制器(PLC对十字路口交通控制等实现控制。本系统采用PLC是基于以下四个原因:(1PLC具有很高的可靠性,抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在30万小时以上;(2系统设计周期短,维护方便,改造容易,功能完善,实用性强;(3干扰能力强,具有硬件故障的自我检查功能,目前空中各种电磁干扰日益严重,为了保证交通控制的可靠稳定,我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC;(4近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高,是的实际应用成为可能。【关键词】:PLC可编程控制器、交通型号灯、可靠性高。【目录】: 关键词(01 第1章交通信号控制系统(02 1.1十字路口交通灯控制实际情况(04 1.1.1南北向(列和东西向(行主干道(04

1.1.2南北向和东西向人行道(04 1.2结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验(04 1.2.1南北向(列和东西向(行主干道(04 1.2.2南北向和东西向行人道(04 1.2.3盲人安全通道控制和手动控制车流量(04 1.3流程图(05 第2章可编程控制器程序设计(07 2.1可编程控制器选择(07 2.2十字路口交通灯模拟控制时序图(07 2.3可编程控制器IO端口分配(10 2.4程序设计(10 第3章总结(13 3.1难点分析(13 3.1.1行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系(13 3.1.2盲人脉冲按键(13 3.1.3手动车流控制按键的控制方式(13 3.1.4交通灯闪亮问题(13 3.2调试错误与修改方法(13 3.3PLC智能化控制交通灯的方法(13

3.4收获与感悟(14 致谢(14 参考文献(14 第1章交通灯信号控制系统 1.1 十字路口交通灯控制实际情况

a.南北主干道:直行绿27S、直行绿闪3S、左转绿10S、左转绿闪3S、黄2S、红45S;b.东西人行道:红45S、绿27S、绿闪3S、红60S;c.东西主干道:红45S、直行绿27S、直行绿闪3S、左转绿10S、左转绿闪3S、黄2S;d.南北人行道:绿27S、绿闪3S、红60S;e.循环控制方式;f.交通灯变化顺序表(单循环周期90秒。1.1.1 南北向(列和东西向(行主干道

南北向(列和东西向(行主干道均设有直行绿灯27S,直行绿灯闪亮3S,左行绿灯10S,左转绿闪3S,黄灯2S和红灯45S。当南北主干道红灯点亮时,东西主干道应依次点亮直行绿灯,直行绿灯闪,左转绿灯,左转绿灯闪亮和黄灯;反之,当东西主干道红灯点亮时,南北主干道依次点亮直行绿灯,直行绿灯闪,左转绿灯,左转绿灯闪亮和黄灯。1.1.2南北向和东西向人行道

南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮,当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也

要对应闪亮,其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮,当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮,其它时间为红灯。

1.2结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验

在PLC交通灯模拟模块中,主干道东西南北每面都有3个控制灯,分别为: ●禁止通行灯(亮时为红色 ●准备禁止通行灯(亮时为黄色 ●直通灯(亮时为绿色

另外行人道东西南北每面都有2个控制灯,分别为: ●禁止通行灯(亮时为红色 ●直通灯(亮时为绿色

结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下: 当交通灯系统启动开关接通时。1.2.1南北向(列和东西向(行主干道

南北向(列和东西向(行主干道均设有绿灯 10S,绿灯闪亮2S(亮0.1 灭0.1,黄灯2S和红灯14S。当南北主干道红灯点亮时,东西住干道应依次点亮绿灯,绿灯闪亮,黄灯,反之,当东西主干道红灯点亮时,南北主干道依次点亮绿灯,绿灯闪,黄灯。

1.2.2南北向和东西向行人道

南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮,当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮,其它时间为红灯。东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点

亮,当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮,其它时间为红灯。

1.2.3盲人安全通道控制和手动控制车流量

除此之外另设两个功能,使用10个脉冲开关。实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量。其中8个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候,按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起,南北向主干道红灯闪亮,延迟10秒恢复原来的控制系统。南北向脉冲开关对应东西向功能相同,另外两个脉冲开可以控制车流量,当东西向主干道等待车量较多的时候,按下东西向控制脉冲开关,东西向主干道延长绿灯点亮时间到15秒。东西向行人道绿灯也要对应延长。南北向脉冲开关对应东西向功能相同。

1.3 流程图 启动开关

东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西黄灯亮 东西红灯亮 东西主干道 10S 2S 2S 14 南北红灯亮 南北绿灯亮 南北绿灯闪 南北黄灯亮 南北主干道 14S 10S 2S 2S 启动开关

南北红灯亮 南北绿灯 南北绿灯闪 14S 10S 4S 东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西红灯亮 10S 4S 14S 东西行人道 南北行人道 结束 结束

交通灯模拟控制系统流程图 启动开关 按下脉冲开关

原来控制循环系统

行人道绿灯点亮,主干道红灯闪亮 结束 Y N 启动开关 按下脉冲开 关

对应方向绿灯点亮时间延长到15秒,另一方向红灯点亮延长到15秒 再次按下启动 开关

按此次控制方式进行循环 原来方式控制系统 结束 Y N Y

N 手动控制车流量流程图 第2章 可编程控制器程序设计 2.1 可编程控制器选择

本次交通灯设计用的是来自OMRON 的CPM1A-30CDR-A 可编程控制器。产品规格:CPM1A CPU 单元CPM1A 在编程环境等方面,它不仅具备了以往的小型PLC 所具有的功能,尽可能使安装空间最小化,并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成。而且还可 连接可编程控制终端,创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜,就是作为小型控制器或在传感器应用中,亦能适应生产现场不同的需求AC 电源输入,继电器输出,能加扩展单元。

2.2 十字路口交通灯模拟控制时序图 启动 行人道绿灯 2S 10S 盲人脉冲按键控制时序图 和此行人道相交叉的主干道红灯 启动 南北红 东西绿

东西红 南北绿 4S 14S 启动

南北红东西绿 东西黄东西红 南北绿南北黄 10S 2 S 2 S 10S 2 S 2 S 14S 10S 2 S 2 S

ON OFF 十字路口主干道交通灯模拟控制时序图 南北红东西绿 东西黄东西红 南北绿南北黄 15 2 S 2 S 10S 2 S 2 S 14S 15 2 S 2 S 东西向绿灯延时时序图 启

动 OFF ON 2.3 可编程控制器I/O 端口分配 启动开关 0000 停止开关

0001 东西主干道绿灯 1000 东西主干道黄灯 1001 东西主干道红灯 1002 南北主干道绿灯 1003 南北主干道黄灯 1004 南北主干道红灯 1005 东西行人道绿灯 1100 东西行人道红灯 1101 南北行人道绿灯

1102 南北行人道红灯 1103 东西向绿灯延迟控制按钮 0004 南北向绿灯延迟控制按钮 0005 东西盲人脉冲按钮

0003 南北盲人脉冲按钮 0002 2.4 程序设计 0 LD 0000 1 OR 20300 2 AND-NOT 0001 3 AND-NOT 20000 4 OUT 20300 LD 20300 6 AND-NOT 20001 7 AND-NOT 20203 8 OUT 20301 PLC 0000 0001 1000 1001 1002 1003 1004 1005 1100 1101 1102 1103 交通灯控制PLC I/O 端口 0002 0003 0004 0005 9 LD 20301 10 OR TIM 005 11 OR TIM 027 12 OR 20000 13 AND-NOT TIM 002 14 AND-NOT 20103 15 AND-NOT 0001 16 OUT 20000 17 TIM 000 #100 18 TIM 001 #120 19 TIM 002 #140 20 LD TIM 002 21 OR 20001 22 OR TIM 018 23 AND-NOT TIM 005 24 AND-NOT 0001 25 AND-NOT 20203 26 OUT 2001 TIM 003 #100 28 TIM 004 #120 29 TIM 005 #140 30 LD 0004 31 OR 20100 32 AND-NOT 0000 33 AND-NOT 0005 34 AND-NOT 0001 35 OUT 20100 36 LD 20100 37 AND 20105 38 OUT 20102 39 LD TIM 005 40 OR TIM 027 41 OUT 20105 42 LD 20102 43 OR 20103 44 AND-NOT 0001 45 AND-NOT TIM 018 46 OUT 20103 47 TIM 016 #150 48 TIM 017 #170 49 TIM 018 #190 50 LD 0005 51 OR 20200 52 AND-NOT 0001 53 AND-NOT 0000 54 AND-NOT 0004 55 OUT 20200 56 LD TIM 002 57 LD TIM 018 58 OUT 20205 59 LD TIM 20200 60 AND 20205 61 OUT 20202 62 LD 20202 63 OR 20203 64 AND-NOT 0001 65 AND-NOT 027 66 OUT 20203 67 TIM 025 #150 68 TIM 026 #170 69 TIM 027 #190 70 LD 20000 71 AND-NOT TIM 000 72 LD 20103 73 AND-NOT TIM 016 74 OR LD 75 AND-NOT 0001 76 OUT 20002 77 LD TIM 000 78 AND-NOT TIM 001 79 LD TIM 016 80 AND-NOT TIM 017 81 OR LD 82 AND-NOT 20004 83 AND-NOT 0001

OUT 20003 85 TIM 006 #002 86 LD TIM 006 87 OR TIM 008 88 OR TIM 010 89 OR TIM 009 90 OR 20004 91 AND-NOT TIM 007 92 AND-NOT 0001 93 OUT 20004 94 TIM 007 #002 95 LD 20002 96 OR 20003 97 AND-NOT 0001 98 AND-NOT 20009 99 OUT 1000 100 LD TIM 001 101 AND-NOT TIM 002 102 LD TIM 017 103 AND-NOT TIM 018 104 OR LD 105 AND-NOT 20009 106 AND-NOT 0001 107 OUT 1001 108 LD 20000 109 AND-NOT TIM 002 110 LD 20103 111 AND-NOT TIM 018 112 OR LD 113 AND-NOT 20009 114 AND-NOT 0001 115 OUT 1103 116 LD20000 117 AND-NOT TIM 002 118 LD 20103 119 AND-NOT TIM 018 120 OR LD 121 AND-NOT 20103 122 AND-NOT 0001 123 OUT 20015 124 LD 20015 125 OR 20014 126 AND-NOT 0001 127 OUT 1005 128 LD 20001 129 AND-NOT TIM 003 130 LD 20203 131 AND-NOT TIM 025 132 OR LD 133 AND-NOT 0001 134 OUT 20005 135 LD TIM 003 136 AND-NOT TIM 004 137 LD TIM025 138 AND-NOT TIM 026 139 OR LD 140 AND-NOT 20004 141 AND-NOT 0001 142 OUT 20006 143 TIM 008 #002 144 LD 20005 145 OR 20006 146 AND-NOT 20013 147 AND-NOT 0001 148 OUT 1003 149 LD TIM 004

AND-NOT TIM 005 151 LD TIM 026 152 AND-NOT TIM 027 153 OR LD 154 AND-NOT 0001 155 AND-NOT 20013 156 OUT 1101 157 LD 20001 158 AND-NOT TIM 005 159 LD 20203 160 AND-NOT TIM 027 161 OR LD 162 AND-NOT 20013 163 AND-NOT 0001 164 OUT 1101 165 LD 20001 166 AND-NOT TIM 005 167 LD 20203 168 AND-NOT TIM 027 169 OR LD 170 AND-NOT 0001 171 AND-NOT 20009 172 OUT21000 173 LD 21000 174 OR 20011 175 AND-NOT 0001 176 OUT 1002 177 LD TIM 001 178 AND-NOT TIM 002 179 LD TIM 017 180 AND-NOT TIM 018 181 OR LD 182 AND-NOT 20004 183 AND-NOT 0001 184 OUT 20007 185 TIM 009 #002 186 LD TIM 004 187 AND-NOT TIM 005 188 LD TIM 026 189 AND-NOT TIM 027 190 OR LD 191 AND-NOT 20004 192 AND-NOT 0001 193 OUT 20008 194 TIM 010 #2 195 LD 20007 196 OR 20003 197 OR 20002 198 OR 20013 199 AND-NOT 0001 200 OUT 1100 201 LD 20008 202 OR 20005 203 OR 20006 204 OR 20009 205 AND-NOT 0001 206 OUT 1102 207 LD 0002 208 OR 20009 209 AND-NOT TIM 011 210 OUT 20009 211 TIM 011 #100 212 LD 20009 213 AND-NOT 20010 214 OUT 20011 215 TIM 012 #010

216 LD TIM 012 217 OR TIM 015 218 OR 20010 219 AND-NOT TIM 013 220 OUT 20010 221 TIM 013 #010 222 LD 0003 223 OR 20013 224 AND-NOT TIM 014 225 OUT 20013 226 TIM 014 #100 227 LD 20013 228 AND-NOT 20010 229 OUT 20014 230 TIM 015 #010 231 END 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 第3章总结 3.1 难点分析

本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。3.1.1行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系

因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的,所以在编程前一定要理清它们,这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。

3.1.2盲人脉冲按键

盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现,可以说是非少的,如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉

冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开。

3.1.3手动车流控制按键的控制方式

手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制,但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况,如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个请求和响应的关系。

3.1.4交通灯的闪亮

交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的,所以在设计程序中也要加入这个功能,参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器,这是一种硬件实现功能的方法,虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉(不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样我想了一个用程序实现的方法(程序段在第86条~第94条指令之间,此方法可以说是软件实现功能的方法,虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。

3.2调试错误与修改方法

经过设计,想一次性把程序完成是非常难的,在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手,只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控,于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了,包括里面的辅助继电器,最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作,但只要你耐心的去做的话,你肯定能学到有用的动西。

3.3PLC智能化控制交通灯的方法

传统的十字路口交通控制灯,通常是事先经过交通流量的调查,运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上交通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、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交通现状,需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应

用可编程序控制器(PLC对十字路口交通控制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯,通常是事先经过交通流量的调查,运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上交通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、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交通现状,需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。

此系统就是应用可编程序控制器(PLC对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编程序控制器。在十字路口的四个方向(E、S、W、N的近端J(斑马线附近和远端Y(距斑马线约100米处各设置一个传感器,分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制,需要将绿灯时间分为两部分:其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1;其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时t2,最后由t1和t2来实现对十字路口车流量的灵活控制。

3.4收获与感悟

经过半个多月的艰苦奋斗,设计成果终于出来了,我才松了一口气,我通过采集资料、进行实际考察后,做出以上设计的方法。

查找资料也是一件繁琐的事情,虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事,需要耐心查找。

花了整整十几天,终于完成了设计,不过调试的时候却发现结果和想的有所不同,通过监控和修改才得出了需要的设计。这次的设计让我们增长了实践技能,还增加了有关交通知识,这些对于我们真是受益匪浅。最后,我们觉得,不见风雨,怎么能见彩虹呢?我把体会用十个字概括:天下无难事,只怕有心人

一次又一次的学习,我们慢慢地在体会,研究和感悟,终于领会到成功的那一份喜悦,从撰写开报告,查找资料,程序设计,到整理每一个次的调试,我们学会了细心和耐心,也品尝到了酸、甜、苦、辣,无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。兴趣是自发形成的,而默契是慢慢培养出来的。当前的社会,科技迅速发展,知识更新速度大大加快,只有我们共同去探索,用自己的双手去征服每一片天空,用我们新的力量去打造一片创新的领域。结束语

通过这次设计,我对PLC设计控制有了深刻的认识,对以前学的PLC又有了一定的新认识,温习了以前学的知识,就像人们常说的温故而知新嘛,但在设计的过程中,遇到了很多的问题,我和同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学。

在此要感谢我的指导老师徐彬,以及李颂洲老师和甘小梅老师,感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益。

参考文献 [1]．廖常初著.PLC 基础及应用.第 2 版.北京：机械工业出版社,2007.[2].廖常初编.S7-300/400PLC 应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.[3]．三菱电机.FX3U,FX3UC 微型可编程控制器编程手册.2005.[4].三菱电机.FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC 编程手册.2002.电气自动化 2012 年 5 月 16

第二篇：基于PLC的智能交通灯控制系统毕业设计文献综述

文献综述

一． 绪论

1.交通灯的由来：

交通灯是指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯，最早出现在19世纪初在英国中部的约克城的一个典故中，当时交通灯只有两种颜色红绿，随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。2.交通灯的发展史：

19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。后来，英国伦敦议会大前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德?哈设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。

从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。

随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。

黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥 1

信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。

二． 主体

1.发展智能交通灯系统的意义：

汽车已经逐渐成为了人们日常生活中最主要的交通工具。但是，城市基础设施建设特别是城市交通道路的发展速度却满足不了汽车数量增长的需求，这就使城市交通拥堵现象越来越严重，车辆通行速度成为了城市发展的瓶颈。在加强城市基础建设的同时，改善十字路口的交通信号灯运行模式，提高十字路口的通行效率，对缓解城市交通堵塞有着重要的现实意义。而目前城市的交通灯控制，是根据一定时间段的各车道车流量的调查而分配出的相对合理的同定红绿灯转化周期。但在特定的时间段，会出现某一方向车辆早已通行完，而另一方向车辆排队等绿灯的情况，这严重降低了实际的十字路口交通效率。

针对现实中越来越严重的城市交通拥堵现象，可设计出一种城市十字路口交通信号灯控制的新方法。可根据车流量来智能控制红绿灯的读秒时间，解决了各车道车流量不均衡所造成的十字路口交通资源浪费问题，设计的智能交通控制系统利用对相向车道采用不同步的红绿灯信号控制方法，能够减少交通资源浪费，大幅提高十字路口的车辆通行效率。2.国内外智能交通灯系统的发展现状：

交通信号控制系统是现代城市交通控制和疏导的主要手段。而作为城市交通基本组成部分的平面交叉路口，其通行能力是解决城市交通问题的关键，而交通信号灯又是交叉路口必不可少的交通控制手段。随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断发展完善，交通运输组织与优化理论、技术的不断提高，国内外逐步形成了一批高水平有实效的城市道路交通控制系统。

（1）澳大利亚SCAT系统：

SCATS采取分层递阶式控制结构。其控制中心备有一台监控计算机和一台管理计算机，通过串行数据通讯线路相连。地区级的计算机自动把各种数据送到管理计算机。监控计算机连续地监视所有路El的信号运行、检测器的工作状况。地区主控制器用于分析路El控制器送来的车流数据，确定控制策略，并对本区域各路口进行实时控制。SCATS系统充分体现了计算机网络技术的突出优点，结构易于更改，控制方案较易变换。SCATS系统明显的不足：第一，系统为一种方案选择系统，限制了配时参数的优化程度；第二，系统过分依赖于计算机硬件，移植能力差：第三，选择控制方案时，无实时信息反馈。

（2）英国SCOOT系统：

SCOOT是由英国道路研究所在TRANSYT系统的基础上采用自适应控制方法于1980年提出的动态交通控制系统。SCOOT的模型与优化原理与TRANSYT相仿，不同的是SCOOT为方案生成的控制系统，是通过安装在交叉口每条进口车道最上游的车辆检测器所采集的车辆信息，进行联机处理，从而形成控制方案，并能连续实时调整周期、绿信比和相位差来适应不同的交通流。SCOOT系统的不足是：相位不能自动增减，任何路E1只能有固定的相序；独立的控制子区的划分不能自动完成，只能人工完成；安装调试困难，对用户的技术要求过高。

（3）国内智能交通控制系统：

国内应用和研究城市交通控制系统的工作起步较晚，20世纪80年代以来，国家一方面进行以改善城市市中心交通为核心的UTSM(urban traffic sys—tem manage)技术研究；另一方面采取引进与开发相结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统。以北京、上海为代表的大城市，交通控制系统主要是简易单点信号机、SCOOT系统、TRANSYT系统和SCATS系统其中几个结合使用；而如湘潭、岳阳等国内中小城市，交通控制系统主要还是使用国产的简易单点信号机和集中协调式信号机。

3.采用基于PLC的智能交通灯控制系统的好处：

（1）特点：

① 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型； ② 通用性高，使用方便； ③ 程序设计简单，易学，易懂；

④ 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便； ⑤ 系统设计周期短；

⑥ 安装简便，调试方便，维护工作量小；

⑦ 对生产工艺改变的适应性强，可经行柔性生产； ⑧ 体积小，功耗小，性价比高。（2）PLC的应用：

① 开关量的逻辑控制：这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控制及自动化流水线。

② 模拟量控制：在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了是可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量和数字量质之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转化模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

③ 运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早起直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动的步进电机或者伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

④ 过程控制：过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编程控制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。

⑤ 通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通行。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通行功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

⑥ 数据处理：现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排表、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型的控制系统。

三． 总结

采用基于PLC的智能交通灯控制系统，可以根据车流量合理的调节交通信号灯的读秒时间，这样不仅可以有效的防治交通拥堵而且可以合理的利用交通资源，进而大大缓解交通压力。在基于PLC的智能交通灯控制系

统的设计过程中可能牵涉到信号的采集与传输，在考虑到施工的成本以及安装困难度的前提下，本设计主要想采用光电计数器。因为光电计数器叫一般的传感器而言，它不仅成本低而且安装方便。

四． 参考文献

[1] 彭树生.PLC单片机原理及应用.机械工业出版社.2002.1.1 [2] 王晓军.可编程控制器原理及应用.化学工业出版社.2010.9.4 [3] 杜荔编.微机原理及其接口.清华大学出版社.2011.3.1 [4] 曹克澄.单片机原理及应用.第二版.机械工业出版社.2009.1.1 [5] 龚捷.接口技术.化学工业出版社.2009.1.1 [6] 韩九强.传感器与检测技术.清华大学出版社.2010.9.1 [7] 于泉.城市交通信号控制基础.冶金工业出版社.2011.1.1 [8] 周蔚吾.道路交通信号灯控制设置技术手册.知识产权出版社.2009.1.1 [9] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计.人民邮电出版社.2004.7.1 [10] 路林吉.PLC应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社.2009.4.8 [11] 陈立定.电气控制与可编程控制器.华南理工大学了版社2006.2 [12] 何衍庆.可编程控制器原理及应用技巧.第二版.化学工业出版社.2003.1.1 [13] 廖常初.可编程控制器的编程方法与应用.重庆大学出版社.2001.2.1 [14] 廖常初.PLC梯形图程序的设计方法与技巧.电工技术出版社.2004.9 [15] 廖常初.PLC梯形图的书许控制设计法与顺序功能图.电子技术杂志.2001.第11期

[16] 廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电子技术杂志.2001.第10期 [17] 吴建强.可编程控制器原理及应用.哈尔滨工业大学出版社.2011.7.12 [18] 邱公伟.可编程网络通讯及应用.清华大学出版社.2000.3 [19] 郑凤翼.轻松解读三菱FX2N系列PLC原理与应用.机械工业出版社.2011.10

第三篇：智能交通灯控制系统 毕业设计总结

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毕业设计总结 毕业设计总结

本次毕业设计，我的指导老师是李丽老师，首先，我们进行总体规划，包括控制系统组成、控制系统工作过程、控制系统功能、控制系统技术指标；之后，进行了硬件系统设计，学习单片机原理与接口技术，网上搜索下载AT89C51、数码显示管、点亮LED技术资料，并学习消化，设计硬件控制原理，用Protel绘图软件设计出控制器原理图，并对控制器硬件进行了调试；接着，研究设计六线四相步进电机控制方式和方法；而后，规划出了控制软件结构图，设计出了主控模块程序流程图、各功能模块程序流程图，并逐功能模块编辑、编译、连接、测试控制程序，在编程过程中，我一边学习C51程序设计，一边熟悉Keil C51开发平台，一边编程设计控制程序；最后，对控制程序进行了测试和修改完善。

本次毕业设计创新点一是提出了六线四相步进电机启动加速控制技术方案，二是研究了六线四相步进电机各种运行控制方式。

本次毕业设计体会一是深刻认识到专业理论对指导实践工作的重要性，上学期间，专业理论学的不够扎实，不够深入、不够全面、不懂用途；二是现有的技能不能胜任实际工作，实际动手能力欠缺；三是不知道如何进行课题需求分析、课题总体规划；四是不知道如何进行软件结构设计；五是实际编程经验欠缺，缺少排除故障能力。所以，我们即将毕业的大学生需要与时俱进，克服不足，勤学苦练，迎接挑战，为国争光。

在该课题后续研究设计时，应重视步进电机特性研究，重视控制方法、控制方式研究；增加联网控制功能；增加LCD数据显示功能。

在这篇毕业设计论文即将完成的时候，我突然意识到自己的校园生活即将画上一个句号。当我踏上工作岗位的时候即将面对的是完全不同于之前十几年校园生活的新的旅程。如果说之前的日子是学会如何做人、如何做事、如何认识和理解世界、如何学会感恩，那么，今后的日子，我将真正成为一个有用的人，一个能与别人合作或者独立完成任务的人，一个真正懂得世界、懂得感恩并真正付出的人。

我要感谢我存在的这个世界赋予我的认知和理解，感谢父母给了我机会认识并引导抚育我这个世界，感谢二十几年来成百上千的老师与朋友让我能够在正确的道路上走得更远并且激励我成为一个坚定信念不做让自己后悔事情的人。

“穷则独善其身，达则兼济天下”，古训教导我们不做自私人，懂得尽己所能，知恩图报。一切来之不易，珍惜且能尽其用，算是在自己能力有限的时候对社会，对生活最大的慰藉和回报。今年的二月份，在经历了将近一年的苦苦寻觅之后，我终于遇到了一个适合自己发展的岗位，也终于能够将全部的精力投入到这次毕业设计之中。首先我非常感谢我的导师李老师对我的支持和宽容，因为这次毕设的题目来源于我在生活的灵感，并且有着强烈的愿望，期望它能够成为现实，期望在离开校园之前见证自己所学是有用的学问。李老师在我的毕设过程中给予我鼎力的支持，因而有机会实现这个愿望。同时，在漫长的设计和实践过程中，身边的同学和朋友都给了我很多支持和帮助，这也证明了即便是一个人的任务也需要集体的力量，庆幸自己在离开校园之前学到了很多今后可能及其重要的东西。

回顾自己的学习历程，感觉今天的生活与状态是由一系列的偶然与必然串联成的结果。在这个过程中自己承受了比别人更多的挫折，但也学到了更多的感悟，获得了比别人更大的成就。我体会了人生的正弦曲线，知道很多情况下结果是之前很长时间的累积，很有趣的是，我的这些感悟在大学的专业课学习的时候得到

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毕业设计总结

了理论上描述的一致。因为我的每一次成功的获得都比别人晚了许多，但也都是在最关键的时候比别人得到了更多的收获，也比别人体会到更多的付出后的充实。很庆幸自己在过去岁月中每一次困难抉择中做出的选择，以及在不断地激励中为目标而不断奋斗的坚持。

“来到社会做什么？毕业后做一个怎样的人？”虽然即将毕业，但是这两个问题将常伴左右。第一个问题的答案已经深深写在自己三年大学生活的美好回忆之中，而第二个问题，将是我今后不断反省自我并思考未来的信条。

学无止境，无论每天往返于公司和住所，还是奔走于实验室与宿舍之间，作为一个职员或者学生，无时无刻不在接受新的知识、观点、理念。即便是创造社会价值，也仍需要不断补给养分。于此，作为刚刚走出校园的人，我将牢记于心。

最后，真诚期望每一个已经出现在或是即将出现在我不同人生阶段却是同一条生活轨迹的师长、亲友、战友们，能够始终拥有美好幸福的生活状态、以及一颗热忱于探索未知和真理的心，同时也是对自己未来生活的期冀。

第四篇：基于WSN的智能交通灯控制系统设计概要

收稿日期:2009-06-16 作者简介:田丰(1958—,男,辽宁沈阳人,工学博士,教授,硕士生导师,主要研究方向为计算机测控技术、无线传感器网络等;杜富瑞(1981—,男,山东滨州人,硕士研究生,主要研究方向为无线传感器网络和嵌入式系统。

基于W S N 的智能交通灯控制系统设计 田 丰,杜富瑞

(沈阳航空工业学院计算机检测与控制研究室,辽宁沈阳 110136 摘要:针对多路口的交通信号灯控制问题,提出了基于无线传感器网络的两级组织结构,搭建了交通信

号灯控制平台。利用传感器节点收集的交通信息,结合模糊控制方法,实现了交通信号灯的无线智能控制。仿真结果表明,该控制器是有效的,其控制效果优于传统的控制方法。关键词:无线传感器网络;交通信号灯控制;模糊方法;鲁棒性

中图分类号:TP273+.5;TP18

文献标识码:A

文章编号:1000-8829(200912-0056-04 D esi gn of I n telli gen t Traff i c L i ght Con trol System Ba sed on W SN TI A N Feng,DU Fu 2rui(Computer Detecti on and Contr ol Laborat ory,Shenyang I nstitute of Aer onautical Engineering,Shenyang 110136,China Abstract:For multi 2juncti on traffic signal contr ol syste m ,t w o 2tier organizati onal structure based on wireless sens or net w orks(W S N is p r oposed,and a p latfor m f or traffic signal contr ol syste m with W S N is built.By using the collected inf or mati on about traffic and fuzzy contr ol method,the goal of intelligent contr ol for the traffic

lights is realized.The si m ulati on shows that the contr oller is realizable and better than the traditi onal contr ol methods.Key words:wireless sens or net w orks;traffic signal light contr ol;fuzzy method;r obustness

交通灯控制系统是一个典型的复杂大系统,具有时变、非线性、不易确定数学模型的特点。现有交通灯控制系统主要分为两类:定时控制和感应式控制。定时控制不能适应车流的动态变化,只适用于路面车流量较少的情况;感应式控制易受外界干扰,且在安装过程中,容易造成对道路的损坏。此外,这两种控制方式都只能单独地控制某一点,并不能实时、多点、联测、联动的控制。

无线传感器网络(W S N,wireless sens or net w orks 作为一种新兴的测控网络技术,融合了短程无线通信技术、微电子技术、嵌入式技术等。基于W S N 的交通灯控制系统具有控制精度高、响应速度快的优点。

模糊控制不需要建立精确的数学模型,它把人的感官认识和好的控制策略联系起来,具有很强的鲁棒性。

将模糊控制与无线传感器网络相结合,以W S N 传 感器节点收集的路面信息为输入,经模糊控制器处理, 得到作为输出的控制策略,对交通灯系统实施控制,可以实现交通灯控制系统的智能化、网络化。以下首先针对多路口交通灯控制系统,提出了两级W S N 组织结构,搭建了基于W S N 的交通信息收集和控制平台;然后介绍了多路口交通灯智能控制算法的设计,以及模糊控制器的设计;最后,进行了仿真实验。W S N 交通灯控制平台

在多路口交通信号灯控制系统中,信号灯的周期、绿信比和相位差是控制向量;到达交叉路口的车辆数和各交叉路口停车线前面排队的车辆数是状态向量。详细分

析表明,同时考虑信号灯的周期、绿信比和相位差的优化,将增大计算量,使问题的求解过程变得十分

复杂[1]。针对多路口交通灯控制系统,采用两级W S N 组织结构(见图1,第1级为控制级,负责调整各交叉路口的绿信比;第2级为协调级,负责协调干线各路口周期的确定和各路口之间的相位差。

图2为无线传感器网络交通灯控制系统模型图。路口的交通灯控制节点A1及其相邻路段内的路面检测节点B i(i =1,2,3,4,5和车载节点C j(j =1,2,3,4

图1 两级交通灯控制模型组成控制级。这些传感器器节点自组织成簇:交通灯控制节点作为簇首,路面检测节点和车载节点作为簇成员。簇首A1负责收集簇内路面检测节点的数据,进行数据融合,并与相邻簇首节点进行通信;簇成员节点负责路

面信息的收集。从簇首节点中,选取一个节点作为协调级,称此节点为汇聚节点。汇聚节点以多跳的方式与各簇首节点通信,收集各路口车流量信息 , 图2 无线传感器网络交通灯控制系统模型 进行智能处理,协调各路口工作。

针对交通控制系统中信息采集、策略制定、输出执 行的实际需求,引入3类W S N节点:信息收集节点、汇 聚节点和交通灯控制节点。传感器节点是构成W S N 的基本要素,具有采集环境信息、信息处理和无线通信 功能,它们既是数据包传输的发起者,也是数据包的转

发者[1]。信息收集节点负责路面车辆信息的收集,如 车速、交通流量比等,将此数据信息传递给交通灯控制 节点,经数据融合后传递给汇聚节点;汇聚节点根据设 定的目标(如通行量最大、平均候车时间最短等运用 智能控制方法计算出最佳方案,并输出给各路口交通 灯控制节点,控制车辆的通行与禁止,实现多路口的协 调控制。

信息收集节点由路面检测节点和车载节点两部分 构成。路面检测节点用于收集其检测范围内的车辆信 息,它按照一定的距离(一般为50~200m安装在道 路两侧的路灯上;车载节点被安装在每一辆汽车上,用 于收集车辆本身的数据信息(速度和坐标,并将该信 息发送给路面检测节点。路面检测节点按照一定周期 不断地广播消息,消息里面包含本身的I D和自己的坐 标信息。处于监听状态的车载节点接收检测节点发送 的消息。根据无线定位知识[2],车载节点只需收到3 个以上节点发送的消息,就可以计算出自己的坐标与 车速,并将坐标与速度消息传递给附近的路面检测节 点。路面检测节点在收到该消息后,计算出路面行驶 的车辆数、车辆所在车道和车辆与路口的距离,以多跳 通信的方式传递给路口的交通灯控制节点。由车速和 距离,交通灯控制节点就可以判断出车辆状态:①它 已经到达路口;②在路口信号灯换相之前到达路口;③ 不能按时到达路口。这样,可以方便地统计出干线路 口间行驶的车辆数QN以及各路口红灯方向排队车辆 数QR。多路口交通灯控制算法设计

文献[3,4]中指出,在交通控制系统中,各路口协 调周期,不能变换太频繁,否则,方案变换引起的交通 延误所带来的损失会大于新方案所带来的效益。设定 循环变量n=6,以6个周期为一个时间段,在此时间 段内,保持控制参数不变。2.1 算法设计

步骤1:汇聚节点根据以往的交通流量数据统计 出干线上各交叉口间的相位差ω i(i=1,2,3,…,n、统一使用的周期T、各个交叉口的绿信比,将此信息发

送给各路口簇首节点,并初始化循环变量n=0。步骤2:各交叉口簇首节点在给定的周期T下,依 据相位差ω i 依次开启干线各路口绿灯信号。在周期

时间末,簇首节点将周期内由W S N检测得到的路口间 行驶的车辆数QN和路口红灯方向排队车辆数QR送 给汇聚节点。汇聚节点用模糊控制规则以周期时间长 度为单位,调整路口之间相位差。

步骤3:令m=m+T,检验m>6T是否成立。若 成立,则到下一步;反之,则回到步骤2。步骤4:汇聚节点根据各路口簇首节点传递过来 的各路口间的交通流量和各交叉口的绿信比,预估下 一阶段的干线道路上各个交通流量比,计算下一阶段 的周期值。回到步骤2。2.2 各控制参数的具体实现 2.2.1 周期的确定

在交通信号控制系统中,为使各交叉口的交通信 号取得协调,各个交叉口的周期需要统一。方法是先

根据单个交叉口的配时方式,计算出各交叉口的周期, 然后从中选取最大周期,作为系统协调周期。周期确 定步骤如下: ①在给定时间段内,根据公式计算出路口j的第 m周期的交通流量比R j m;其计算公式为 R j m=∑n j=1 q j m i s j m i(1 式中,q j m i 为第j路口第m周期的第i相位车道的交通 量;s j m i 为饱和流量;n为相位个数。

②求出所有路口的交通流量比的最大值R j m MAX

R j m MAX =MAX{R j m ,j=1,2,3,…}(2

根据韦伯斯特最佳周期公式 C0= 1.5L+5 1-R j m MAX(3 计算出第m周期的最佳周期。式中,L为相位损失时间(车辆起制动、行人、自行车干扰,可由协调级模糊控制器的输出得到。

③在本段时间结束时刻,计算所有周期时间内周期的最大值为 C MAX=MAX{C m,m=1,2,3}(4 将此周期值作为下一个阶段信号控制的统一值送入协调单元保存起来,作为下一阶段内的周期。

2.2.2 相位差的确定

相位差是控制交叉路口间交通流的重要参数,设定一个好的相位差可以显著地降低车流的等待时间,实现车辆通行的“绿波带”效应。相位差计算公式为

ω=T

+L(5 式中,T 为本路口到下游路口的行驶时间,由无线传感器网络实时检测得到;而损失时间L由协调级模糊控制器输出得到。模糊控制器的设计

相位损失时间L与路口间车辆数目QN和路口的红灯方向停车线前面车辆排队长度QR有很大关系。路口间车辆数目多,红灯方向排队长度QR长,则车辆启制动所耗费时间就越多,相应的相位损失时间L越大;反之,则越少。

设计步骤如下:(1输入输出变量的确定及量化。

输入变量:本路口到下一路口的车辆数QN,路口红灯方向在停车线前排队车辆数QR。QN的论域为{0,1,2,3,4,5,6,7,8},变化范围为0~85,量化因子k1=8÷85=0.09,语言变量为{Z B,Z M,ZS,Z,PS};QR 的论域为{0,1,2,3,4,5,6,7,8},变化范围为0~48, 量化因子k 2 =8÷48=0.17,语言变量为{NB,Z}。

输出变量:路口相位损失时间为L。L的论域为{0,1,2,3,4,5,6,7,8},变化范围为0~60,比例因子k3=60÷8=7.5,语言变量为{NB,NS,Z,PS,P B}。

(2确定输入输出变量的隶属函数(见图3。

(3确定模糊控制规则。

根据专家经验,建立模糊控制规则表。表1中建立了10条控制规则。表1 模糊控制规则表 QR QN NB NM NS Z PS NB NB NS Z PS PS Z NB NS Z PS P B

(4解模糊。

解模糊的常用方法有以下几种:最大隶属度法、中位数法、加权平均法。由于加权平均法比中位数法的计算量要小,比最大隶属度法控制性能优越,因此,在本设计中选用加权平均法进行解模糊运算,得到精确控制量。其计算公式为

L = ∑n j =1 u j(e j e j ∑n j =1 u j(6 式中,e j(j =1,2,...,9为论域值;u j(e j(j =1,2,(9 为对应于e j 的隶属度。

根据公式(5,计算出路口间的相位差ω,对路口间的交通车流进行协调控制。4 仿真实验

设一条道路有3个路口组成,三路口间距离均为600m。其中，南北为次干道。每个路口的有4个交通流相位:东西直行,东西左转,南北直行,南北左转,如图4所示。路口车辆的到达服从泊松分布,车辆的离开服从负指数分布。干线饱和流量为3000辆/h,支线饱和交通流量为2000辆/h,左转、直行、右转车流比例为1∶2∶1。

图4 主干道三交叉路口示意图利用MAT LAB 6.5编写仿真程序,将基于W S N 的两级模糊控制算法,分别在400、600、1200、1400、2000、2300辆/h 6种不同的车流量情况下进行仿真,统计相应的车辆平均延误时间。为了作比较,在完全相同的条件下,对定时控制也进行了仿真,结果如表2所示。

表2 模糊控制与定时控制比较 车流量/辆・h-1 两级模糊控制 定时控制

提高程度/% 40025.126.5 5.260026.428.67.7120029.138.223.8140031.540.622.4200034.751.232.22300 36.7 56.6 35.2

由仿真结果可以看出,在车流量不大时,两种控制

方式的效果差异不大。但随着车流量的增大,模糊控制的优势是十分明显的。5 结束语

以上将无线传感器网络引入到交通信号灯的控制

中来,搭建了无线传感器网络交通信号灯控制平台,提出了针对多路口交通灯控制的两级无线传感器网络组织结构。利用无线传感器网络的低功耗、自组织、分布式计算的特点,实现快速精确的车辆信息收集,提高了系统的响应速度和控制效果,具有较强的实时性和鲁棒性。同时,结合模糊控制理论,设计了干线信号灯控制算法,实现了交通信号灯的无线智能控制。参考文献: [1] 徐建闽.交通管理与控制[M ].北京:人民交通出版社, 2007211.[2] Akyildiz I F,Su W ,Sankarasubra mania m Y,et al.A survey on sens or net w orks[J ].Communicati ons Magazine,2002,40(8:102-114.[3] W ann C D,L in M H.Data fusi on methods f or accuracy i m 2

p r ove ment in wireless l ocati on syste m s [A ].Pr oceedings of 2004I EEE W ireless Co mmunicati ons and Net w orking Con 2ference[C ].2004203:471-476.[4] 李晓红.城市干线交通信号协调优化控制及仿真[D ].大 连:大连理工大学,2007.[5] 严新平,吴超仲.智能运输系统———原理、方法及应用 [M ].武汉:武汉理工大学出版社,2006212:9-11.□

N I 推出LabV I E W 图形化软件教育版, 全力支持动手学习课程

2009年11月,美国国家仪器有限公司(简称N I 推出 LabV I E W 软件教育版,它是LabV I E W 图形化编程软件面向

高校的新产品。该版本软件的初衷是为了帮助教师实现基于科学、技术、工程和数学(STE M 学科项目的动手学习。

N I 与美国塔夫茨大学工程教育与外展服务中心(CEEO 一 起合作开发该产品,它是将工程集成到K 212教育的领导者。

N I 和塔夫茨大学CEEO 总裁和控制与机械电子教授Chris Rogers 博士共同合作,开发了该教育版软件,它可以有效帮

助高校教师使用工业、学术界工程师和科学家使用图形化系统设计技术,进而为工科学生提供动手实践经验。

LabV I E W 教育版软件可以帮助教师实现基于项目的动

手学习,并且将理论与实际世界的实例联系在一起。这一新版本软件能够与核心教育硬件平台无缝集成,例如LEG O M I N DST ORMS Educati on NXT、Vernier Sens or DAQ 以及TET 2R I X(Pitsco 开发的金属机器人构建系统,让教师能够轻松

地将机器人、测量和数据采集整合到课程中。软件的图形化拖放模式帮助学生学习主要的编程概念,并在获取专业世界中所使用的技术经验的同时,提高分析能力。新版本还包含可以在教室中使用的工具,包括数据查看器,能够图形化地显示传感器数据,虚拟示波器,以及其他让学生能够获得多种电子和机器工程技巧动手经验的虚拟仪器。此外,LabV IE W 教育版包括支持课程和教师活动,能够直接在

National Instruments、Vernier 软件与技术和LEG O 教学中使 用。□

第五篇：PLC交通灯课程设计

PLC的定义及工作原理

⒈定义：可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置”。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

⒉工作原理: 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行三个阶段。

(一)输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

(二)用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。

(三)输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

随着自动化控制技术和微电子技术的迅猛发展，PLC作为前沿的工业控制器，具有体积小、可靠性高、易操作、灵活性强、抗干扰能力强等一系列优点，广泛用于自动化控制领域。用内部编程取代继电器逻辑控制电路中大量的中间继电器和时间继电器，简化了控制路线，提高了系统控制的可靠性，这是PLC最大的优点。借助于书序控制图和梯形图来编制用户控制程序，实现自动控制系统顺序控制，是PLC的主要功能之一。

实训１

基础试验

1.两灯交替闪烁 指令表

梯形图

工作过程：

按下启动开关X0，Y0亮，且开始计时,2S后，T0动作，T0常闭断开Y0熄灭，T0常开闭合Y1亮，经过2s，Y0亮；如此循环，直到按下停止开关X1。

2.利用计数器实现循环

指令表

梯形图

工作过程：

按下启动开关X0，Y0亮，开始计时2S后，T0动作，Y0熄灭，Y1亮，如此循环，直到循环了5次，计数器CO动作，常开触点闭合，整个过程停止。

实训２ 十字路口交通灯控制系统

1、实训目的

① 了解ＰＬＣ基本功能指令使用方法 ②掌握功能指令图的输入方法 ③学会利用功能指令进行设计 ２、实训的内容

该实验在十字路口交通信号灯控制实验区内完成,按启动按钮，六盏灯按如下时序工作：第一组绿灯亮５秒后闪烁３次（灭０．５秒，亮０．５秒），黄灯亮２秒，红灯亮1０秒；第二组红灯亮1０秒，绿灯亮５秒后闪烁３次（灭０．５秒，亮０．５秒），黄灯亮２秒。

从时序图可以看出，该系统有一个输入装置和 6个输出装置。下表为输入装置与输出装置与PLC的地址编号对应表。

指令表

⒈ ⒉ ⒊ ⒋ ⒌ ⒍ ⒎ ⒏ ⒐ ⒑ ⒒ LD

M8002 SET

L0 STL

S0 LD

X000 OUT

Y000 OUT

Y003 SET

S21 SET

S31 STL

S21 OUT

Y000 OUT

T0

K50 ⒓ LD

T0 ⒔ SET

S22 ⒕ STL

S22 ⒖ OUT

T1

K30 ⒗ LDI

T1 ⒘ AND

M8013 ⒙ OUT

Y000 ⒚ LD

T1 ⒛ SET

S23 ２１．STL ２２．OUT ２３．OUT ２４．LD ２５．SET ２６．STL ２７．OUT ２８．OUT ２９．STL ３０．OUT ３１．OUT ３２．LD ３３．SET ３４．STL ３５．OUT ３６．OUT ３７．LD ３８．SET ３９．STL ４０．OUT ４１．LDI ４２．AND ４３．UT ４４．LD ４５．SET ４６．STL ４７．OUT ４８．OUT ４９．STL ５０．STL ５１．LD ５２．AND ５３．SET ５４．RET ５５．END S23 Y001 T2

K20 T2

S24

S24 Y002 T3

K100

S31 Y003 T4

K100

T4

S32

S32 Y004 T5 T5 S33

S33 T6

K30

T6

M8013 Y004

T6

S34

S34

Y005

T7

S24

S34

T3

T7

S0

附加任务

机械手手动控制实验

控制要求1：

实现机械手左右移动。

按下向左按钮，机械手向左移动，到达左限位开关后停止；按下向右按钮，机械手向右移动，到达右限位开关后停止。

控制要求2：

实现机械手上下移动。

按下向上按钮，机械手向上移动，到达上限位开关后停止；按下向下按钮，机械手向下移动，到达下限位开关后停止。

控制要求3：

实现机械手左右、上下移动。

按下向左按钮，机械手向左移动，到达左限位开关后停止，按下向右按钮，机械手向右移动，到达右限位开关后停止。

按下向上按钮，机械手向上移动，到达上限位开关后停止；按下向下按钮，机械手向下移动，到达下限位开关后停止。

控制要求4：

实现上述控制后，机械手电磁铁在A位置可吸引提取物料（铁块）或释放物料。机械手电磁铁在B位置同样可吸引提取物料（铁块）或释放物料。

可手动操作实现物料从A位置移动到B位置或从B位置移到达A位置。

总

结

这是一个比较典型的十字路口交通灯的梯形图设计，最为一种设计实践，主要是为PLC在交通控制系统中提出一种设计理论，为以后PLC在复杂的控制系统中提出一种可行的理论方案。在实际应用中，采用PLC控制城市交通信号灯，能根据不同路况要求，随时修改控制程序，以改变各信号灯的工作时间和工作状况。与继电器或逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更高的可靠性、灵活性和经济实用性。

通过这次设计实践，我巩固了PLC的基本编程方法，对ＰＬＣ的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，当我们把自己想出来的程序与到ＰＬＣ的时候问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符。通过解决一个个在调试中出现的问题，我们对ＰＬＣ的理解加强了，看到了实践与理论的差距，通过此次课程，让我了解了ＰＬＣ梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于ＰＬＣ设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最合适的设计方法。