利用PLC控制十字路口交通燈

1、利用PLC實現(xiàn)十字路口交通燈摘要:隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市交通擁堵問題越來越引起人們的關(guān)注，我國的一些大城市，比如北京、上海、廣州、深圳等均出現(xiàn)了超負荷運行現(xiàn)象?？刂坪媒煌艟湍茉谝欢ǔ潭壬舷鞘袃?nèi)部由于車輛驟增和城市道路建設(shè)布局不合理帶來的交通擁堵問題，現(xiàn)在的十字路口交通燈大多是使用單片機，繼電器或者其他的一些硬件邏輯電路控制系統(tǒng)進行控制和監(jiān)控，實際上使用這類系統(tǒng)確實是能較好的實現(xiàn)交通燈的一般功能，但是沒有PLC控制系統(tǒng)的高可靠性、高靈活性和高經(jīng)濟適用性，而且在一些交通燈的控制方面還無法達到一個較高的水平。PLC是專門針對自動化控制等工業(yè)環(huán)境設(shè)計的，在面向?qū)ο蟮目刂品矫?，他的功能是單?/p>

2、機等其他器件所無法觸及的，通過各種各樣的外部接口模塊，PLC能使外部的接線變得更加簡單，內(nèi)部的工作性能變得更加的穩(wěn)定，另一方面，PLC簡單好學容易明白，雖然價格比單個cpu對，但是性價比高，對周圍環(huán)境的適應能力強，抗干擾性能也非常強，所以在機械控制，作業(yè)加工，流水線監(jiān)控等方面都得到了廣泛應用。本設(shè)計的主要目的就是為了較好的實現(xiàn)人和車能合理地分流，緩解時下城市所面臨的交通壓力。關(guān)鍵詞：交通擁堵 PLC 信號燈目 錄1 簡單介紹可編程控制器及控制思路設(shè)計步驟的闡述11.1 可編程序控制器11.2控制思路設(shè)計步驟12 硬件設(shè)計22.1 交通燈的組成22.2 交通燈的各項參數(shù)22.3交通燈的安裝22.

3、4 交通燈的輸入輸出接線圖 23 軟件設(shè)計33.1 控制要求33.2 程序設(shè)計43.3 系統(tǒng)工作時序圖43.4 交通信號燈PLC控制I/O點53.5 系統(tǒng)順序功能圖63.6 系統(tǒng)PLC控制梯形圖73.6 調(diào)試84 結(jié)束語8參考文獻 9致謝91 簡單介紹可編程控制器及控制思路設(shè)計步驟的闡述1.1 可編程序控制器可編程控制器，即我們耳熟能詳?shù)氐腜LC，它是以中央處理器為系統(tǒng)核心，再結(jié)合其它輸入和輸出部分及其它擴展設(shè)備，就構(gòu)成了可編控制器。因為PLC相對于很多其它控制器有很多優(yōu)點，比如體積小、可被自由編程、運行穩(wěn)定，并且抵抗周圍環(huán)境中不良因素的干擾的能力較強，所以應用很廣泛，幾乎在所有工業(yè)自動化控制

4、領(lǐng)域都有它的身影。當然在交通信號燈的控制方面，我們也不例外，仍然首選可編程控制器進行控制。目前，許多大城市的交通擁堵問題經(jīng)常被新聞媒體提起，說明交通問題已經(jīng)亟待解決，不然會影響城市經(jīng)濟發(fā)展，那么如果能夠快速有效地控制好十字路口的信號燈工作情況，那么這將會大大改善當前城市的交通擁堵狀況。將PLC應用于交通信號燈的控制系統(tǒng)中，可以有效的縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學、高效率地管理。本次畢業(yè)設(shè)計采用西門子PLC的S7-200系列的可編程控制器監(jiān)控十字路口信號燈來說明可編程控制器軟件和硬件的設(shè)計。I/O擴展單元外設(shè)接口系統(tǒng)程序-用戶程序I/O擴展接口編程器存儲器其他外部設(shè)備輸出部分輸入部分微處理器電源

5、部分接收現(xiàn)場信號圖1.2 PLC硬件組成圖1.2控制思路設(shè)計步驟實地對十字路口的交通燈進行觀察，得到信號燈的工作時序。如表3.1；設(shè)計輸入/輸出口接線圖；畫出交通燈控制時序圖；畫出交通信號燈時序控制圖；畫出交通信號燈PLC控制梯形圖；畫出東西、南北綠燈閃爍電路圖；最后進行調(diào)試，使該系統(tǒng)達到預期目標。2 硬件設(shè)計2.1 交通燈的組成十字路口交通燈共分為東、西、南、北四組燈組和報警燈，其中每個燈組均包含綠、黃、紅燈。2.2 交通燈的各項參數(shù)設(shè)計中所用交通燈的各項參數(shù)指標如表2.2交通燈(顏色)波長(nm)亮度(MCD)發(fā)光角度(度)電壓(V)紅燈620-6304000-5000301.8-2.2黃

6、燈波長585-5954000-5000301.8-2.2藍綠燈波長500-5106000-8000303.0-3.4表2.22.3交通燈的安裝如圖2.3所示，在十字路口的東西、南北方向各安裝綠、黃、紅燈六盞，并且綠、黃、紅燈按照一定時序輪流地發(fā)亮。北交通燈圖2.3 十字路口交通燈信號示意圖2.4 交通燈的輸入輸出接線圖 在硬件接線圖中，輸入端I0.1接收啟動按鈕SB1的輸入，輸入端I0.1接收停止按鈕SB2的輸入；輸出端Q0.0接收東西紅燈HL1（HL7），輸出端Q0.1接收東西黃燈HL2(HL8)，輸出端Q0.2接收東西綠燈HL3(HL9)，輸出端Q0.3接收南北紅燈HL4(HL10)，輸出

7、端Q0.4接收南北黃燈HL5(HL11)，輸出端Q0.5接收南北綠燈HL6(HL12)。圖2.5 交通燈的輸入/輸出接線圖3 軟件設(shè)計3.1 控制要求(1) 按下啟動按鈕SB1后，Q0.1、Q0.3通電，南被方向的綠燈亮，東西方向的紅燈亮，同時計時器開始計時，25秒后，綠燈閃爍三下，計時器開始計時，黃燈亮2秒；計時器再開始計時，Q0.0、Q0.4通電，南北方向的紅燈亮，東西方向的綠燈亮，同時計時器開始計時，25秒后，綠燈閃爍三次，計時器開始計時，黃燈持續(xù)亮2秒。此時計時器到時，然后復位，進入下一個循環(huán)。當停止按鈕SB2被按下后，本系統(tǒng)中的所有信號指示燈都斷電，停止運行。控制對象有6個：東面和西

8、面安裝三對綠、黃、紅燈；南面和北面安裝三對綠、黃、紅燈。(2) 本系統(tǒng)受啟動開關(guān)-SB1和停止開關(guān)-SB2兩個按鈕控制，當SB1按鈕被按下（并自鎖）是，本系統(tǒng)開始運行，剛開始的時候是南面和北面的紅燈通電和東面和西面的綠燈通電。當停止開關(guān)SB2關(guān)閉時，所有信號燈都會同時熄滅；(3) 南面和北面綠燈和東面和西面綠燈不能同時亮，若同時亮，則關(guān)閉信號燈控制系統(tǒng)，并立即發(fā)出提示信號，提醒工作人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障；(4) 南面和北面紅燈持續(xù)發(fā)亮25秒鐘，在南面和北面紅燈發(fā)亮的同時東西綠燈也發(fā)亮，并維持25秒鐘，當25秒鐘到時，東西綠燈閃亮數(shù)次（閃爍次數(shù)視具體情況而定）且3秒鐘后熄滅，在東面和西面的綠燈熄滅時，

9、東面和西面的黃燈通電，并且持續(xù)2秒鐘，當2秒鐘結(jié)束時，東面和西面的黃燈熄滅，東面和西面的紅燈通電。與此同時，南面和北面的紅燈熄滅，南面和北面的綠燈通電；(5) 東面和西面紅燈發(fā)亮持續(xù)25秒。南面和北面綠燈持續(xù)通電20秒鐘，然后閃亮3秒鐘，在熄滅的同時南面和北面黃燈亮，持續(xù)通電2秒鐘后熄滅。此時，東面和西面紅燈熄滅，南面和北面的紅燈也開始發(fā)亮，東面和西面的綠燈也開始發(fā)亮；(6) 如遇到緊急情況，按下停止按鈕SB2，并自鎖，所有紅燈都亮，其余的所有等都不亮，待緊急情況處理完畢后，按下啟動按鈕，交通信號燈恢復正常的工作；(7) PLC控制系統(tǒng)自動控制，周而復始，循環(huán)往復地運行著上述過程。圖2.3是系

10、統(tǒng)信號示意圖。每一個交通信號燈的亮與按都受開關(guān)SB1和SB2的全局控制，當工作人員按下SB1按鈕的時候，系統(tǒng)開始工作，紅綠燈和計時器進入循環(huán)運行周期，不停地重復同一過程直至得到停止工作的命令；按一下SB2按鈕，所有信號燈都熄滅，即信號燈系統(tǒng)停止工作。信號燈的具體要求如下表：東面和西面信號綠燈通電綠燈閃爍黃燈通電紅燈通電時間25s3s2s30s南面和北面信號紅燈通電綠燈通電綠燈閃爍黃燈通電時間30s25s3s2s表3.13.2 程序設(shè)計由于C語言具有良好的可移植性和可讀性，用來開發(fā)PLC程序提高了開發(fā)周期和效率。終端程序設(shè)計有主程序、子程序和中斷服務(wù)程序組成，主要完成PLC控制系統(tǒng)輸入信號的采集

11、、初始化、模塊通訊和系統(tǒng)工作過程中的信號的分析處理等功能。全部程序在windows環(huán)境下測試通過，系統(tǒng)的各項功能都能穩(wěn)定高效地完成。3.3 系統(tǒng)工作時序圖下面的時序圖3.2可以直觀地描述在下面的控制梯形圖的動態(tài)過程，橫方向表示時間，豎方向表示高、低電平。在此圖中“接通”用高電平表示，其對應的繼電器號后面有舉行部分，“關(guān)閉”用低電平表示，這里將下面的時序圖所示的PLC控制交通信號燈的運行過程闡述如下：按由左到右的順序?qū)ζ溥M行分析，圖中所示為南、北紅燈和東、西綠燈接通后20秒時間，然后綠燈開始閃爍3秒，紅燈仍然發(fā)亮3秒，接著東、西綠燈熄滅，此時東、西黃燈發(fā)亮2秒后熄滅，南、北紅燈依然發(fā)亮2秒后也熄

12、滅；接著東、西紅燈和南、北綠燈持續(xù)發(fā)亮25秒后，南、北綠燈閃爍3秒，東、西紅燈此時仍然發(fā)亮，之后熄滅，同時南、北黃燈持續(xù)發(fā)亮2秒后熄滅。整個過程周而復始，知道按下停止按鈕OFF。如圖3.2 系統(tǒng)工作時序圖 交通信號燈的控制時序這個模塊我采用基本邏輯的編程來實現(xiàn)信號燈的控制。在此次設(shè)計的交通信號燈監(jiān)控系統(tǒng)中，我利用C語言程序來驅(qū)動電路開關(guān)和計時器（平光計時器和閃光計時器）實現(xiàn)信號燈的工作以及它的工作狀態(tài)。本著盡量簡單和易于用戶理解的原則，我設(shè)計出了上面的時序圖，在本圖中使用8個計時器，使用模擬信號將程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物理實現(xiàn)，繼而使硬件設(shè)備工作。在現(xiàn)實生活中這種時序控制思路可以進行大范圍，具有

13、一定的社會價值。但這種時序控制也是有缺點的，缺點就是由于使用了模擬量進行比較，所以編寫的程序占用存儲器的容量大，繼而影響到了程序的執(zhí)行速度，降低了運行效率。3.4 交通信號燈PLC控制I/O點交通信號燈PLC控制I/O點分配如下表：輸入信號輸出信號系統(tǒng)部件代碼輸入點系統(tǒng)部件代碼輸出點啟動按鈕SB1I0.0南北綠燈HL6（HL12）Q0.5停止按鈕SB2I0.1南北黃燈HL5（HL11)Q0.4南北紅燈HL4（HL10）Q0.3東西綠燈HL3（HL9）Q0.2東西黃燈HL2（HL8）Q0.1東西紅燈HL1（HL7）Q0.0表 3.33.5 系統(tǒng)順序功能圖 此控制系統(tǒng)是個典型的順序控制系統(tǒng)，也可以

14、說是一個時間循環(huán)系統(tǒng)，為此采用C語言設(shè)計交通信號燈PLC控制梯形圖和指令語句，并通過仿真可以得到狀態(tài)波形圖如圖3.2所示。PLC通電時，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)S0.0，按下SB1啟動按鈕后，S0.1與S0.5同時接通，東西南北方向同時工作，同時定時器T37開始定時25S，T41定時20S,20S后開始閃爍電路，3S后黃燈開始亮，T43定時2S，2S后南北綠燈亮20S，再閃爍3S，3S后黃燈亮，同時東西方向紅燈亮，定時器T44定時器定時30S，30S后返回S0.1和S0.5，如此循環(huán)下去。如下順序功能圖圖3.4 系統(tǒng)順序功能圖3.6 系統(tǒng)PLC控制梯形圖圖3.6.1現(xiàn)將圖3.6.1梯形圖的動作過程加以

15、陳述，具體內(nèi)容如下：當工作人員按下系統(tǒng)開始運行的啟動開關(guān)SB1后，本系統(tǒng)開始工作，南面和北面的紅燈進入計時狀態(tài)，即計時器T0開始計時，東面和西面的綠燈通電，平光計時器T2開始計時，經(jīng)過一段時間以后閃光計時器T3開始計時，然后東面和西面的綠燈熄滅。同時，東面和西面的紅燈通電并且計時器T1開始計時，南面和北面的綠燈通電，平光計時器T5開始計時一定時間后閃光計時器T6又開始計時，就這樣本信號燈系統(tǒng)就完成了指揮所在環(huán)境的交通的一個周期。在本交通指揮系統(tǒng)的設(shè)計中我利用比較指令進行東西南北四個方向紅、黃、綠燈的發(fā)亮、熄滅的控制。當這兩個指令滿足一定的條件的時候，程序繼續(xù)運行并產(chǎn)生一定的數(shù)據(jù)，進而使相應的電

16、路通路。東西綠燈閃爍電路南北綠燈閃爍電路圖3.6 調(diào)試根據(jù)以上硬件接線圖連接好電路，然后把程序?qū)懭隤LC中進行調(diào)試，確認端子接線無誤后，交通燈PLC控制系統(tǒng)就可以投入運行，從實際實驗測試獲得的數(shù)據(jù)可以得出：此系統(tǒng)運行穩(wěn)定，已經(jīng)達到預期要求，交通燈能夠正常運行。4 結(jié)束語 十字路口交通燈的控制方法有許多，但是由于紅綠燈都是安裝在那些噪聲比較大而且多的路口，這種工作環(huán)境的復雜程度可想而知，所以這對交通信號燈的運作穩(wěn)定性、可靠程度、抵抗外界因素干擾的能力都要求較高，而PLC正是適應了這一點。而它的順序設(shè)計法是順序控制系統(tǒng)中較為前衛(wèi)的一種方法，不僅能被程序設(shè)計人員很好的理解并進行優(yōu)化，而且設(shè)計效率高、

17、相對減少了設(shè)計的時間成本，而且調(diào)試、修改、閱讀程序都方便，極大地縮短了設(shè)計周期。參考文獻1 王恒.2002.自動控制原理.哈爾濱：哈爾濱理工大學出版社，20062 褚雪蓮.可編程控制器與紅綠燈.三亞：信息技術(shù)教學與研究，2011年第23期考試周刊3 曹建軍.PLC監(jiān)控交通控制.徐州：科技資訊，2003 NO.274 王曉偉.C語言程序編程及設(shè)計.西安：西安工業(yè)大學出版社，20035 李杏春.單片機原理及使用接口技術(shù)M .北京：北京航空航天大學出版社，1996.6 張洪潤，易濤.單片機應用技術(shù)教程 （第二版）M .北京：清華大學出版社， 2003.7 求是科技.單片機典型模塊設(shè)計實例導航J .北

18、京：人民郵電出版社，2004 .8 孫進生.電子產(chǎn)品設(shè)計實例教程J .北京：冶金工業(yè)出版社，2004.9 段九州.放大電路實用設(shè)計手冊J .沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，2002.10 潘新民，王燕芳.微型計算機控制技術(shù)M .北京：電子工業(yè)出版社，2004.11 全國大學生電子設(shè)計競賽組委會.第五屆全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編J .北京：北京理工大學出版社，2003.致謝四年的大學生活，通過這次畢業(yè)論文的完成也即將宣告結(jié)束。作為一名本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有不少考慮不周的地方，如果沒有魏老師的督促指導，以及周圍同學的支持，想要完成這次論文是難以想象的。在自己完成論文的過程中，碰

19、到許多難點和疑惑的地方，有的一些電子電路知識是以前沒有深入探究的，在去圖書館和網(wǎng)上查閱相關(guān)書籍資料的過程中一度是我差點到達崩潰的地步。所幸我沒有被失敗擊垮。自信、堅強、樂觀的態(tài)度讓我堅持到了最后，并且爭取到了不錯的結(jié)局，我順利地完成了學校交給我的最后一項任務(wù)畢業(yè)論文。在這里我要感謝我的畢業(yè)論文指導老師魏老師，魏老師具有淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，他對我的畢業(yè)論文的順利完成具有至關(guān)重要的作用。然后我還要感謝我大學學習中的所有老師，每位老師都在我們的學習成長道路上流下了辛勤的汗水；同時還要感謝所有的同學們，正是你們的支持和鼓勵，才使我有了更大的成長。最后感謝栽培我學習成長的學校山西大同大學（御

20、東校區(qū)）。PLC Controlled Crossroads Traffic LightsAbstract: With the rapid socio-economic development, urban traffic congestion is an increasing cause for concern, some of our large cities, such as Beijing, Shanghai, Guangzhou, Shenzhen and so the overload operation. Urban traffic light control is an imp

21、ortant means to alleviate urban traffic, and traffic lights control system is the most important part of urban traffic control command system, and now the traffic lights generally use the microcontroller to its control, MCU to complete the traffic lights at the general control process, the functions of the traditional relay control circuit to much more powerful, but the reliability is not high, t