利用PLC控制十字路口交通燈

1、利用PLC實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈摘要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市交通擁堵問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，我國(guó)的一些大城市，比如北京、上海、廣州、深圳等均出現(xiàn)了超負(fù)荷運(yùn)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(lái)的交通擁堵問(wèn)題，現(xiàn)在的十字路口交通燈大多是使用單片機(jī)，繼電器或者其他的一些硬件邏輯電路控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)控，實(shí)際上使用這類系統(tǒng)確實(shí)是能較好的實(shí)現(xiàn)交通燈的一般功能，但是沒(méi)有PLC控制系統(tǒng)的高可靠性、高靈活性和高經(jīng)濟(jì)適用性，而且在一些交通燈的控制方面還無(wú)法達(dá)到一個(gè)較高的水平。PLC是專門針對(duì)自動(dòng)化控制等工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的，在面向?qū)ο蟮目刂品矫?，他的功能是單?/p>

2、機(jī)等其他器件所無(wú)法觸及的，通過(guò)各種各樣的外部接口模塊，PLC能使外部的接線變得更加簡(jiǎn)單，內(nèi)部的工作性能變得更加的穩(wěn)定，另一方面，PLC簡(jiǎn)單好學(xué)容易明白，雖然價(jià)格比單個(gè)cpu對(duì)，但是性價(jià)比高，對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，抗干擾性能也非常強(qiáng)，所以在機(jī)械控制，作業(yè)加工，流水線監(jiān)控等方面都得到了廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的主要目的就是為了較好的實(shí)現(xiàn)人和車能合理地分流，緩解時(shí)下城市所面臨的交通壓力。關(guān)鍵詞：交通擁堵 PLC 信號(hào)燈目 錄1 簡(jiǎn)單介紹可編程控制器及控制思路設(shè)計(jì)步驟的闡述11.1 可編程序控制器11.2控制思路設(shè)計(jì)步驟12 硬件設(shè)計(jì)22.1 交通燈的組成22.2 交通燈的各項(xiàng)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(jì)33.1 控制要求33.2 程序設(shè)計(jì)43.3 系統(tǒng)工作時(shí)序圖43.4 交通信號(hào)燈PLC控制I/O點(diǎn)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(yǔ)8參考文獻(xiàn) 9致謝91 簡(jiǎn)單介紹可編程控制器及控制思路設(shè)計(jì)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(kuò)展設(shè)備，就構(gòu)成了可編控制器。因?yàn)镻LC相對(duì)于很多其它控制器有很多優(yōu)點(diǎn)，比如體積小、可被自由編程、運(yùn)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(qiáng)，所以應(yīng)用很廣泛，幾乎在所有工業(yè)自動(dòng)化控制

4、領(lǐng)域都有它的身影。當(dāng)然在交通信號(hào)燈的控制方面，我們也不例外，仍然首選可編程控制器進(jìn)行控制。目前，許多大城市的交通擁堵問(wèn)題經(jīng)常被新聞媒體提起，說(shuō)明交通問(wèn)題已經(jīng)亟待解決，不然會(huì)影響城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，那么如果能夠快速有效地控制好十字路口的信號(hào)燈工作情況，那么這將會(huì)大大改善當(dāng)前城市的交通擁堵?tīng)顩r。將PLC應(yīng)用于交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)中，可以有效的縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、高效率地管理。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(hào)燈來(lái)說(shuō)明可編程控制器軟件和硬件的設(shè)計(jì)。I/O擴(kuò)展單元外設(shè)接口系統(tǒng)程序-用戶程序I/O擴(kuò)展接口編程器存儲(chǔ)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(chǎng)信號(hào)圖1.2 PLC硬件組成圖1.2控制思路設(shè)計(jì)步驟實(shí)地對(duì)十字路口的交通燈進(jìn)行觀察，得到信號(hào)燈的工作時(shí)序。如表3.1；設(shè)計(jì)輸入/輸出口接線圖；畫(huà)出交通燈控制時(shí)序圖；畫(huà)出交通信號(hào)燈時(shí)序控制圖；畫(huà)出交通信號(hào)燈PLC控制梯形圖；畫(huà)出東西、南北綠燈閃爍電路圖；最后進(jìn)行調(diào)試，使該系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。2 硬件設(shè)計(jì)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(bào)警燈，其中每個(gè)燈組均包含綠、黃、紅燈。2.2 交通燈的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)中所用交通燈的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)如表2.2交通燈(顏色)波長(zhǎng)(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(zhǎng)585-5954000-5000301.8-2.2藍(lán)綠燈波長(zhǎng)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(shí)序輪流地發(fā)亮。北交通燈圖2.3 十字路口交通燈信號(hào)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(dòng)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(jì)3.1 控制要求(1) 按下啟動(dòng)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(shí)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，25秒后，綠燈閃爍三下，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，黃燈亮2秒；計(jì)時(shí)器再開(kāi)始計(jì)時(shí)，Q0.0、Q0.4通電，南北方向的紅燈亮，東西方向的綠燈亮，同時(shí)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，25秒后，綠燈閃爍三次，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，黃燈持續(xù)亮2秒。此時(shí)計(jì)時(shí)器到時(shí)，然后復(fù)位，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。當(dāng)停止按鈕SB2被按下后，本系統(tǒng)中的所有信號(hào)指示燈都斷電，停止運(yùn)行?？刂茖?duì)象有6個(gè)：東面和西

8、面安裝三對(duì)綠、黃、紅燈；南面和北面安裝三對(duì)綠、黃、紅燈。(2) 本系統(tǒng)受啟動(dòng)開(kāi)關(guān)-SB1和停止開(kāi)關(guān)-SB2兩個(gè)按鈕控制，當(dāng)SB1按鈕被按下（并自鎖）是，本系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，剛開(kāi)始的時(shí)候是南面和北面的紅燈通電和東面和西面的綠燈通電。當(dāng)停止開(kāi)關(guān)SB2關(guān)閉時(shí)，所有信號(hào)燈都會(huì)同時(shí)熄滅；(3) 南面和北面綠燈和東面和西面綠燈不能同時(shí)亮，若同時(shí)亮，則關(guān)閉信號(hào)燈控制系統(tǒng)，并立即發(fā)出提示信號(hào)，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(shí)東西綠燈也發(fā)亮，并維持25秒鐘，當(dāng)25秒鐘到時(shí)，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(shí)，

9、東面和西面的黃燈通電，并且持續(xù)2秒鐘，當(dāng)2秒鐘結(jié)束時(shí)，東面和西面的黃燈熄滅，東面和西面的紅燈通電。與此同時(shí)，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(shí)南面和北面黃燈亮，持續(xù)通電2秒鐘后熄滅。此時(shí)，東面和西面紅燈熄滅，南面和北面的紅燈也開(kāi)始發(fā)亮，東面和西面的綠燈也開(kāi)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(dòng)按鈕，交通信號(hào)燈恢復(fù)正常的工作；(7) PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)控制，周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)地運(yùn)行著上述過(guò)程。圖2.3是系

10、統(tǒng)信號(hào)示意圖。每一個(gè)交通信號(hào)燈的亮與按都受開(kāi)關(guān)SB1和SB2的全局控制，當(dāng)工作人員按下SB1按鈕的時(shí)候，系統(tǒng)開(kāi)始工作，紅綠燈和計(jì)時(shí)器進(jìn)入循環(huán)運(yùn)行周期，不停地重復(fù)同一過(guò)程直至得到停止工作的命令；按一下SB2按鈕，所有信號(hào)燈都熄滅，即信號(hào)燈系統(tǒng)停止工作。信號(hào)燈的具體要求如下表：東面和西面信號(hào)綠燈通電綠燈閃爍黃燈通電紅燈通電時(shí)間25s3s2s30s南面和北面信號(hào)紅燈通電綠燈通電綠燈閃爍黃燈通電時(shí)間30s25s3s2s表3.13.2 程序設(shè)計(jì)由于C語(yǔ)言具有良好的可移植性和可讀性，用來(lái)開(kāi)發(fā)PLC程序提高了開(kāi)發(fā)周期和效率。終端程序設(shè)計(jì)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(hào)的采集

11、、初始化、模塊通訊和系統(tǒng)工作過(guò)程中的信號(hào)的分析處理等功能。全部程序在windows環(huán)境下測(cè)試通過(guò)，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都能穩(wěn)定高效地完成。3.3 系統(tǒng)工作時(shí)序圖下面的時(shí)序圖3.2可以直觀地描述在下面的控制梯形圖的動(dòng)態(tài)過(guò)程，橫方向表示時(shí)間，豎方向表示高、低電平。在此圖中“接通”用高電平表示，其對(duì)應(yīng)的繼電器號(hào)后面有舉行部分，“關(guān)閉”用低電平表示，這里將下面的時(shí)序圖所示的PLC控制交通信號(hào)燈的運(yùn)行過(guò)程闡述如下：按由左到右的順序?qū)ζ溥M(jìn)行分析，圖中所示為南、北紅燈和東、西綠燈接通后20秒時(shí)間，然后綠燈開(kāi)始閃爍3秒，紅燈仍然發(fā)亮3秒，接著東、西綠燈熄滅，此時(shí)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(shí)仍然發(fā)亮，之后熄滅，同時(shí)南、北黃燈持續(xù)發(fā)亮2秒后熄滅。整個(gè)過(guò)程周而復(fù)始，知道按下停止按鈕OFF。如圖3.2 系統(tǒng)工作時(shí)序圖 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序這個(gè)模塊我采用基本邏輯的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的控制。在此次設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈監(jiān)控系統(tǒng)中，我利用C語(yǔ)言程序來(lái)驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)關(guān)和計(jì)時(shí)器（平光計(jì)時(shí)器和閃光計(jì)時(shí)器）實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的工作以及它的工作狀態(tài)。本著盡量簡(jiǎn)單和易于用戶理解的原則，我設(shè)計(jì)出了上面的時(shí)序圖，在本圖中使用8個(gè)計(jì)時(shí)器，使用模擬信號(hào)將程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物理實(shí)現(xiàn)，繼而使硬件設(shè)備工作。在現(xiàn)實(shí)生活中這種時(shí)序控制思路可以進(jìn)行大范圍，具有

13、一定的社會(huì)價(jià)值。但這種時(shí)序控制也是有缺點(diǎn)的，缺點(diǎn)就是由于使用了模擬量進(jìn)行比較，所以編寫的程序占用存儲(chǔ)器的容量大，繼而影響到了程序的執(zhí)行速度，降低了運(yùn)行效率。3.4 交通信號(hào)燈PLC控制I/O點(diǎn)交通信號(hào)燈PLC控制I/O點(diǎn)分配如下表：輸入信號(hào)輸出信號(hào)系統(tǒng)部件代碼輸入點(diǎn)系統(tǒng)部件代碼輸出點(diǎn)啟動(dòng)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(gè)典型的順序控制系統(tǒng)，也可以

14、說(shuō)是一個(gè)時(shí)間循環(huán)系統(tǒng)，為此采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈PLC控制梯形圖和指令語(yǔ)句，并通過(guò)仿真可以得到狀態(tài)波形圖如圖3.2所示。PLC通電時(shí)，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)S0.0，按下SB1啟動(dòng)按鈕后，S0.1與S0.5同時(shí)接通，東西南北方向同時(shí)工作，同時(shí)定時(shí)器T37開(kāi)始定時(shí)25S，T41定時(shí)20S,20S后開(kāi)始閃爍電路，3S后黃燈開(kāi)始亮，T43定時(shí)2S，2S后南北綠燈亮20S，再閃爍3S，3S后黃燈亮，同時(shí)東西方向紅燈亮，定時(shí)器T44定時(shí)器定時(shí)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(dòng)作過(guò)程加以

15、陳述，具體內(nèi)容如下：當(dāng)工作人員按下系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SB1后，本系統(tǒng)開(kāi)始工作，南面和北面的紅燈進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)，即計(jì)時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，東面和西面的綠燈通電，平光計(jì)時(shí)器T2開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后閃光計(jì)時(shí)器T3開(kāi)始計(jì)時(shí)，然后東面和西面的綠燈熄滅。同時(shí)，東面和西面的紅燈通電并且計(jì)時(shí)器T1開(kāi)始計(jì)時(shí)，南面和北面的綠燈通電，平光計(jì)時(shí)器T5開(kāi)始計(jì)時(shí)一定時(shí)間后閃光計(jì)時(shí)器T6又開(kāi)始計(jì)時(shí)，就這樣本信號(hào)燈系統(tǒng)就完成了指揮所在環(huán)境的交通的一個(gè)周期。在本交通指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中我利用比較指令進(jìn)行東西南北四個(gè)方向紅、黃、綠燈的發(fā)亮、熄滅的控制。當(dāng)這兩個(gè)指令滿足一定的條件的時(shí)候，程序繼續(xù)運(yùn)行并產(chǎn)生一定的數(shù)據(jù)，進(jìn)而使相應(yīng)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(jìn)行調(diào)試，確認(rèn)端子接線無(wú)誤后，交通燈PLC控制系統(tǒng)就可以投入運(yùn)行，從實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)可以得出：此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，已經(jīng)達(dá)到預(yù)期要求，交通燈能夠正常運(yùn)行。4 結(jié)束語(yǔ) 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(fù)雜程度可想而知，所以這對(duì)交通信號(hào)燈的運(yùn)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(yīng)了這一點(diǎn)。而它的順序設(shè)計(jì)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(jì)人員很好的理解并進(jìn)行優(yōu)化，而且設(shè)計(jì)效率高、

17、相對(duì)減少了設(shè)計(jì)的時(shí)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(jì)周期。參考文獻(xiàn)1 王恒.2002.自動(dòng)控制原理.哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)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(xué)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(yǔ)言程序編程及設(shè)計(jì).西安：西安工業(yè)大學(xué)出版社，20035 李杏春.單片機(jī)原理及使用接口技術(shù)M .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996.6 張洪潤(rùn)，易濤.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程 （第二版）M .北京：清華大學(xué)出版社， 2003.7 求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航J .北

18、京：人民郵電出版社，2004 .8 孫進(jìn)生.電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例教程J .北京：冶金工業(yè)出版社，2004.9 段九州.放大電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)J .沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.10 潘新民，王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M .北京：電子工業(yè)出版社，2004.11 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì).第五屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編J .北京：北京理工大學(xué)出版社，2003.致謝四年的大學(xué)生活，通過(guò)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(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有不少考慮不周的地方，如果沒(méi)有魏老師的督促指導(dǎo)，以及周圍同學(xué)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(guò)程中，碰

19、到許多難點(diǎn)和疑惑的地方，有的一些電子電路知識(shí)是以前沒(méi)有深入探究的，在去圖書(shū)館和網(wǎng)上查閱相關(guān)書(shū)籍資料的過(guò)程中一度是我差點(diǎn)到達(dá)崩潰的地步。所幸我沒(méi)有被失敗擊垮。自信、堅(jiān)強(qiáng)、樂(lè)觀的態(tài)度讓我堅(jiān)持到了最后，并且爭(zhēng)取到了不錯(cuò)的結(jié)局，我順利地完成了學(xué)校交給我的最后一項(xiàng)任務(wù)畢業(yè)論文。在這里我要感謝我的畢業(yè)論文指導(dǎo)老師魏老師，魏老師具有淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，他對(duì)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(xué)學(xué)習(xí)中的所有老師，每位老師都在我們的學(xué)習(xí)成長(zhǎng)道路上流下了辛勤的汗水；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是你們的支持和鼓勵(lì)，才使我有了更大的成長(zhǎng)。最后感謝栽培我學(xué)習(xí)成長(zhǎng)的學(xué)校山西大同大學(xué)（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