基于PLC智能交通灯监控系统的设计、[摘 要]针对我国城市交通拥堵现状在监控系统设计中采用可编程控制器(PLC)设计了一种智能交通灯监控系统以解决交通拥堵问题。在交叉口相应位置嵌入传感器线圈对该段交通流量进行统计并根据交通流量的变化改变绿灯的监控时间。实时合理配置绿灯资源提高交叉口的通行能力。采用PLC300FX系列PLC设计了十字路口倒计时交通灯控制系统的硬件系统和软件系统。该交通灯控制系统在每个交叉口都有固定的工作周期并通过7根数码管倒计时显示出相应灯的剩余时间。此外当道路拥挤时中央控制中心可以智能地调整交通灯的工作周期。[关键词]智能交通灯监控系统PLC十字路口车流量Design of Intelligent Traffic Light Monitoring System Based on PLCXu ChunyangAbstractIn view of the current situation of urban traffic congestion in China, an intelligent traffic light monitoring system is designed by using programmable logic controller (PLC) in the design of monitoring system to solve traffic congestion. Embedded sensor coils in the corresponding position of the intersection, the traffic flow on this section is counted, and the monitoring time of the green light is changed according to the change of traffic flow. Real-time rational allocation of green light resources can be made, and the traffic capacity of the intersection can be improved. The hardware system and software system of traffic light control system with countdown display at intersection are designed with Mitsubishi FX series PLC. The traffic light control system has a fixed working cycle at each intersection, and shows the remaining time of the corresponding lights by Countdown with seven digital tubes. Moreover, the central control center can intelligently adjust the working cycle of traffic lights when the road is crowded.Keywordsintelligent traffic lights; monitoring system; PLC; intersection; traffic flow目录第一章、 课题研究的背景意义 4第二章、 PLC介绍及发展 42.1 PLC概述 52.2 PLC的组成及结构 52.3 PLC的交通灯监控设计目的。 52.4 PLC交通灯监控系统基本原理 62.5 PLC交通灯监控系统的优点 6第三章、 方案所需准备 73.1 交通参数获取 73.11感应控制 73.12车辆检测 73.2 智能控制规则 73.2.1定时时间分配规则 83.2.2智能延时规则 8第四章、 设计概述与工作原理 84.1 十字路口交通灯的常规工作 94.2 同时监控车流量与行人流量 自动监控交通灯合理调整车辆通行时间 94.3 同时监控车流量与行人流量 交互监控交通灯合理调整行人通行时间 94.4 特殊人群应用模块设计 9第五章、 智能交通灯监控系统的设计 105.1 硬件系统设计 125.2 软件系统设计 12第六章、 监控系统设计 136.1 常规工作模式 136.2 智能工作模式 146.3 紧急工作模式 14第七章、 功能模块实现 157.1 常规工作模块 157.2 流量监测监控模块 157.3 交互监控模块 167.4 特殊人群应用模块 16第八章、 监控过程 16第九章、总结与展望 17十、参考文献 18第一章、课题研究的背景意义随着经济的不断发展和城市私家车数量的不断增加交通堵塞尤其是在交通高峰期这个问题已经成为一个重要的社会问题。现在来衡量城市发展水平的一个重要指标便是城市交通。交通能否快速、安全、有序地运行是交通管理的首要问题。交通灯是最常见、最有效的交通引导方式。传统的交通灯监控方法是通过对道路交通流量的调查和统计预先设定交通灯的固定时间。然而城市交通是一个复杂多变的整体系统交通量随时间而变化。例如当交通量较小时应适当减少循环周期减少等待时间。在交通量较大的高峰期应适当增加交通时间使更多的车辆通过。在一些十字路口东西方向的交通量与南北方向的交通量存在较大差异。交通流量大的一侧要延长绿灯时间救护车、消防车等特种车辆通行。因此城市交通信号灯应是一个多模式的系统针对不同的问题应采用不同的模式。研究开发了一种基于PLC的多模式交通监控系统。该系统不仅具有传统的交通灯循环、时间显示、根据交通量自动调整交通灯时间的智能模式而且还具有特殊车辆的应急模式。当专用车辆到达时系统自动疏通道路实现专用车辆的紧急通行。每个交叉口被视为一个监控终端每个交叉口上有一个集电极和一个GPRS模块每个方向上都有一个监视器。Monitor用于直接监控交通灯状态、时间显示屏获取各车道车辆信息;收集器用于获取下属各监控器的数据并发送监控命令。采集器将采集到的数据通过GPRS网络发送到监控中心并对监控中心的数据进行分析从而实现对路况的监控。PLC是一种专门为工业环境中数字化操作应用而设计的电子监控设备。这应该是一个理想的显示器选择。PLC采用可编程存储器存储和执行逻辑操作、顺序操作、定时、计数和算术操作等操作指令通过输入和输出数字或模拟量来监控各类机械或生产过程。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、输入简单方便、适应性强、成本低等特点。利用PLC作为智能交通灯的硬件监控部分可以在恶劣的电磁干扰环境下正常工作。交通灯作为控制交通流量、提高道路通行能力的有效手段对减少交通事故有着明显的效果。随着电子技术的发展交通信号灯控制系统的设计方法层出不穷。可编程序控制器(PLC)作为一种工业计算机在工业自动化中发挥着极其重要的作用。它具有小型化、低价格、高可靠性的特点已广泛应用于各个行业。近年来利用PLC设计交通灯控制系统的方法很多但各自的功能不尽相同。本文利用PLC实现了交通信号灯控制系统。建立了交叉口倒计时显示交通灯的电气控制系统并给出了系统的软硬件设计方法。实验表明该系统简单经济能有效地指导交通提高交叉口通行能力。。本文利用PLC实现了交通信号灯控制系统。建立了交叉口倒计时显示交通灯的电气控制系统并给出了系统的软硬件设计方法。实验表明该系统简单经济能有效地指导交通提高交叉口通行能力。第二章、PLC介绍及发展2.1 PLC概述PLC的最大特点是电气工程师不再花太多注意力集中在电气硬件,只要输入点的按钮开关或电感器连接到PLC的输入点,问题可以解决通过连接接触器继电器输出点监控大功率启动设备,而低功率输出设备可直接连接。除了工业自动化的客观需要外PLC的快速发展还具有许多适合工业监控的独特优势。它解决了工业监控领域普遍关注的可靠性、安全性、灵活性、便捷性和经济性问题。以下是它的主要特点有以下几点(1)可靠性高抗干扰能力强;(2)编程简单易于掌握。(3)设计、安装、维护方便。2.2 PLC的组成及结构PLC是用来专门为工业场合设计的。它采用典型的计算机结构由硬件和软件组成。硬件主要由CPU、电源、存储器、专门设计的I/O接口电路、外部设备和I/O扩展模块等组成。(1)中央处理器。PLC的CPU是作为通用计算机CPU的PLC的核心部件。它接收和存储用户程序和程序员根据系统程序在PLC中给出的功能输入的数据。(2)输入/输出单元(I/O单元)。I/O单元也称为I/O接口电路。各种外部信号或设置,如状态变量、数字和模拟变量,需要调用在PLC程序的执行,通过输入电路,输入到PLC程序执行的结果发送到监测站点通过输出电路,实现外部监控功能。区别在于PLC产品I/O单元是根据其工作环境和各种要求精心设计和制造的。因此他的可靠性和抗干扰能力都具有较高的品质。2.3 PLC的交通灯监控设计目的。该系统集成了自动监测技术、计量技术、新型传感器技术以及计算机管理技术于一体的机电一体化产品。充分吸收了分布式监控系统和集中式监控系统的优点。采用标准化、模块化、系统化设计配置灵活方便。PLC在交通灯系统中的应用可以缩短车辆的等待时间。实现科学管理。它为交通灯的设计提供了极大的方便。2.4 PLC交通灯监控系统基本原理根据我国的实际交通状况分析和要实现的基本功能监测过程如下:(1)信号灯由启动开关监控。当启动开关打开时信号灯系统开始正常工作由南北向红灯亮起再由东西向绿灯亮起。当启动开关关闭时所有的灯都会熄灭了。(2)南北方向的红灯持续时间为25秒南北方向的红灯同时打开东西方向的绿灯持续时间为20秒。20多秒时东西方向的绿光闪烁3秒后熄灭。当东西向绿灯熄灭时东西向黄灯继续亮并维持2秒时间。2点左右黄灯熄灭之后东西红灯亮南北红灯灭南北绿灯亮。(3)东西方向红灯持续30秒南北方向绿灯持续25秒闪烁3秒后熄灭;同时南北黄灯持续2秒后熄灭然后南北红灯亮东西绿灯亮。(4)上述信号灯反复启动。2.5 PLC交通灯监控系统的优点(1)加强对快车的交通监控。应急车辆强通监测是指通过应急车辆的强通开关对应急车辆的强通信号进行监测。无紧急情况时按正常时间顺序对信号灯进行监控。当有应急列车驶来时打开应急保险开关使绿灯指向应急列车驶来的方向让应急列车通过。紧急车辆通过后紧急车辆的开关将被断开信号灯状态将立即恢复。按正常时间顺序进行监视。(2)交通流量监测。该功能可对交通流量进行监控并可根据交通流量对绿灯进行延迟或减少。具体如下:首先,在PLC红绿灯监测系统,设置红绿灯的时间显示在正常情况下,而且,一定数量的车辆后,绿灯延时时间和汽车的数量不到一个临界值,绿灯的时间减少。例如当远程传感器从两个方向检测到“车辆排队现象”时将“车辆排队现象”传输到PLC系统。PLC系统根据接收到的信息和其他两个方向车辆的情况来计算绿灯是否被延迟。第三章、方案所需准备3.1 交通参数获取3.11感应控制交通信号控制方法分为定时控制和诱导控制。传统的定时控制不能根据道路的实际情况来控制交通信号。城市交通效率相对较低。感应控制通过安装在十字路口的车辆检测装置来调整交通信号如环形线圈检测器它可以检测各个方向车道上的车辆数量从而改善交通信号。城市交通效率感应控制主要采用单点控制的这一方式。本文通过在所有交叉口安装环形探测器来实现全感应来达到控制的作用。3.12车辆检测车辆检测器可以实时监测交通流量、占用率、车速等交通参数。这些参数可以用来设置交通控制系统的匹配时间。检测到交通信息后检测器对交通信息进行处理并将处理后的数据传输到主机主机成为优化系统匹配时间的输入数据。交通检测器可以理解为控制系统的数据窗口影响智能交通控制系统的有效性。本文采用目前广泛使用的环形线圈车辆检测仪对某段时间内通过车道的车辆进行计数。环形线圈检测器利用电磁感应原理对车辆进行检测。它由敏感元件、转换元件和转换电路组成。图1为传感器框图。本文采用电感式传感器。电感传感器的输出脉冲可以直接连接到PLCP上。电感式传感器安装在城市公路路面以下十多厘米处。图2为电感式传感器检测车辆的原理图。3.2 智能控制规则目前我国对交通灯信号的控制仍采用单一时间序列的控制方法。这种控制方法不能根据道路的实际交通流量进行监控。通常有大流量的交通在一个车道上但等待红灯。同时车道内的交通流量相对较小但仍亮绿灯交通效率不高。因此寻找一套合理的智能交通控制规则显得尤为重要。与单片机抗干扰能力差、编程复杂等特点相比PLC的使用具有抗干扰能力强、编程方便、可靠性高、性价比高等优点因此本文采用PLC编程对交通灯信号句进行控制。3.2.1定时时间分配规则