交通信号灯控制系统的设计

1、交通信号灯控制系统的设计 摘要智能控制的交通指挥中心系统缓解了城市道路的拥堵的，使道路的通行能力得到了提高。同时减少了许多交通事故，车辆的尾气排放也得到了很大的改善，降低了对环境的污染。论文采用PLC实现对交通信号灯控制，编程简单明了，易于维护。利用组态软件MCGS对于交通灯控制系统进行相关的控制，便于机器和使用者进行有效的数据的交流。关键字：交通控制；交通灯；PLC控制；MCGS目录第1章 绪论11.1 设计背景及意义11.2 课题当前研究现状11.2.1 国际研究现状11.2.2 国内研究现状21.3 十字路口交通灯的介绍3第2章 硬件部分介绍42.1 PLC的相关知识42.1.1 PLC产生和定义42.1.2 PLC的基本组成42.1.3 PLC的基本工作原理52.1.4 PLC的特点52.2 PLC的应用与前景52.4 输入输出点分配表62.4.1 PLC控制系统I/O接线图72.4.2 十字路口交通灯的接线图82.5 十字路口交通灯的程序设计10第3章 软件部分介绍123.1 MCGS软件的整体介绍123.1.1 MCGS软件的基本概念123.1.2 MCGS软件的主要特点1

2、23.2 MCGS组态软件的整体结构133.3MCGS组态软件的功能和特点143.4组态界面画面的设计15结 论17致谢18参考文献19 第1章 绪论1.1 设计背景及意义随着社会经济的发展，城市的交通问题逐渐开始引起了人们的关注。首先，一个城市生活水平和投资环境取决于交通是否便捷，便捷的交通环境可以使一个国家的经济稳定上升，从而直接影响到公民的生活质量。为了缓解交通压力，在一些较大的城市，比如北京，上海等，政府考虑建设地铁或轻轨，的确，对于大城市来讲，这是一个好的方法，但针对大多数中小城市，由于建设地铁或轻轨需要消耗大量的时间和资金，这些对于大多数正处于发展中的中小城市来说，花费大量的时间和金钱去解决这一问题就显得极不现实。其次，由于道路上车辆越来越多，不仅对居民的出行造成了极大的影响，而且更重要的是，道路上车辆的日益增多，道路的严重阻塞，严重降低了驾驶员的安全系数，对驾驶员的生命和财产造成了很大的影响。所以，改善与提高现有的交通控制系统，提高现有的交通控制系统的效率已经成为了交通管理部门和驾驶者自身需要解决的重要问题之一。目前，对于交通灯，可以采取很多种的控制方式，比如用单片机，标

3、准逻辑器件，以及可编程序逻辑器件PLC等方案。为了更好实现功能，采用了标准逻辑器件进行设计，因为这种方式比单片机更容易进行编程并且也能够更加的能够进行维护。通过对于PLC系统能够有效的进行对于交通信号灯进行有效的控制，对于控制信号灯控制的程序简单，很容易进行维护，并且还有计时的功能。由于单片机编程复杂不容易掌握，而且不便于维护，而标准逻辑器件在实现电路时，会受到逻辑器件如门电路等影响，这样会使调试工作极不容易。用PLC实现对交通信号灯控制，由于其内部定时器，计时器资源十分丰富，可对普遍使用的渐进式信号灯进行精确的控制，而且编程简单明了具有通讯联网功能，易于维护，改进难度小，功能完善，实用性强。综上，我选择用PLC来实现对交通信号灯系统的控制来完成对此次论文题目的设计。1.2 课题当前研究现状1.2.1 国际研究现状交通信号灯灯的起源可追溯到十九世纪初的英国，自十九世纪中期以来，城市交叉路口的交通拥堵问题就引发了人们对交的关注。1868 年，世界第一台交通自动信号灯（煤油）在英国伦敦诞生成为了世界交通的历史上一件具有划时代意义的事情。但是后来，由于发生了一件信号灯自燃而爆裂致使一位正在值

4、勤的警察断送性命的事故，由于发生了以上事故的原因，这种控制灯消失在市场上，由于这种信号灯有一定的作用这种交通灯又重新返回市场，最新出现在英国并且有一定的成效。主要对两方面进行了改善，第一方面是，信号灯本身由煤气改变成了电力，这一点使信号灯的安全系数得到了很大的提高，很大程度上避免了人员的伤亡，另一方面，这次使用了车辆感应式信号控制器，这就使信号灯的控制方式更加的先进。但世界上没有十全十的事物，这种信号灯也存在缺点，就是控制范围比较小，控制精度较低。二十世纪六十年代，包括美国，英国在内的其他国家也纷纷加入对信号灯问题的讨论，研究出信号联动协调控制系统，这种控制相比二十世纪初的信号灯的优点在于，它的控制范围增加了许多，控制精度也有所提高。逐渐，世界上开始出现许多信号控制系统，其代表：SCOOT，SCATS，TRANSYT，罗德等。TRANSYT系统是世界上最负盛名的信号优化方案添加，它起源英国公路运输协会，SCOOT自适应控制系统的研究和开发英国道路运输研究所和另外三家公司共同完成，SCATS系统是敏感的在线操作系统，它是由南威尔士和交通管理的澳大利亚开发成功。罗尔德系统，是目前最新出现的

5、系统。这是被美国亚利桑那州大学研究成功的，它充分利用了通信，控制，系统的控制和操作的最新技术。所以，我们说，这个系统是迄今为止最先进的系统。1.2.2 国内研究现状中国交通运输业的发展起步比较晚，第一个交通灯出现在上海的英租界，在第二十世纪南京四十年代还出现在交通信号灯。新中国成立以后，随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，交通运输体系也得到了逐步完善。通过在各个路口尤其是交通拥挤的路口安装好这种路灯，能够更好的使车辆更加有秩序的进行通过，并且通过早我国进行大规模的进行安装能够更好的减少交通事故的发生，并且使车辆有秩序的通过，并且通过对于信号灯进行不断的更新改进，并且取得了很大的成就。在我国对于交通信号灯的设计主要通过图像处理以及嵌入式系统的方式进行对于信号灯的控制，也有用单片机进行相关的进行控制，但是很少用编程的方式进行对于交通控制灯的控制。1.3 十字路口交通灯的介绍 如图1.1是一个交通灯的示意图所示，该交通控制灯能够根据是否是车辆高峰期改变控制灯显示的时间，通过这种方式能够更好的使车辆正常的通过。具体如图2.1所示： 图1.1 十字路口交通信号灯的示意图第2章 硬件部分介绍2

6、.1 PLC的相关知识2.1.1 PLC产生和定义 在1968年这种技术是由美国的一家汽车公司最新提出来了这项技术，并且在1969年正式的试用成功，PLC具有一定的逻辑运算的功能，并且还具有计算时间、定时的功能，受到了很多人的软件编程人员的喜爱。到了80年代，计算机技术已经得到了快速的发展，并且计算机技术已经得到了一定的成就。可编程控制器因为能够更好的使计算机和人进行人机互动，并且能够更好的进行对于计算机进行控制，所以计算机科学家对于可编程控制器进行了全方面的研究，接下来就详细的分析什么是可编程控制器:这种编程逻辑控制器能够更好的应用在工业环境生产中，并且还能够对于数据信息的进行有效的存储，还可以对于数据代码在一次的进行编程。并且根据数据代码对于事件进行控制，还可以对于程序进行相关的扩展。2.1.2 PLC的基本组成通过查阅大量的资料可以得出：开发出来的可编程控制器的品种是非常多的，并且生产出来的plc的型号也是不同的，从工作原理这一角度进行出发，它们的原理基本相同，但是唯一不同的就是，它的核心处理器，它能够更好的去使硬件和软件进行紧密的联系起来，进行配合相关的工作。为了更好的进行了解

7、plc内部的工作的原理，如图2.1所示： 图2.1 PLC硬件结构组成框图2.1.3 PLC的基本工作原理plc能够更好的对编程程序进行存储，并且开发者能够根据项目所需要的要求进行对于这些程序进行改写，plc就有一定的控制的作用，plc不同于计算机，它们之间具有很大的区别，当计算机进行运行程序的过程中，在这个过程中一旦执行到end指令，所有的程序就会终止，然而plc与计算机进行处理程序就大大不一样，当他遇到中断或者跳转的情况下，它会进行相应的工作，并且可以进行使用plc进行一系列的控制操作2.1.4 PLC的特点PLC不但综合了各种继电器和接触器控制的优点，而且灵活、方便，易于维护，具有其他众多控制器所无法比拟的优点。具体总结如下：1）抗干扰能力强2）编程语言简单，易学易掌握3）通用性强，使用起来方便4）采用模块化的结构，使系统组合起来更为灵活5）设计周期短，节约时间成本6）体积小巧、轻便、功耗低7）调试方便，易于维护8）对环境适应性强2.2 PLC的应用与前景由于计算机科学的发展和工业自动化的日益发展，为了更好的适应生产工作的需求，可编程控制器得到了更加的完善，它不仅仅具有开关的功能

8、，而且还可以将数据进行存储，并且紧密的和通信系统紧密的联系起来，功能也越发的完善，在不久的未来，可编程控制器它的体积是非常的小的，并且价格也越来越低，广泛的应用在工业自动化的生产的过程中，从而可以得出plc的发展趋势如下： 1.标准化产品的标准化一方面能够保证产品的质量，另一方面也能使了各大厂家生产的的产品相互兼容。因此，将编程技术标准化是大势所趋。2.中央处理速度有明显加快的趋势中央处理器是plc的核心部件，在未来中央处理器处理数据的速度更加的快，并且能够和cpu进行紧密的联系起来，进行对于数据的处理，从而达到各个模块的功能进行有效的分化，达到了加速处理数据的速度的效果。3.集成，通信，网络由于控制内容复杂，难度大，可编程控制器将与上位机集成，并集成了控制系统和集成系统。同时，加强通信能力也是可编程控制器的一个重要发展方向，尤其微机控制下的产品的数量正在飞速增长。可编程序控制器和上位机建立的人机交互界面，能够将PLC、监控上位机和操作人员巧妙的结合起来，使控制效率得到了很大的提高。同时，由于可编程控制器能够利用计算机丰富的软件资源，并可对数据和可编程控制器进行存取，所以，能够实现以电

9、脑为基础的控制方法，使用户使用起来更加的方便，并提供一个开放的体系结构，用户可以根据需要选择从各种不同的，可编程控制器和我/输出设备的制造商，降低了生产成本的同时也提高了生产率。4 .PLC的新进展：软PLC随着计算机软、硬件技术的迅速发展，自动控制技术也取得了新的进展，目前，以计算机作为控制模式的平台成为了越来越多有的工业自动化控制产品和机电一体化产品的选择，于是，诞生了软PLC。软可编程控制器与传统的可编程控制器不同点在于，它可以用软件实现了传统的可编程控制器的功能，其最大的优点在于软PLC具有灵活的扩展能力，用户可以选择不同的生产厂家所生产的各种不同硬件产品，充分利用每个软件和硬件的最佳特性，使最优控制系统的组成易于实现。同时它的优点还有，它能够方便的和硬件进行连接，因为许多I/O卡可以直接连接到软PLC计算机的总线上。因此，可以说，软PLC实现了工业控制计算机和可编程控制器的完美结合，同时方便扩展性能和人机交互，是未来可编程控制器的一个主要发展方向。2.4 输入输出点分配表为了将十字路口交通灯的控制关系用PLC控制器实现，PLC需要2个输入点（启动开关、转换开关），6个输出点。为了使用方便，所以选择了FX2N-64MT型的PLC。 表2.1 输入输出点分配表 2.4.1 PLC控制系统I/O接线图根据十字路口交通灯的输入输出点分配表，画出如图2.2所示的PLC控制系统I/O接线图。 图2.2 PLC控制系统I/O接线图2.4.2 十

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