畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告智能交通監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文） 報(bào)告（論文）題目： 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 作者所在系部： 電子工程系 作者所在專業(yè)： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 作者所在班級(jí)： 09241 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號(hào) ： 20093024101 指導(dǎo)教師姓名： 王慶鳳 完 成 時(shí) 間 ： 2012 年 6 月 6 日 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 姓姓 名：名： 劉彥 專專 業(yè)：業(yè)： 電氣自動(dòng)化班班 級(jí)：級(jí)： 09241 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)： 20093024101 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 王慶鳳 職職 稱：稱： 講師完成時(shí)間：完成時(shí)間： 2012.6.6 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：畢

2、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)目標(biāo)： 以交通信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)為整套設(shè)計(jì)方案的中心，提出一套適合一般城市應(yīng)用、基于西門子 plc 的完整控制系統(tǒng)可行性方案。 技術(shù)要求：技術(shù)要求： 1能控制十字路口東西南北的通行，通過定時(shí)器控制通行和禁止通行的時(shí)間； 2利用 plc 的相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)交通高峰低峰的通行時(shí)間的智能調(diào)整； 3在智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)中加入電子警察抓拍違章系統(tǒng) 所需儀器設(shè)備：所需儀器設(shè)備： 聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)一臺(tái)，step 7-micro/win32 v4.0 編程軟件，有關(guān)的技術(shù)手冊 成果驗(yàn)收形式：成果驗(yàn)收形式： 畢業(yè)論文 參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)： 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 、 pl

3、c 基礎(chǔ)與應(yīng)用 、 傳感器等 1 5 周-6 周立題論證 3 9 周-13 周仿真調(diào)試 時(shí)間時(shí)間 安排安排 2 7 周-8 周方案設(shè)計(jì) 4 14 周-16 周成果驗(yàn)收 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師： 教研室主任教研室主任： 系主任系主任： 摘摘 要要 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)課題，而且取得了不少的成果，在少數(shù)先 進(jìn)國家已采用智能方式來控制交通信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的有效管理，力求交通管理 先進(jìn)性和科學(xué)化,本文采用車流量傳感器檢測車輛的存在與通過,并把這一信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo) 準(zhǔn)脈沖信號(hào),作為可編程控制器的控制輸入，采用 plc 計(jì)數(shù)，按一定控制規(guī)律自動(dòng)調(diào)整紅 綠燈的時(shí)長；設(shè)計(jì)定時(shí)器在上、下班高峰期增加

4、綠燈放行時(shí)間以及合理應(yīng)用電子警察對 各個(gè)路口違章、肇事事故進(jìn)行監(jiān)控和記錄等。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 plc 智能交通監(jiān)控 車流量傳感器 電子警察 目 錄 第一章 緒論.1 1.1 課題背景及發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.2 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的簡介 .2 1.3 課題的建立以及本文完成的主要工作 .3 第二章 可編程程序控制器（plc）的簡述.5 2.1 plc 的定義及由來 .5 2.2 plc 的基本結(jié)構(gòu) .6 2.3 plc 的工作原理 .9 2.4 plc 的特點(diǎn) .9 2.5 plc 控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望 .10 第三章 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)概述.12 3.1 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的 .12 3.2 系

5、統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .12 3.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .12 3.4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案分析 .12 3.5 設(shè)計(jì)流程圖 .13 第四章 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì).14 4.1 電子警察監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .14 4.1.1 系統(tǒng)概述 .14 4.1.2 系統(tǒng)分析 .14 4.1.3 前段抓拍子系統(tǒng)技術(shù)詳解 .15 4.2 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .19 4.2.1 交通燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 .19 4.2.2 車輛滯留檢測系統(tǒng) .19 4.2.3 信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置 .21 4.2.4 正常運(yùn)行模塊程序框圖及分析 .22 4.2.5 車流量信號(hào)智能處理模塊及分析 .23 4.2.6 交通燈智能控制程序框圖 .23 第

6、五章 設(shè)計(jì)總結(jié).26 致謝.27 參考文獻(xiàn).28 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1.1 課題背景及發(fā)展現(xiàn)狀 1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信 號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868 年，英國機(jī)械工程師納 伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它 由紅綠兩種旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止” ，綠色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914 年，電器啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國。 這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 5 號(hào)

7、大街的一座高塔上。紅 燈亮表示“停止” ，綠燈亮表示“通行” 。1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅 綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈； 另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外 線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把 信號(hào)燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交 通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。 1968 年，聯(lián)合國道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定對各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。 綠燈是通行信號(hào)，面對綠

8、燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某 一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu) 先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警 告信號(hào)，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí) 可以進(jìn)入交叉路口。在汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后，隨之而來交通問題也越來越多，如交 通堵塞和交通事故時(shí)常發(fā)生，這不但給人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成了威脅，同時(shí)還制約著國 民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了緩解交通的負(fù)荷量，使車輛運(yùn)行暢通無阻，交通事業(yè)整嚴(yán)有序，我 國引進(jìn)了與國情相符合的國外先進(jìn)的控制體系，多車道交通燈控制系統(tǒng)，不但解決以往

9、 交通控制系統(tǒng)的局限性，同時(shí)還加快了車流量速度。并制定了道路交通安全法實(shí)施條 例第三十八條明確規(guī)定：綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛通行，但轉(zhuǎn)彎的車輛不得妨礙被放行的 直行車輛、行人通行， 黃燈亮?xí)r，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行，紅燈亮?xí)r，禁止 車輛通行。 城市的現(xiàn)狀隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、 路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng) 是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn) 代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市 如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況

10、。因此，自 80 年代后期，這些城市 紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。 然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分 發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀 況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法， 最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的 交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門待解決的主要問題。 智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國家 已采用智能方式來控制交通

11、信號(hào)。 1.2 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的簡介 智能交通系統(tǒng)的出現(xiàn)大大改變了我國緊張的交通形勢，它能夠根據(jù)車流量的變化自 動(dòng)調(diào)整紅綠燈的時(shí)間長度，不會(huì)出現(xiàn)空道占時(shí)的情形，最大限度的減少十字路口的車輛 滯留現(xiàn)象，有效地緩減交通擁擠，實(shí)現(xiàn)交通控制的最優(yōu)控制，大大的提高了交通系統(tǒng)的 效率。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國民生活水平不斷提高，私家車輛的數(shù)量大幅度的增 加，道路擁擠的問題日益突出，智能交通系統(tǒng)一定會(huì)得到廣泛應(yīng)用。 智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，最早可以追溯到 20 世紀(jì)七八十年代的一系列車輛導(dǎo)流系統(tǒng)新 技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。1991 年美國通過“地面交通效率法” （istea） ，俗稱“冰茶法案” ， 從此美國的

12、ivhs 研究開始進(jìn)入宏觀運(yùn)作階段。1994 年，美國將 ivhs 更名為 its。之后， 歐洲、日本等也相繼加入了這一行列。經(jīng)過 30 年的發(fā)展，美國、歐洲、日本成為世界 its 研究的三大基地。美國是當(dāng)今世界在 its 開發(fā)領(lǐng)域發(fā)展最快的國家，它從上個(gè)世紀(jì) 80 年代開始，先后開展了與智能汽車技術(shù)相關(guān)的 path、ivi、vii 和 cvhas 等國家項(xiàng)目 1995 年 3 月美國交通部正式出版了“國家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃” ，明確規(guī)定了智能交 通系統(tǒng)的 7 大領(lǐng)域和 29 個(gè)用戶服務(wù)功能目前 7 大領(lǐng)域包括：出行和交通關(guān)系系統(tǒng)、出行 需求管理系統(tǒng)、公共交通運(yùn)營系統(tǒng)、商用車輛運(yùn)營系統(tǒng)、電子

13、收費(fèi)系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、 先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng)。日本于上個(gè)世紀(jì) 90 年代初就制定了大力發(fā)展智能交通系統(tǒng) 的國家戰(zhàn)略，其中智能汽車作為智能交通的重要組成部分，也得到了深入研究。日本政 府主導(dǎo)的先進(jìn)安全汽車 asv 項(xiàng)目已于 2000 年取得初步實(shí)用化成果。 我國 its 的發(fā)展起 步較晚，70 年代以來，從國外引進(jìn)、消化了一些項(xiàng)目，并進(jìn)行了一些 its 或類 its 基礎(chǔ) 項(xiàng)目的研究和應(yīng)用。70 年代中至 80 年代初，主要是進(jìn)行城市交通信號(hào)控制試驗(yàn)研究， 80 年代中至 90 年代初，在一些大城市引進(jìn)和消化城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一些 （高速）公路監(jiān)控系統(tǒng)、高等級(jí)公路電子收費(fèi)系統(tǒng)和路

14、邊信息服務(wù)系統(tǒng)。90 年代中以來， 開始研究部門 its 發(fā)展戰(zhàn)略和 gis、gps、edi 在交通中的應(yīng)用等，重視交通信息網(wǎng)絡(luò)的 建設(shè)，公路和橋梁管理用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、道路交通量和氣象數(shù)據(jù)采集等經(jīng)過多年的努力， 也已取得明顯的進(jìn)展。 1.3 課題的建立以及本文完成的主要工作 在十字路口設(shè)置交通燈可以對交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了 強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng) 現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為 研究的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車流量的調(diào)查，運(yùn) 用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)

15、方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而，實(shí)際上車輛流量的變化往往 是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、 較適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排 著長隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適 應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制 的交通燈。 目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控 制方法。由于十字路口不同時(shí)刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的，采用固定時(shí) 間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路

16、的暢通。 為此，需要一種新型的控制方法才能較好地解決這個(gè)問題。 智能交通系統(tǒng)（itsintelligent transport systems）its 是一個(gè)跨學(xué)科、信 息化、系統(tǒng)化的綜合研究體系，其主要內(nèi)容是：將先進(jìn)的人工智能技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息與通訊技術(shù)及電子傳感技術(shù)等有效的集成，并應(yīng)用于整個(gè)地面交通管 理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn) 輸管理系統(tǒng)。交通控制系統(tǒng)是 its 研究的一個(gè)重要方面。由于交通系統(tǒng)具有較強(qiáng)的非線 性、模糊性和不確定性，是一個(gè)典型的分布式非線性系統(tǒng)，而且具有多種信息來源、多 種傳感器的特點(diǎn)，用傳統(tǒng)的理論與方

17、法很難對其進(jìn)行有效的控制。把先進(jìn)的智能控制技 術(shù)、信息融合技術(shù)、智能信息處理技術(shù)與交通管理技術(shù)結(jié)合起來，代表著城市交通信號(hào) 控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。智能交通的發(fā)展是現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求，交通運(yùn)輸是國 民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。由于現(xiàn)代社會(huì)城市化速度越來越快、國民經(jīng)濟(jì)的高速增 長、全球經(jīng)濟(jì)的一體化進(jìn)程加快、個(gè)人旅行與休閑時(shí)間的不斷增加以及人們對交通需求 越來越高，智能交通便成為現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求，又由于 plc 技術(shù)相較于單片 機(jī)技術(shù)和繼電器技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：功能強(qiáng)、性價(jià)比高、硬件配備齊全、易操作、適應(yīng)性 強(qiáng)、可靠性高、編程調(diào)試簡單、體積小、能耗小、維修方便等等。 所以課題選用先進(jìn)的西

18、門子公司的小型 plc 設(shè)備 s7-200 作平臺(tái)。以交通信號(hào)監(jiān)控系 統(tǒng)為整套設(shè)計(jì)方案的中心，提出一套可行性方案。其中具體包括： 1能控制十字路口東西南北的通行，通過定時(shí)器控制通行和禁止通行的時(shí)間； 2利用 plc 的相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)交通高峰低峰的通行時(shí)間的智能調(diào)整； 3在智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)中加入電子警察抓拍違章系統(tǒng)。 第二章 可編程程序控制器（plc）的概要 2.1 plc 的定義及由來 1. plc 的定義 可編程控制器 programmable controller 是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng) 用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 programmable lo

19、gic controller，簡稱 plc，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種 裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器， 簡稱 pc。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī) personal computer 的簡稱混淆，所以將可編程控 制器簡稱 plc。 plc 問世以來，盡管時(shí)間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn) 化，美國電器制造商協(xié)會(huì) nema（ national electricalmanufactory association）經(jīng) 過四年的調(diào)查工作，于 1984 年首先將其正式命名為 pc（programmable controller

20、） ， 并給 pc 作了如下定義:pc 是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指 令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸 出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行 pc 子功能，亦 被視為 pc，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。以后國際電工委員會(huì)（iec）又 先后頒布了 plc 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在 1987 年 2 月通過了對它的定義： “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采 用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù) 與算術(shù)操

21、作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生 產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易 于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 ”總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用 而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編 程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行 選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 2. plc 的由來 早期工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)是繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，簡稱繼電 器控制系統(tǒng)，隨著 20 世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭越來越激烈

22、，工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q 代的周期日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代社會(huì)小批量、 多品種、低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)方式的生產(chǎn)控制要求，為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車 公司在 1969 年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo) 指標(biāo)，也就是就是著名的“gm10 條” ，即： （1）編程方便，現(xiàn)場可修改程序； （2）維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； （3）可靠性高于繼電器控制裝置； （4）體積小于繼電器控制裝置； （5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； （6）成本可與繼電器控制裝置競爭； （7）輸入可以是交流 115v； （8）輸出為交流 115v，2a 以上，能直接驅(qū)動(dòng)電

23、磁閥，接觸器等； （9）在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更； （10）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4kb。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制出第一臺(tái) plc，在美國通用汽車自動(dòng)裝配 線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可行性高， 使用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。 到 1971 年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品、飲料、冶金、造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置 的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971 年，日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)， 很快研制出了日本第一臺(tái) plc。1973 年，西歐國家也研制出它們的第一臺(tái) pl

24、c。我國從 1974 年開始研制。于 1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。 2.2 plc 的基本結(jié)構(gòu) plc 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)從結(jié)構(gòu)上分， plc 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 plc 包括 cpu 板、i/o 板、顯示面板、 內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 plc 包括 cpu 模塊、i/o 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。其結(jié)構(gòu)如 圖 2-1 所示。 1.中央處理單元 cpu 中央處理單元 cpu 是 plc 的控制中樞，它按照 plc 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ) 從編程器鍵入的用戶

25、程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲(chǔ)器 i/o 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)；并能 診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) plc 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入 裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 i/o 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程 序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 i/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù) 寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 i/o 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄 存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高 plc 的可靠性近年來對大型 plc 還采用雙 cpu 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或采用三 cpu 的表決式系統(tǒng)， 這樣即使某個(gè) cpu

26、 出現(xiàn)故障整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。cpu 是 plc 的核心，起神經(jīng)中樞的 作用，每套 plc 至少有一個(gè) cpu，它按 plc 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序 和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中， 同時(shí)，診斷電源和 plc 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。 進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn) 生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。cpu 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí) 現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu 單元還包括外圍芯片、總線接口及 有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是

27、plc 不可缺少的組成單元。在使用者看來， 不必要詳細(xì)分析 cpu 的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。cpu 的 控制器控制 cpu 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控 制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ) 運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。cpu 速度和內(nèi)存容量是 plc 的重要參數(shù)， 它們決定著 plc 的工作速度、i/o 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 2.存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序 存儲(chǔ)器。 plc 常用的存儲(chǔ)器類型 ram ran

28、dom assess memory，這是一種讀/寫存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ) 中央處理單元 （cpu） 編程器 輸出 電路 輸入 電路 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 電源 圖 2-1 plc 基本結(jié)構(gòu)圖 器 ，其存取速度最快，由鋰電池支持。eprom erasable programmable read only memory，這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器，在斷電情況下存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變在 紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容。eepromelectrical erasable programmable read onlymemory，這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器，使用編程器就能很容易地對其所存儲(chǔ)的 內(nèi)

29、容進(jìn)行修改。 plc 存儲(chǔ)空間的分配雖然各種 plc 的 cpu 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) plc 的工作原理其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)； 系統(tǒng) ram 存儲(chǔ)區(qū)包括 i/o 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等。 3.電源 plc 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的可靠的電源系 統(tǒng)是無法正常工作的，因此 plc 的制造商對電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視，一般交流電 壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)可以不采取其他措施，而將 plc 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 4.i/o 模塊 plc 與電路回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的，i/o 模塊集成了 plc

30、的 i/o 電路，其輸入暫存器反應(yīng)輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反應(yīng)輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊 將電信號(hào)轉(zhuǎn)換進(jìn)入 plc 系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o 分為開關(guān)量輸入（di） ，開關(guān)量輸出 （do）,模擬量輸入（ai） ，模擬量輸出（ao）等模塊。 5.plc 系統(tǒng)的其他設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 plc 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)控運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編 程并對系統(tǒng)做一些設(shè)定、監(jiān)控 plc 及 plc 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不參與現(xiàn)場控 制運(yùn)行。小編程 plc 一般有手持型編程器，一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器， 也就是我們所說的上位機(jī)。 人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（

31、或觸摸屏式）的一體 式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，有計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普遍。 6.plc 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效的收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò) 在自動(dòng)化集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出“網(wǎng)絡(luò)就是控制器”的觀點(diǎn)說 法。 plc 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 plc 與 plc 之間、plc 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能 設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一整體實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的 plc 新 產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，和計(jì)算機(jī)一樣具有 rs-232 接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜 可以在幾公里甚至幾十公里范圍內(nèi)交換信息。 當(dāng)然，plc

32、之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，plc 與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些廠家采 用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的 plc 之間、plc 與計(jì)算機(jī) 之間可以方便地進(jìn)行通信與聯(lián)網(wǎng)。 7.外部設(shè)備 外部設(shè)備是 plc 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類： (1)編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)做一些設(shè)定、監(jiān) 控 plc 及 plc 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是 plc 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù) 不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。 (2）監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 (3）存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或

33、只讀存儲(chǔ)器，用于永久性的存儲(chǔ)用 戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 eprom、eeprom 寫入器等。 (4）輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀入器、輸入模擬量的 電位器、打印機(jī)等。 2.3 plc 的工作原理 plc 的工作原理既不同于公用計(jì)算機(jī)，也不同于繼電器控制系統(tǒng)。它的工作過程以 循環(huán)掃描的方式進(jìn)行，當(dāng) plc 處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其運(yùn)行周期可以分為三個(gè)基本周期： 1.輸入采樣階段 在這個(gè)階段，plc 逐步掃描每個(gè)輸入端口，將所有輸入設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)保存到相應(yīng) 的存儲(chǔ)區(qū)，把專用于存儲(chǔ)輸入設(shè)備狀態(tài)的存儲(chǔ)區(qū)稱為輸入映像寄存器。輸入映像寄存器 的狀態(tài)被刷新后，將一直保存，直至下一個(gè)循環(huán)

34、才會(huì)被重新刷新，所以當(dāng)輸入采樣階段 結(jié)束后，如果輸入設(shè)備的狀態(tài)發(fā)生變化，也只能夠在下一個(gè)周期才能被傳送到 plc。 2.程序執(zhí)行階段 cpu 從 0000 地址的第一條指令開始，依次逐條執(zhí)行各指令，直到執(zhí)行到最后一條指 令。plc 執(zhí)行指令程序時(shí)，要讀入輸入映像寄存器的狀態(tài)（on 或 off，即 1 或 0）和其他 編程元件的狀態(tài)，除輸入繼電器外，一些編程元件的狀態(tài)隨著指令的執(zhí)行不斷更新。cpu 按程序給定的要求進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果存入相應(yīng)的元件映像寄存器，把 將要向外輸出的信號(hào)存入輸出映像寄存器，并由輸出鎖存器保存。程序執(zhí)行階段的特點(diǎn) 是依次順序執(zhí)行指令。 3.輸出處理階段 cp

35、u 將輸出映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器和 plc 的輸出端子，傳送到外部去驅(qū)動(dòng) 接觸器、電磁閥和指示燈等負(fù)載。這時(shí)輸出鎖存器的內(nèi)容要等到下一個(gè)掃描周期的輸出 階段的到來才會(huì)被刷新。這種輸出工作方式稱為集中輸出方式。 2.4 plc 的特點(diǎn) 1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，采用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件， 使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 plc 采用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí) 間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，plc 已被廣大用戶公 認(rèn)為最可靠的工業(yè)設(shè)備之一。 2.靈活性強(qiáng)，控制系統(tǒng)具有

36、良好的柔性； 當(dāng)生產(chǎn)工藝和流程進(jìn)行局部的調(diào)整和改動(dòng)時(shí)，通常只需對 plc 的程序進(jìn)行改動(dòng)，或 者配合以外圍電路的局部調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的改造。 3.編程簡單，使用方便； 梯形圖語言是 plc 最重要也是最普及的一種語言，其電路符號(hào)與表達(dá)方式與繼電器 原理圖相似，讀者可很快掌握梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 4.控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開發(fā)工作量小，周期短； 由于 plc 的系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及良好的擴(kuò)展性和聯(lián)網(wǎng)性能，在大多數(shù)情況下， plc 系統(tǒng)是一個(gè)比較好的選擇。他不僅能夠完成多數(shù)情況下的控制需求，還能夠大量節(jié) 省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的時(shí)間和工作量。 5.維修方便； plc 有完善的故障

37、診斷功能，可以根據(jù)裝置上的發(fā)光二極管和軟件提供的故障信息， 方便的查明故障源。而由于 plc 的體積小并且有些采用模塊化結(jié)構(gòu)，因而可以通過更換 整機(jī)或模塊迅速排除故障。 6.體積小，能耗低； 由軟件實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，可以大量減少繼電器、定時(shí)器的數(shù)量。一臺(tái)小型的 plc， 只相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的體積，控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。 7.功能強(qiáng)，性價(jià)比高。 用戶程序所要實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，需要的繼電器、中間繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功 能元件都由存儲(chǔ)單元來替代，因而數(shù)量非常大。一臺(tái)小型 plc 所具備的元件數(shù)量就可達(dá) 成百上千個(gè)，相當(dāng)于過去一個(gè)大規(guī)模甚至超大規(guī)模的繼電器控制系統(tǒng)。另外 plc 提供的 軟元

38、件觸電可以無限次使用，方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。同時(shí) plc 的聯(lián)網(wǎng)通信功能有 利于實(shí)現(xiàn)分散控制、遠(yuǎn)程控制、集中管理等功能，與同等規(guī)?；虺杀镜睦^電器控制系統(tǒng) 相比，無論其功能和性能，都具有無可比擬的優(yōu)勢。 2.5 plc 控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望 近十年來，plc 應(yīng)用越來越廣泛，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片的價(jià)格 大幅度降低，使得 plc 的成本降低；另一方面由于 plc 的功能大大加強(qiáng)，它也能解決復(fù) 雜的計(jì)算和通信問題。主要總結(jié)如下： 1.plc 的應(yīng)用領(lǐng)域 作為一種新型通用控制器，plc 可以應(yīng)用與所有的工業(yè)領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外已經(jīng)將 plc 應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī)械制造、汽車裝配、電力

39、等各個(gè)行業(yè)，并且取得了客觀的經(jīng) 濟(jì)效益。特別是在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，plc 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于所有的工業(yè)部門，隨著性價(jià)比 的提高，plc 的應(yīng)用領(lǐng)域還會(huì)不斷擴(kuò)大。plc 應(yīng)用領(lǐng)域概括起來大致可以分為以下幾個(gè)方 面： （1）順序控制：是 plc 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域主要用于取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。 （2）運(yùn)動(dòng)控制：很多 plc 生產(chǎn)商提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置 控制模板。在多數(shù)情況下，plc 把描述位置的數(shù)據(jù)送給模板，模板移動(dòng)一軸或數(shù)軸位置 到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，通過位置控制模板保持適當(dāng)?shù)乃俣然蚣铀俣?，確保運(yùn)動(dòng) 平衡。 （3）過程控制：是指對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位等條件

40、的閉環(huán)控制。 （4）數(shù)據(jù)處理：目前，大多數(shù) plc 都配置有不同數(shù)量的數(shù)據(jù)處理指令，具有算數(shù)運(yùn) 算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可以采集、分析和處理數(shù)據(jù)。 （5）聯(lián)網(wǎng)及通信：現(xiàn)代 plc 具有聯(lián)網(wǎng)和通信功能，可以組成 plc 局域網(wǎng)，構(gòu)成“集 中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) plc 與 plc 之間的通信以及 plc 與上位計(jì) 算機(jī)或其他數(shù)字設(shè)備之間的通信。 2.plc 最新發(fā)展趨勢 plc 總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向 發(fā)展。 (1)產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展，大型 plc 的 i/o 點(diǎn)數(shù)可以超過一萬點(diǎn)，使用 32 位微處理，采用多

41、 cpu 并行工作，存儲(chǔ)容量大，掃描速度高，過程控制和數(shù)據(jù)處理功 能強(qiáng)，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作。 小型 plc 由整體式結(jié)構(gòu)向小型模塊結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，操作使用十分 便捷。小型 plc 的功能增強(qiáng)，但是價(jià)格卻不斷下降，真正成為繼電器控制系統(tǒng)的替代產(chǎn) 品。 (2)模塊化， plc 的擴(kuò)展模塊發(fā)展迅速，明確化、專業(yè)化的復(fù)雜功能有專門模塊來 完成，主機(jī)單元僅僅通過通信設(shè)備向各模塊發(fā)布命令和測試狀態(tài)這使 plc 系統(tǒng)進(jìn)一步增 強(qiáng)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步簡化。 (3)網(wǎng)絡(luò)化，計(jì)算機(jī)與 plc 之間以及各個(gè) plc 之間的聯(lián)網(wǎng)和通信能力不斷增強(qiáng)。使用 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以有效的節(jié)省能源，降低成本，可以提高系

42、統(tǒng)的可靠性和靈活性，知識(shí)網(wǎng)絡(luò) 的應(yīng)用有普遍化的趨勢。 (4)編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。 (5)工業(yè)軟件發(fā)展迅速，與 plc 硬件系統(tǒng)的發(fā)展相適應(yīng)，工業(yè)軟件的發(fā)展非常迅速， 它是系統(tǒng)應(yīng)用更加簡單易行，大大方便了 plc 控制系統(tǒng)的開發(fā)人員和操作使用人員。 第三章 智能交通監(jiān)控系統(tǒng) 3.1 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的 選用先進(jìn)的西門子公司的小型 plc 設(shè)備 s7-200 作平臺(tái)。以交通信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)為整套 設(shè)計(jì)方案的中心，提出一套可行性方案。能夠有效的改善交通問題，在實(shí)現(xiàn)十字路口東 西南北的通行，通過定時(shí)器控制通行和禁止通行的時(shí)間的同時(shí)，能夠根據(jù)車流量的變化 自動(dòng)調(diào)整紅綠

43、燈的時(shí)間長度，不會(huì)出現(xiàn)空道占時(shí)的情形，最大限度的減少十字路口的車 輛滯留現(xiàn)象，有效地緩減交通擁擠，實(shí)現(xiàn)交通控制的最優(yōu)控制，大大的提高了交通系統(tǒng) 的效率，在控制系統(tǒng)中加入電子警察抓拍違章系統(tǒng)，通過 24 小時(shí)全天候?qū)`法肇事車輛 進(jìn)行記錄，公安交通管理部門將拍攝的違法照片作為依據(jù)可以對交通違法者進(jìn)行處罰和 教育，能夠大大提高機(jī)動(dòng)車駕駛員的自覺性，增強(qiáng)安全意識(shí)，減少因違法行為而造成的 交通事故、堵塞和交通混亂，提高交通路口的車輛通行速度，保證道路暢通。 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分為兩部分： 1.電子警察監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 通過語言描述的形式，對電子警察監(jiān)控系統(tǒng)抓拍違規(guī)肇事等現(xiàn)象進(jìn)行了簡單的概

44、述 和系統(tǒng)的分析，對各種有可能出現(xiàn)的事故現(xiàn)象和抓拍形式以及電子警察的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo) 做了全面的闡述和概括。 2.交通信號(hào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 首先提出整個(gè)方案的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，然后對每個(gè)部分功能原理，工作特點(diǎn)以及工 作過程做具體的分析和說明。 3.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 1能控制十字路口東西南北的通行，通過定時(shí)器控制通行和禁止通行的時(shí)間； 2利用 plc 的相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)交通高峰低峰的通行時(shí)間的智能調(diào)整； 3在智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)中加入電子警察抓拍違章系統(tǒng)。 3.4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案分析 按照智能交通監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)思想分析如下： 首先南北方向道路處于禁止通行狀態(tài)，東西道路處于允許通行狀態(tài)。 南北方向道

45、路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮 25s，需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 25s，才會(huì)轉(zhuǎn) 入下一狀態(tài)南北綠燈亮；同時(shí)東西綠燈亮 20s，需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 20s，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀 態(tài)東西綠燈閃 3s，計(jì)時(shí) 3s，轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西黃燈亮，延時(shí) 2s，轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅 燈亮。 其次東西方向道路處于禁止通行狀態(tài)，南北道路處于允許通行狀態(tài)，具體過程如上： 如果不需要智能控制，則繼續(xù)執(zhí)行此循環(huán)，如果需要智能控制，程序則進(jìn)入智能調(diào) 節(jié)環(huán)節(jié)。比較東西、南北道路的車輛滯留量，若比較結(jié)果是即東西空道，再看南北是否 為空道，如果是空道，然后再判斷系統(tǒng)是否需要智能控制環(huán)節(jié)；如果南北不是空道，則 南北綠燈放行，直到恢復(fù)正常；如果東西

46、不是空道，則東西綠燈放行，直至恢復(fù)正常運(yùn) 行。 如此循環(huán)下去。 3.5 設(shè)計(jì)流程圖 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖如下圖 3-1 所示 智能交通監(jiān)控系統(tǒng) 電子警察監(jiān)控系統(tǒng) 交通監(jiān)控系統(tǒng) 抓拍違章、肇事事件并且記錄 利用 plc 的相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn) 交通高峰低峰的通行時(shí)間 的智能調(diào)整 能控制十字路口東西南北的 通行，通過定時(shí)器控制通行 和禁止通行的時(shí)間 車輛滯留檢測系統(tǒng)交通信號(hào)燈實(shí)現(xiàn) 圖 3-1 設(shè)計(jì)流程圖示 第四章 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 電子警察監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1.1 系統(tǒng)概述 電子警察安裝于城市交通路口，24 小時(shí)全天候?qū)`法闖紅燈的機(jī)動(dòng)車輛進(jìn)行記錄。 公安交通管理部門將拍攝的違法照

47、片作為依據(jù)可以對交通違法者進(jìn)行處罰和教育，可以 大大提高機(jī)動(dòng)車駕駛員的自覺性，增強(qiáng)安全意識(shí)，減少因闖紅燈違法行為而造成的交通 事故、堵塞和交通混亂，提高交通路口的車輛通行速度，保證道路暢通。 機(jī)動(dòng)車闖紅燈自動(dòng)監(jiān)測記錄系統(tǒng)采用穩(wěn)定可靠的地感線圈檢測技術(shù)，成功的抓捕各 種闖紅燈違法車輛，該系統(tǒng)可 24 小時(shí)全天候自動(dòng)抓拍違法車輛，有效捕捉闖紅燈車輛， 自動(dòng)記錄違法車輛闖紅燈全過程，并存儲(chǔ)在大容量的工業(yè)計(jì)算機(jī)內(nèi)：拍攝的車輛號(hào)碼清 晰可見，闖紅燈過程記錄毫無爭議，可為處理交通事故判斷提供可靠的依據(jù)。 4.1.2 系統(tǒng)分析 根據(jù)地理位置、環(huán)境和氣候，更宜采用地感線圈的檢測方式以求達(dá)到更加穩(wěn)定可靠 的檢測

48、效果和數(shù)據(jù)。另根據(jù)公安部門對復(fù)雜路況的監(jiān)測管理要求，以及對肇事逃逸、違 法案件的處理需求，應(yīng)采用視頻拍攝方式進(jìn)行錄像取證和排查，以求更加有力的對路口 進(jìn)行違章處罰和治安防范。 系統(tǒng)建設(shè)充分考慮采用先進(jìn)而成熟的技術(shù)，既保證系統(tǒng)實(shí)用成熟，又能夠適應(yīng)未來 的業(yè)務(wù)發(fā)展和技術(shù)的更新要求。 系統(tǒng)應(yīng)具備良好的擴(kuò)充性、可移植性和兼容性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案充分利用現(xiàn)有的信息 化建設(shè)成果和路口資源，并預(yù)留擴(kuò)展接口。 平臺(tái)采用開放性設(shè)計(jì)，可配置多種數(shù)據(jù)傳輸接口，對外提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，以滿足更 多用戶共享信息和其他系統(tǒng)協(xié)同工作的要求。 能夠?qū)π旭傑囕v的闖紅燈等違法行為進(jìn)行抓拍，形成的證據(jù)資料應(yīng)包括違法時(shí)間、 行車方向、違法地

49、點(diǎn)、違法類型、車輛類型、車牌號(hào)碼、車牌顏色等內(nèi)容。 系統(tǒng)拍攝所形成的圖片文件必須為標(biāo)準(zhǔn)格式、并組成標(biāo)準(zhǔn)的庫文件，壓宿圖片大小 必須與現(xiàn)有的違法處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式大小保持一致性。 系統(tǒng)功能全面、完善、安全、穩(wěn)定而可靠。 對于每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)錄像所形成的視頻文件，在前端工控機(jī)保存時(shí)間為至少 3 天。 在進(jìn)行工程的設(shè)計(jì)中充分考慮到未來的發(fā)展需求，以目前的系統(tǒng)容量為基礎(chǔ)，對未 來發(fā)展的科學(xué)預(yù)測為依據(jù)，保證系統(tǒng)具可持續(xù)維護(hù)和擴(kuò)展的能力。 有抵抗惡性攻擊。抵抗任何侵入系統(tǒng)的企圖和抵抗企圖從系統(tǒng)中獲取敏感數(shù)據(jù)和信 息的能力，具有一定的防暴力破壞和防竊取信息的能力。保證數(shù)據(jù)和照片的安全性、保 密性、完整性、一致性和相

50、容性。 系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整視頻識(shí)別參數(shù)，以適應(yīng)戶外環(huán)境的各種變化，始終保證系統(tǒng)工作 在最高精度。異常故障發(fā)生后系統(tǒng)能夠恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。不死機(jī)。 系統(tǒng)易于常握，人機(jī)界面友好，容易操作、管理和維護(hù)。 使用外部監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。如系統(tǒng)死機(jī)，能自動(dòng)重啟保證系統(tǒng)穩(wěn)定正常工作。 4.1.3 前段抓拍子系統(tǒng)技術(shù)詳解 1.電子警察實(shí)現(xiàn)基本功能表如表 4-1 序號(hào)功能描述備注 1 電子警察系統(tǒng)可捕獲四向 416 車道闖紅燈車輛，在后臺(tái)讀取違 章車輛號(hào)牌。 2路口斷電或遇其它故障（如死機(jī)、程序錯(cuò)誤等）自動(dòng)重啟。 3 路口抓拍圖片可以自動(dòng)上傳到指定的服務(wù)器（需網(wǎng)絡(luò)支持）且具 備斷點(diǎn)續(xù)傳功能。也可以自動(dòng)復(fù)制到指定的

51、移動(dòng)存取設(shè)備中，方 便路口圖片的取回處理。 4 可以實(shí)時(shí)記錄整個(gè)違章過程，提供四張圖片，一張車輛車牌特寫， 另三張為車輛闖紅燈的整個(gè)過程回放，能清晰反映車輛闖紅燈的 全過程（包括停車線，車輛和紅燈狀態(tài)） 。 符合公安部相關(guān) 要求 5 系統(tǒng)拍攝圖片為標(biāo)準(zhǔn) jpg 格式，分辨率可達(dá) 768*576，32 位真彩 色 6 管理大量違章車輛信息，包括車輛號(hào)碼、車型、違章時(shí)間、違 章地點(diǎn)等。 7 可對圖像任意部分進(jìn)行放大、縮小并具有強(qiáng)大的圖像增強(qiáng)功能， 可將某些肉眼難以識(shí)別的車輛變得清晰可辨。 8 可按車輛號(hào)碼、違章時(shí)間、違章地點(diǎn)等查詢違章車輛，并瀏覽、 修改、刪除違章車輛信息，進(jìn)行事故回放。 9 可打

52、印違章處罰通知單、違法確認(rèn)書。用戶可根據(jù)自身實(shí)際需求 進(jìn)行修改（所括所有輸出報(bào)表格式、內(nèi)容） 。 10 可對各路口的違法信息進(jìn)行各方面的統(tǒng)計(jì)，供有關(guān)部門做出相應(yīng) 的措施。如：按時(shí)期、車型、路口等方式統(tǒng)計(jì)轄區(qū)內(nèi)的車輛違法 信息，并可以打印輸出報(bào)表。 11完善的用戶權(quán)限管理功能。 12 完善的系統(tǒng)日志功能，系統(tǒng)對所有合法用戶的重要操作在后臺(tái)進(jìn) 行一一記錄，供管理員調(diào)用查看。 13 后臺(tái)軟件可進(jìn)行日常交警手抄罰單電子化管理、可處理卡口、流 動(dòng)電子警察等違法圖片，進(jìn)行綜合管理。 表 4-1 電子警察基本功能 表 2.系統(tǒng)擴(kuò)展優(yōu)點(diǎn)如表 4-2 功能描述作用及優(yōu)點(diǎn) 同一車道連拍 可對同一車道連續(xù)的闖紅燈車

53、輛進(jìn)行連續(xù)抓拍。這樣可以不漏掉該車道的任何一 輛闖紅燈車。 多車道同時(shí)抓拍 可以同時(shí)在多個(gè)車道上闖紅燈的車進(jìn)行抓拍，并發(fā)速度快，這樣可以不漏掉任何 一個(gè)車道的闖紅燈車輛 多級(jí)靈靈敏度 通過調(diào)節(jié)靈敏度可以抓拍正常行駛下的所有機(jī)動(dòng)車(含摩托車)，同時(shí)也可 通過調(diào)節(jié)靈敏度來決定是否抓拍摩托車、人力三輪車，自行車等。 特殊車輛管理獨(dú)有特殊車輛管理功能。對特殊車輛進(jìn)行特殊管理方式，即只記錄，不處罰。 雙線圈防逆行 真正使用雙線圈工作，能減少對逆向行駛、轉(zhuǎn)彎壓線圈等的誤拍，最大限度的排 除干擾，降低誤拍率從而提高抓拍率及有效率。 路口過車拍功能將所有經(jīng)過路口的車輛都進(jìn)行抓拍。供相關(guān)部門在特殊需要時(shí)進(jìn)行查看

54、取證 路口錄像功能 系統(tǒng)可對每個(gè)車道和路口全景進(jìn)行 24 小時(shí)錄像。對路口車輛肇事逃逸，交通事 故、刑事案件調(diào)查起到排查和取證的作用。 車輛超速抓拍功能 系統(tǒng)可對路口所有過經(jīng)過車輛進(jìn)行測速，對超速的車輛可以進(jìn)行抓拍取證，起到 治安卡口的作用。 車流量統(tǒng)計(jì)功能 系統(tǒng)可按月、按星期、按日、按時(shí)段進(jìn)行車流量統(tǒng)計(jì)。可供交管部門根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù) 據(jù)對上路執(zhí)勤民警數(shù)量及信號(hào)燈相位時(shí)間進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整。 表 4-2 電子警察監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)展優(yōu)點(diǎn) 3.技術(shù)指標(biāo) (1)電子警察系統(tǒng) 抓拍違章車輛尾牌概率98%； ccd 攝像機(jī)，圖像采用 cctr 標(biāo)準(zhǔn)（540 視頻線、25 場/秒） 分辨率為 768x576（像素） ；

55、照度范圍為 0.1108 lux； 每輛違章車抓拍四幅圖像（三幅遠(yuǎn)景、一幅近景）且圖像清晰； 圖像傳輸方式：電話撥號(hào)、光纜傳輸、活動(dòng)硬盤等； 后臺(tái)具有放大縮小，增強(qiáng)和去模糊功能； 響應(yīng)時(shí)間20，則南北方向繁忙，東西一般，南北直行綠燈時(shí)長、南北左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)長、 東西紅燈時(shí)長加長。 z1-z2-20，則東西方向繁忙，南北一般，東西直行綠燈時(shí)長、東西左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)長、 南北紅燈時(shí)長加長。 -20=z1-z2=20，則設(shè)為一般情況，控制燈正常閃亮。 4.2.3 信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置 電感信號(hào)的工作原理基于振蕩電路電路原理，信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置是由一種基于電磁感應(yīng) 原理的信號(hào)裝換線路構(gòu)成，該轉(zhuǎn)換電路是有兩只三極管組成共射極振

56、蕩器和地感線圈 （電感原件） 、電阻、電容等元件組成，信號(hào)裝換裝置的電路原理圖如圖 4-4 及分析如下: u1 和 u2 共組成了共射極振蕩器，電阻 r3 是兩只三極管的公共射極電阻，并構(gòu)成正 反饋，地感線圈 t 作為檢測器諧振電路中的一個(gè)電感元件，與振蕩電路一起形成 lc 諧振。 圖 4-4 信號(hào)裝置轉(zhuǎn)換原理圖 當(dāng)有車輛通過時(shí)，由于空氣介質(zhì)發(fā)生變化引起了振蕩頻率的變化（有車輛經(jīng)過是頻率升 高） ，將會(huì)使線圈中單位電流產(chǎn)生的磁通量增加，從而導(dǎo)致線圈電感值發(fā)生微小變化，進(jìn) 而改變 lc 諧振的頻率，這個(gè)頻率的變化作為有車輛經(jīng)過地感線圈路面時(shí)的輸入信號(hào)，再 將此信號(hào)通過由 r7 和 c3 組成的

57、lc 濾波電路，輸出穩(wěn)定的直流電壓，此電壓可以輸入到 plc 系統(tǒng)。 4.2.4 正常運(yùn)行模塊程序框圖及分析 正常情況下各個(gè)路口的各個(gè)時(shí)間段的車流量基本相等，各個(gè)信號(hào)燈按照程序所設(shè)定 的固定時(shí)間運(yùn)行；當(dāng)某路口的車流量發(fā)生變化，檢測到路口的車輛滯留量達(dá)到設(shè)定值時(shí)， 自動(dòng)調(diào)用車流量信號(hào)智能處理子程序；當(dāng)某個(gè)路口發(fā)生緊急事件，人要緊急通過時(shí)，按 下該路口的緊急按鈕，程序自動(dòng)調(diào)用緊急按鈕信號(hào)子程序；這行完子程序后，主程序自 動(dòng)返回繼續(xù)檢索各種運(yùn)行條件和參數(shù)狀態(tài)，程序控制框圖如圖 4-5： 運(yùn)行程序 南直行/轉(zhuǎn)彎 北直行/轉(zhuǎn)彎 南直行/北直行 東直行/轉(zhuǎn)彎 西直行/轉(zhuǎn)彎 緊急 按鈕 信號(hào) 信 號(hào)智 能處

58、 理 圖 4-5 程序框圖 4.2.5 車流量信號(hào)智能處理模塊及分析 若該車道的綠燈已經(jīng)亮了 20s,任沒有檢測到有車輛通過時(shí)：表示無車輛等待通過， 若其他三個(gè)路口也無車，則維持原正常通行時(shí)間；若其他三個(gè)路口只有一個(gè)路口有車， 則立刻結(jié)束該路口的綠燈通行時(shí)間，給有車的路口“讓道” 。 當(dāng)該車道的綠燈已經(jīng)亮了 40s,檢測到有車輛“累積”在此車道上,表示有車輛等待 通過，則要根據(jù)實(shí)際的車輛數(shù)決定是按正常的通行時(shí)間控制，還是延遲通行時(shí)間，車輛 越多延遲時(shí)間越長；同時(shí)考慮其他路口的車輛等待狀態(tài)，是適當(dāng)延遲，還是無限延遲。 延遲時(shí)間段的劃分?jǐn)?shù)量及其具體延遲時(shí)間根據(jù)個(gè)十字路口的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。具體情況如

59、圖 4-6 所示： 4.2.6 交通燈智能控制程序框圖 綠燈通行 時(shí)間 車輛數(shù) n 正常時(shí)間 延時(shí) t1 20s 延時(shí) t2 40s 延時(shí) t3 60s 5060s 5060s 5060s 4050s 4050s 040s 040s 20s0 停 10 10 5n10 n10 0n5 5n10 n10 其他路口無車 延時(shí)至其他路口有車 圖 4-6 車流量信號(hào)處理模塊 開始 5 東西紅，南北閃 2s 6 東西紅，南北黃 2s 1 南北紅，東西綠 5s 4 東西紅，南北綠 5s 3 南北紅，東西黃 2s 2 南北紅，東西閃 2s 智能控制 7 采集數(shù)據(jù)，通過東西車流規(guī)模 與南北車流規(guī)模的邏輯比較，

60、 按一定規(guī)律控制綠燈時(shí)長。比 較完，內(nèi)部數(shù)據(jù)清零，且各個(gè) 計(jì)數(shù)器繼續(xù)探測車流量 10 南北紅，東西黃 2s 9 南北紅，東西閃 2s 8 南北紅，東西綠 智能控制 11 采集數(shù)據(jù)，同第七步， 作為判斷南北綠燈的時(shí) 長 智能控制 南北空道東西空道 12 東西紅，南北綠 14 東西紅，南北黃 2s 13 東西紅，南北閃 2s n y n y y n n y y n 開始只能控制綠燈有 三個(gè)時(shí)間值 （大、中、?。?為了車輛的數(shù)據(jù)采集 紅綠燈先按一般規(guī)律 進(jìn)行一個(gè)周期 在紅綠燈的任一個(gè)狀態(tài)中，如果有 急車通過，則調(diào)用子程序，各個(gè)路 口紅燈開始閃，直到急車通過，才 繼續(xù)原來的交通燈狀態(tài)。 圖 4-7 交