《基于PLC的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》10000字（論文）

基于PLC的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要為了設(shè)計(jì)出一種和我們在街頭上普遍常見的交通信號燈所不一樣的交通信號控制系統(tǒng)。本課題結(jié)合相關(guān)研究和數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，希望能夠有效地控制道路上的車流流量，最大程度地緩解交通壓力眾所周知，微處理器是可編程序控制器（PLC）的基礎(chǔ)，它主要是把計(jì)算機(jī)的技術(shù)和自動控制的技術(shù)以及通訊的技術(shù)綜合在了一起，從而發(fā)展過來的新型的工業(yè)型的一種控制裝置。它具備高可靠性、方便編程、簡單的結(jié)構(gòu)等一些優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于位置和工業(yè)過程的自動化控制之中。根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，工業(yè)型自動化設(shè)備中使用最多的一種設(shè)備是可編程序控制器。大多數(shù)專家認(rèn)為，可編程序控制器將成為工業(yè)控制中的重要基礎(chǔ)設(shè)備之一以及主要手段，工業(yè)生產(chǎn)中的三大支柱將被CAD/CAM、機(jī)器人、PLC取代。因?yàn)镻LC對其所使用的環(huán)境的適應(yīng)性十分的強(qiáng)，而且PLC內(nèi)部的定時器資源非常的豐富，所以它可以對目前市場上廣泛使用的“漸進(jìn)式”的信號燈來進(jìn)行十分精確的控制，尤其是在有多個岔路口的控制方面具有非常顯著的效果。因?yàn)檫@個原因PLC被廣泛地應(yīng)用在了交通信號控制系統(tǒng)中。不僅如此，因?yàn)镻LC本身就具有通訊聯(lián)網(wǎng)的功能，能夠?qū)⒁粭l道路上面的信號燈組成一個局域網(wǎng)，并進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，使車輛通行的等候時間能夠被大大地縮短，從而實(shí)現(xiàn)交通信號的科學(xué)化管理。關(guān)鍵詞：交通信號；PLC；控制目錄TOC\o"1-3"\h\u200571前言 前言1.1課題來源及研究意義時代科技的高速發(fā)展，帶來了人民生活水平和生活質(zhì)量的質(zhì)變，其中比較突出的就是交通，人民從過去的小單車演變?yōu)楹髞淼碾娖寇?，摩托車到現(xiàn)在家家戶戶的小轎車，交通出行帶來了便利，同時也帶來了大量的問題！各類汽車的大量增加，增加了交通干道大量的壓力，導(dǎo)致了交通的擁堵，環(huán)境的污染，事故的多發(fā)[1]。尋求問題的解決，交通問題也成為一大難題，嚴(yán)重阻礙了中國社會的安全和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，加大了環(huán)境的污染，交通的擁堵問題也成為了目前所要解決的難題之一，問題已經(jīng)迫在眉睫，也成為衡量一個城市是否有發(fā)展?jié)摿Φ闹笜?biāo)之一[2]。交通干道的大量擁堵，不僅加大了道路損耗，加大了經(jīng)濟(jì)壓力，還大大增加了人們在路途所消耗的時間，使國家建設(shè)速度緩慢！北京，上海，廣東等大型城市上下班和節(jié)假日等車流高峰期間，車輛的大量流入出導(dǎo)致城市交通的擁堵甚至癱瘓，這樣的情況導(dǎo)致事故的大量發(fā)生。據(jù)中國大數(shù)據(jù)的粗略統(tǒng)計(jì)，交通擁堵對經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了很大的影響，嚴(yán)重阻礙了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步，每年造成的損失約占總GDP的5%到8%，交通事故發(fā)生很正常，但當(dāng)這個比例占據(jù)變大將會十分的可怕，每年因?yàn)榻煌ㄊ鹿视袔资f，造成的損失難以計(jì)數(shù)[3]。其中死亡人數(shù)超過10萬人，嚴(yán)重危害人民的人身安全，因此而傷殘的人不計(jì)其數(shù)，死亡人數(shù)約占全世界的1/12，給社會的安全和人民的財產(chǎn)安全造成了很大的影響，也嚴(yán)重危害到了人民的人生安全，每5分鐘就有一人喪身車輪，失去寶貴的生命，每1分鐘都會有一人因?yàn)榻煌ㄊ鹿识鴤麣垼磕暌蚪煌ㄊ鹿仕斐傻慕?jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百億元[1]。在這樣的情況下，交通燈的產(chǎn)生應(yīng)運(yùn)而生，它對交通的梳理和混亂起到了良好的治理效果[4]。路上的交通燈已經(jīng)不能應(yīng)付愈來愈重的交通壓力，更為環(huán)境所需要的是一種自動化技術(shù)交通燈，PLC技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一問題，plc和交通燈的結(jié)合使一種根據(jù)環(huán)境調(diào)整變化的新型號交通燈應(yīng)運(yùn)而生，它對環(huán)境的高適應(yīng)性和對事物的及時反饋能力使交通擁堵的情況大為改善，大大的改善交通的擁堵問題[2]。1.2本課題的主要研究內(nèi)容日益嚴(yán)重的交通壓力導(dǎo)致高峰時期交通道路擁堵的水泄不通，嚴(yán)重威脅人民和國家的財產(chǎn)安全，原有的交通燈雖然有效的改變了這一現(xiàn)況，但已經(jīng)滿足不了日益飽和的交通需求，交通的需求是一種新的自動化的交通燈，來改變?nèi)找鎳?yán)重的交通現(xiàn)況，PLC的自動化與原本定時的交通燈結(jié)合，新的PLC交通燈應(yīng)運(yùn)而生。本文主要設(shè)計(jì)了一種智能交通燈控制系統(tǒng)，以PLC技術(shù)位核心，在一定的時間改變信號燈的切換，它能根據(jù)環(huán)境的車流量而變化而改變。研究一種遵守交通規(guī)則，根據(jù)任務(wù)書要求而設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)，信號燈系統(tǒng)正常運(yùn)行時，東邊西邊的兩邊的綠燈和黃燈時間在南邊，北邊的紅燈所控制的時間之內(nèi)，同時南北方向紅燈控制東邊和西邊兩邊方向綠燈和黃燈的變化，兩邊綠燈不能一起亮，同樣南北方向的綠燈黃燈也受東邊西邊紅燈的控制，只要編制出一個方向的程序另外一個方向的程序也就不攻自破了，同時另外一個程序設(shè)計(jì)成功，這個程序也能迎刃而解，交通燈控制系統(tǒng)運(yùn)行中的主要的核心控制過程就是時序控制過程，所以要想編好程序，從控制交通燈的時間方面入手，程序的編程也自然簡單且容易。首先對十字路口交通燈的控制問題進(jìn)行描述，對控制系統(tǒng)組成進(jìn)行分析，分析怎么根據(jù)現(xiàn)實(shí)和當(dāng)前交通道路需求，設(shè)計(jì)能解決當(dāng)前交通道路問題的控制系統(tǒng)，精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)對誤差和對存在的問題進(jìn)行解決，在PLC編程實(shí)現(xiàn)合適的I/O分配，并成功進(jìn)行運(yùn)行，對交通燈的硬件構(gòu)成及設(shè)計(jì)出合理的控制板電路擴(kuò)展進(jìn)行選取，最后進(jìn)行對控制系統(tǒng)硬件軟件的檢查調(diào)試，運(yùn)行交通燈控制系統(tǒng)。

總體方案的設(shè)計(jì)2.1交通燈十字路口布局圖交通燈主要應(yīng)用于十字路口，引導(dǎo)行人與車輛的通行。由四個方向所組成。交通燈包含三種顏色，每個顏色代表的含義不一樣[5]。由紅色信號燈，綠色信號燈，黃色信號燈等組成，紅色代表不允許通行，綠色代表允許通行，黃色代表警告時間將要結(jié)束。合理的分配東南西北四個方向大量的人群從路口通過的時間，改善了交通擁堵，減少了交通事故的產(chǎn)生。交通燈十字路口布局圖如圖2.1所示。圖2.1十字路口交通燈示意圖2.2交通燈的結(jié)構(gòu)組成及技術(shù)特點(diǎn)交通燈是交通道路的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，是公共交通不可或缺的重要組成部分，他的組成部分有記錄時間流轉(zhuǎn)的定時器，控制紅燈，黃燈，綠燈變換的控制器，分配數(shù)據(jù)和控制交通燈信號的譯碼器，輸入和分配信息的秒脈沖信號發(fā)送器，和讓交通燈運(yùn)轉(zhuǎn)的電源裝置等這些都是組成交通燈的重要組成部分，交通燈結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示圖2.2交通燈的組成圖交通燈的穩(wěn)定性高，能在各種環(huán)境運(yùn)行，在雨天，雪天不受外界環(huán)境的影響，能正常的指揮交通道路的運(yùn)行。交通燈的通用性高，在全國乃至世界都使用了交通燈，汽車數(shù)量的急劇增加，加據(jù)了社會資源的損耗[6]。大大加大了交通道路的壓力，在日益嚴(yán)重的壓力下，世界的許多地方在十字路口都設(shè)置了交通燈讓交通路口車輛行人有序的通過，提高十字路口的安全系數(shù)。交通燈的程序設(shè)計(jì)簡單，四個方向的紅綠燈相互對應(yīng)，相鄰方向的綠燈不得同時亮，相鄰方向的紅燈也不得同時亮，程序簡單易懂，容易被大多數(shù)人所接受。采用技術(shù)高新的模塊結(jié)構(gòu)，運(yùn)用技術(shù)先進(jìn)的I/O分配，將什么時候哪個燈該亮哪個燈不該亮合理的寫進(jìn)了程序里。安裝簡單，調(diào)整容易，安置交通燈的時間短，兩三天足以完成，不受環(huán)境而影響安裝的難度，調(diào)整修理也簡單。交通燈生產(chǎn)的時間短，交通燈所需要的材料不是很多，安裝下來也很簡便，所需要的原材料也相對便宜。2.3PLC簡介2.3.1PLC的基本結(jié)構(gòu)總體上來講，PLC就是一種適用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，唯一區(qū)別就是它要比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)擁有更加強(qiáng)力的跟工業(yè)過程相互連接的接口以及更加直接的滿足控制要求的編程型語言[7]?？偠灾?，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和PLC非常地相似，因此PLC也具備有存儲器、電源、輸入/輸出接口、中央處理器等，具體情況如圖2-1所示：圖2-1PLC的基本結(jié)構(gòu)2.3.2PLC各部分作用（1）中央處理單元PLC的核心部分就是中央處理單元，它主要有控制接口電路以及微處理器兩部分組成。我們都知道，對于微處理器而言，其實(shí)質(zhì)就是一種可編程序控制器的控制以及運(yùn)算，而且對于數(shù)據(jù)、邏輯進(jìn)行計(jì)算以及操控系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作都是借助于微處理器發(fā)揮作用的[8]。微處理器的運(yùn)行方式是按照系統(tǒng)中的程序賦予給他的任務(wù)來進(jìn)行的。對其而言，對用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行管控和保存接受并且轉(zhuǎn)發(fā)程序；在儲存器中保存接收到的信息；對于電源和PLC內(nèi)部有可能出現(xiàn)的電路故障進(jìn)行檢測；PLC在進(jìn)行工作的過程中，用戶的指令被儲存器進(jìn)行調(diào)用，之后進(jìn)行解譯，之后將其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和計(jì)算；借助于計(jì)算所得，把輸出映像寄存器中的相關(guān)信息進(jìn)行更新。之后在借助輸出部分進(jìn)行打印表以及通訊連接等操作。（2）I/O單元I/O單元是PLC的輸入以及輸出裝置。輸入口能夠輸入現(xiàn)場所有的輸入信號，并且將它變換成為中央處理器能夠接受的信號，最后再送給CPU進(jìn)行運(yùn)算；相反的輸出單元就是將CPU輸出的信號轉(zhuǎn)變成控制器能接受的信號，然后再用來驅(qū)動各種器件。（3）存儲器對于PLC系統(tǒng)而言，它所具備的存儲器可以進(jìn)行兩方面的劃分，其中之一為系統(tǒng)，之二為用戶程序存儲器。對于用戶程序存儲器而言，我們能夠?qū)⑵溥M(jìn)行三方面的劃分，分別是系統(tǒng)區(qū)域、用戶程序區(qū)域、數(shù)據(jù)區(qū)域。對于系統(tǒng)程序存儲器而言，其能夠發(fā)揮價值的位置在于將廠家編程出來的系統(tǒng)程序進(jìn)行保存，并且固定在存儲器當(dāng)中，不容許修改。系統(tǒng)程序相當(dāng)于一個完整的操作系統(tǒng)，他與PLC的性能密切相關(guān)。（4）編程器編程器的作用是為用戶提供了對程序進(jìn)行編輯和調(diào)試以及監(jiān)視等功能平臺，它是可編程序控制器的重要的設(shè)備之一。（5）電源單元電源單元唯一的作用就是給PLC的電源提供能量，它也是可編程序控制器能夠持續(xù)工作的唯一保障。2.4總體方案設(shè)計(jì)基于PLC的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)主要有車流量檢測系統(tǒng)、PLC、控制中控臺三大部分組成，其控制結(jié)構(gòu)圖如2-1所示。圖2-1基于PLC的自適應(yīng)交通燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖車流量檢測系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)檢查各路口單位時間（60s）內(nèi)通過路口的車輛數(shù)量，并將檢測結(jié)果發(fā)送至PLC；PLC根據(jù)車流量檢測系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，按預(yù)先設(shè)定的控制規(guī)律來控制相應(yīng)的交通信號燈；中控臺主要用來對控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式進(jìn)行控制，如自動運(yùn)行模式、人工干預(yù)運(yùn)行模式等。自動運(yùn)行模式下，若東西向或南北向車流量均小于15輛/min，則系統(tǒng)按定時切換控制運(yùn)行，雙向綠燈均為40s，黃燈3s，紅燈43s切換運(yùn)行；若某一向每分鐘車流量大于15而小于30，則該向綠燈調(diào)整為50s，黃燈3s，另一向綠燈30s，黃燈3s；若某一向若某一向每分鐘車大于30，則該向綠燈調(diào)整為70s，黃燈3s；當(dāng)兩向車流量均在同一范圍內(nèi)時，車流量較大的一向控制優(yōu)先，若兩向車流量均在同一范圍內(nèi)且相等時，東西向控制優(yōu)先。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)該定時系統(tǒng)由定時器，時間狀態(tài)顯示器等部分組成其中定時器由兩片CD4029構(gòu)成的二位十進(jìn)制可預(yù)制減法計(jì)數(shù)器完成，時間狀態(tài)由兩片74LS47和兩只LED數(shù)碼管對減法計(jì)數(shù)器進(jìn)行頁碼顯示。預(yù)置到減法計(jì)數(shù)器的時間常數(shù)通常兩片8路雙向三態(tài)門74LS245實(shí)現(xiàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，交通燈控制系統(tǒng)要有一個能自動裝入不同定時時間的定時器，以完成30s的定時任務(wù)。3.2地感線圈的工作原理本系統(tǒng)是通過東南西北四個方向的地感線圈檢測到的車流量數(shù)量來判斷各個路口的繁忙情況。本次設(shè)計(jì)將交通路口進(jìn)行了簡化地處理，只考慮各個方向只有一條直行道的情況，然后將地感線圈鋪設(shè)在距離十字路口30米的地方，以此來統(tǒng)計(jì)車流量的復(fù)雜情況。具體情況如圖3-1所示，圖3-1十字路口地感線圈布置圖在這個設(shè)計(jì)中，每當(dāng)有車輛通過十字路口就一定會經(jīng)過地感線圈N以及S，然后地感線圈就會產(chǎn)生一個脈沖信號并且輸送到PLC內(nèi)，接著再進(jìn)行加1運(yùn)算，PLC通過對脈沖信號的計(jì)數(shù)即為各個路口的車流量，分別統(tǒng)計(jì)出南北方向和東西方向的車流量X以及Y，最后比較倆數(shù)值X與Y就能判斷出南北和東西的車流量復(fù)雜情況，如果車輛流量較大，則該方向的綠燈時間適當(dāng)?shù)匮娱L，如此循環(huán)比較，但不能超過一個最大值，反之亦然。3.3地感線圈的選擇本次設(shè)計(jì)的核心就是地感線圈對車流量的檢測，因此對地感線圈的選擇就變得很重要。如果要使地感線圈能夠合理地進(jìn)行工作，就應(yīng)該保持電感線圈的電感量在100uH至300uH間，然后在不改變線圈電感的情況之下，線圈的匝數(shù)跟周長有著密切的關(guān)系，如果周長越小隨之線圈的匝數(shù)就越多，具體情況可以參照下表3-1所示。表3-1線圈匝數(shù)的參考表在實(shí)際生活中，鋪設(shè)線圈可能會遇到各種各樣的問題，但本次設(shè)計(jì)僅僅是以模擬為主，所以不做太多考慮。根據(jù)本次設(shè)計(jì)決定選擇內(nèi)徑大小為1.8×2.3CM、外徑大小為2.0×2.5CM、匝數(shù)為180匝的線圈。3.4信號轉(zhuǎn)換裝置信號的轉(zhuǎn)換裝置由電容、電阻、耦合震蕩電路等部分構(gòu)成的，它依托于電磁感應(yīng)原理。其原理圖如3-2所示。圖3-2信號轉(zhuǎn)換裝置電路原理圖共射極振蕩器由U1和U2組成，而兩個三極管的公共射極的電阻由R3來代替，整個系統(tǒng)構(gòu)成一個正反饋系統(tǒng)[10]。地感線圈T與振蕩回路構(gòu)成LC諧振電路，T是作為電感元件檢測電路的信號元件。在周圍有金屬物時，會使介質(zhì)變化并造成一系列物理量的變化，如震蕩頻率會升高繼而影響到單位磁通量的增加，最終線圈電感值發(fā)生變化，此時LC諧振的頻率發(fā)生改變。它的頻率的變化就是汽車經(jīng)過路面時候產(chǎn)生的輸入信號，此信號通過C3與R4組成的濾波電路，就能夠輸出一個穩(wěn)定的直流電壓，并輸入到PLC系統(tǒng)中（電壓為0至10V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號）。3.5交通燈選型正如傳統(tǒng)控制工藝所描述的：車道控制的信號燈有很多種，但是其基本的控制原理又都是一樣的。有多中顏色的一組信號燈之中每一種顏色又都是單獨(dú)控制的。PLC的控制系統(tǒng)輸出的是24V直流控制電壓，用來控制中間繼電器的線圈，并且通過中間繼電器來輸出220V交流的電壓，從而控制交通燈。交通燈的每中顏色只返回一對干觸點(diǎn)信號到PLC之中，然后經(jīng)過線路保險以后傳送給PLC的輸入接口模塊[11]。在控制算法上面多采用多重閉環(huán)控制的方法，它的響應(yīng)時間應(yīng)該小于0.5秒。圖3-3交通燈內(nèi)部線路圖信號燈的產(chǎn)品必需要符合交管部門的規(guī)定和要術(shù)，在本設(shè)計(jì)中采用深圳市斯諾比光電科技有限公司生產(chǎn)的300型紅綠黃箭頭合一的三單元交通燈，如圖3-3所示。這一系列產(chǎn)品完全符合我國公安部所規(guī)定的交通安全產(chǎn)品三五一類一級W型所制定的最高要求。3.6PLC的I/O地址分配本次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)過程中，在每個方向的路口都有紅黃綠三中不同的交通信號燈，所以說整個系統(tǒng)所需要用到的交通燈就有12個，所以相同的也就會12對應(yīng)的輸出端口。又由于四個方向分別有一個電感線圈，再加上系統(tǒng)所需的兩個啟動以及停止按鈕。所以具體的輸入/輸出地址分配參考下表3-2所示，該P(yáng)LC的接線的輸入為交流220V，輸出為直流12V。表3-2輸入/輸出地址分配表3.7PLC的外部接線及原理在本次論文所設(shè)計(jì)的信號控制系統(tǒng)中，可編程序控制器可以考慮采用繼電器輸出的方式來直接驅(qū)動交通信號燈。眾所周知，繼電器就是電子控制型器件中的一種，它同時具有輸入回路以及輸出回路，通常會在自動控制電路應(yīng)用的比較廣泛，但是在實(shí)際上它是一種自動開關(guān)，它使用相對較小的電流來控制相對較大的電流，所以說繼電器在電路中有擁有著極其重要的地位，他擁有著轉(zhuǎn)換電路和安全保護(hù)以及自動調(diào)節(jié)的作用。本次設(shè)計(jì)的給PLC、信號轉(zhuǎn)電路和交通信號控制系統(tǒng)等供電的開關(guān)電源均為DC12V，工作電壓為AC220V。如圖3-4所示。圖3-4系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1編程軟件的選擇4.1.1編程軟件的選取市場上現(xiàn)在有許多種對PLC進(jìn)行編程與監(jiān)視的軟件，本次設(shè)計(jì)決定采用GXWORKS2這一軟件，它是三菱電機(jī)推出的一款三菱綜合PLC編程軟件。并且被廣泛地應(yīng)用到了各種三菱PLC系統(tǒng)中，與本次設(shè)計(jì)中所采用的三菱的FX2N―64MT―001型PLC的契合度很高。與其他的三菱PLC軟件相比，GXWORKS2具有簡單工程和結(jié)構(gòu)化工程兩種編程方式，并且支持梯形圖、指令表、結(jié)構(gòu)化梯形圖、SFC、ST等編程語言。同時它還具備程序編輯、參數(shù)設(shè)定、網(wǎng)絡(luò)設(shè)定、監(jiān)控、在線更改、智能功能模塊設(shè)置等功能廣泛適用于三菱Q和FX系列的PLC，是目前市場上功能較為全面的一個軟件[12]。其還擁有顯著的結(jié)構(gòu)化工程，具有操作方便，簡單實(shí)用，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。4.1.2編程軟件的使用方法這與所學(xué)到的編程軟件一樣，在準(zhǔn)備對程序進(jìn)行監(jiān)控前，都需要創(chuàng)建一個新的工程，并且在工作區(qū)輸入本次設(shè)計(jì)的交通信號燈的梯形圖，隨后即可對程序進(jìn)行監(jiān)視執(zhí)行，校驗(yàn)該設(shè)計(jì)的可行性。梯形圖創(chuàng)建界面如圖4-1所示：圖4-1編程軟件的設(shè)計(jì)界面在這個界面中使用梯形圖工具欄中的功能指令，觸頭，線圈以及畫線等工具即可地在程序編譯區(qū)進(jìn)行程序的編譯。在編輯好程序后，執(zhí)行變換操作。變換的這一個過程就是用來檢查編譯的程序是否符合要求和規(guī)范的。在程序檢查無誤后，即可開始對所設(shè)計(jì)的梯形圖進(jìn)行監(jiān)視運(yùn)行。具體方法為直接調(diào)用調(diào)試菜單下的“模擬開始/停止”命令，在模擬運(yùn)行開始以后，可以調(diào)用當(dāng)前值更改對話框。而且可以輸入要改變的軟元件，更改軟元件的存儲值，觀察程序的運(yùn)行效果[13]。在監(jiān)控結(jié)束以后，需要把編譯狀態(tài)從讀取模式改為寫入模式，才能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行再修改。監(jiān)控調(diào)試開始界面如圖4-2所示。圖4-2編程軟件監(jiān)視設(shè)置界面4.2交通燈的時序分析通過對交通信號控制系統(tǒng)流程的設(shè)計(jì)，可以總結(jié)出，每當(dāng)信號燈保持30秒后，系統(tǒng)都會比較一次車流流量數(shù)，從而得出兩種判斷結(jié)果，同理，再經(jīng)過30秒后又能得出兩種判斷結(jié)果。然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)，就可以分析出所有的可能情況：（1）開始的時候，南方與北方都是綠燈，而東方與西方則是紅燈，在保持了30秒以后，南方與北方的綠燈開始閃爍，然后再轉(zhuǎn)換成黃燈，最后跳轉(zhuǎn)成紅燈，與此同時東方與西方的交通信號燈應(yīng)該變?yōu)榫G燈。（2）開始的時候，南北方向全都是綠燈，而東西方向則是紅燈，在保持了30秒以后，南方與北方的綠燈繼續(xù)保持平光，東西方向繼續(xù)保持紅燈；又過了30秒以后，南方與北方的綠燈在閃爍了3秒以后轉(zhuǎn)換成黃燈，最后跳轉(zhuǎn)成紅燈，相反的東西方向則切換成綠燈。（3）第三種則是在第二種的情況下，南方與北方的綠燈又持續(xù)了30秒，但這種情況下，無論比較的結(jié)果怎樣南北方向的綠燈都得在閃爍了3秒以后，轉(zhuǎn)換成維持2秒的黃燈，最后跳轉(zhuǎn)成紅燈，此時東方與西方為綠燈。分析過后，發(fā)現(xiàn)上面的三種情況都非常的相識，而且每種情況之間的聯(lián)系度也很高，整個系統(tǒng)的程序是循環(huán)執(zhí)行的，依據(jù)每一次的比較結(jié)果可以智能的控制交通信號燈的持續(xù)時間，最大限度地化解交通壓力。在這兒就簡單地對第二種情況進(jìn)行時序分析，如圖4-3所示：圖4-3交通燈的時序分析圖4.3系統(tǒng)的控制要求當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，南方和北方的綠燈先亮，同時東方和西方的紅燈開始亮，在這個過程當(dāng)中，東南西北四個方向的地感線圈脈沖信號不停地計(jì)數(shù)[14]。經(jīng)過30秒后將南北方向統(tǒng)計(jì)到的車流流量數(shù)定義為X1，而東西方向統(tǒng)計(jì)到的車流流量數(shù)定義為Y1，再將南北方向和東西方向統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)X1跟Y1進(jìn)行比較。假如比較的結(jié)果為X1大于等于Y1，則本系統(tǒng)會使南北方向的綠燈繼續(xù)亮30秒，同理東西方向的紅燈也應(yīng)該繼續(xù)保持30秒，在這個過程中過程中脈沖信號計(jì)數(shù)將會在30秒的基礎(chǔ)上不停地增加。在經(jīng)過30秒以后，南方與北方統(tǒng)計(jì)到的車流流量數(shù)定義為X2，東方與西方統(tǒng)計(jì)到的車流流量數(shù)定義為Y2，然后將南北方向與東西方向統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)X2余Y2相互比較，假如比較的結(jié)果為X2大于等于Y2，則南方與北方的綠燈將會繼續(xù)維持30秒的時間，同樣的東方與西方的紅燈也要繼續(xù)保持30秒。隨后南北方向的綠燈開始閃爍3秒，然后再轉(zhuǎn)換成黃燈，當(dāng)然在這個過程當(dāng)中，東方與西方要同時保持5秒的紅燈持續(xù)時間。5秒結(jié)束以后，南北方向的交通信號燈開始變?yōu)榧t燈，同時東西方向的交通信號燈轉(zhuǎn)換成綠燈，各個方向的脈沖信號計(jì)數(shù)全部要重新開始計(jì)數(shù)。在東西南北各個方向的信號燈持續(xù)30秒后，按照上述步驟，將東方與西方的車流流量數(shù)和南方與北方的車流流量數(shù)進(jìn)行比較，以此循環(huán)。如果在上面第一次比較的時候，出現(xiàn)了X1小于Y1的情況，這時南方與北方的綠燈在3秒閃爍以后，轉(zhuǎn)換成黃燈并保持2秒，與此同時，東方與西方的紅燈亮5秒。5秒以后切換成南北為紅燈，東西為綠燈，并且各個方向的地感線圈要重新開始統(tǒng)計(jì)車流量。就這樣不停地比較。在對東西方向和南北方向的車流量進(jìn)行比較的時候，總體理念是使車流流量大的一個方向車輛的通行時間延長一些，車流流量少的方向再做適當(dāng)?shù)牡却?。但是呢在任何情況下綠燈的總持續(xù)時間都不能超過90秒，當(dāng)然綠燈的最短持續(xù)時間也不能少于35秒。并且在數(shù)據(jù)比較以后，如果綠燈繼續(xù)保持，地感線圈統(tǒng)計(jì)的車流量數(shù)應(yīng)該是在上一個30秒后繼續(xù)統(tǒng)計(jì)的。同樣的在綠燈轉(zhuǎn)換成紅燈后，地感線圈要重新統(tǒng)計(jì)車流量。4.4主程序的設(shè)計(jì)因?yàn)樾螒B(tài)多樣的計(jì)數(shù)器、輔助繼電器、輸出繼電器等設(shè)備在對主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中都會有所使用和涉及，所以，為了簡化設(shè)計(jì)過程，在表4-1中已進(jìn)行了說明。在本次程序設(shè)計(jì)的過程中，為了能夠使得程序更加的完善，有如下幾方面的問題需要進(jìn)行思考。首先，對于各個信號燈之間的聯(lián)鎖關(guān)系需要進(jìn)行考量，這里所說的聯(lián)鎖關(guān)系代表各個方向之間燈轉(zhuǎn)化的聯(lián)鎖關(guān)系；其次，就是怎樣對于子程序能夠進(jìn)行使用，處于這一點(diǎn)考慮的根本原因在于此設(shè)計(jì)中，有很多部分的功能是完全相同的。所以在進(jìn)行程序編寫的時候，將本程序進(jìn)行模塊化，從而使得需求出現(xiàn)的時候，能夠直接進(jìn)行使用；再次，是關(guān)于脈沖信號計(jì)數(shù)清零的問題，每當(dāng)一邊的燈由綠燈變?yōu)辄S燈再變?yōu)榧t燈的過程中，脈沖信號計(jì)數(shù)都應(yīng)該清零。而在此之前的時間，脈沖信號都應(yīng)該是累計(jì)計(jì)數(shù)的[15]。在對各種情況都考慮完全后，即可開始在GXWORKS2中對程序進(jìn)行設(shè)計(jì)并且監(jiān)視執(zhí)行具體流程如圖4-4所示。在程序成功執(zhí)行后還可利用軟件自帶的功能生成語句表。表4-1元件符號及意義表4-2元件符號及意義圖4-4流程圖的設(shè)計(jì)圖4-5程序監(jiān)控界面

調(diào)試與仿真5.1MCGS的基本介紹本設(shè)計(jì)經(jīng)過考量并且分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)之后，將MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行使用，將其作用在仿真測試中。對于MCGS而言，它是一個能夠進(jìn)行高速構(gòu)造并且進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成的一種組態(tài)軟件。僅僅借助于Windows系統(tǒng)就能夠進(jìn)行工作，借助于從現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，向用戶呈現(xiàn)動畫、報警、曲線等方式的方案展示。微軟公司的視窗系統(tǒng)能夠充分的將其性能進(jìn)行發(fā)揮，Windows系統(tǒng)具備極強(qiáng)的圖形功能以及及便捷的操作流程，這對于MCGS來說時最合適不過的，也正是因?yàn)閃indows系統(tǒng)的搭載，使得它比之前使用專用機(jī)進(jìn)行開發(fā)在通用性能上，有著更加良好的表現(xiàn)，并且也能夠完全的實(shí)現(xiàn)自動化。對于MCGS而言，其自身具備的獨(dú)特之處在于能夠?qū)⑿畔⑦M(jìn)行可視化呈現(xiàn)，并且畫面較為簡單；并行處理的功能也更加強(qiáng)悍；多媒體動畫也更加的豐富，能夠更好的將信息進(jìn)行展示；結(jié)構(gòu)呈開放式，數(shù)據(jù)獲取方面作用范圍極其廣泛，并且在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時候也較為便捷；安全機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)較高，能夠滿足信息保密的需求；連接互聯(lián)網(wǎng)功能；對于數(shù)據(jù)的保存使用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行，系統(tǒng)更加的可靠和完善；能夠?qū)⒖刂葡到y(tǒng)的分布式管理目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。MCGS系統(tǒng)的環(huán)境構(gòu)成分別為組態(tài)環(huán)境以及運(yùn)行環(huán)境。使用MCGS進(jìn)行構(gòu)成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，能夠設(shè)置成為五個部分從而組成結(jié)構(gòu)，分別有主控、設(shè)備、用戶三個窗口以及實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行機(jī)制。組態(tài)工作進(jìn)行的時候，用戶只擁有一個系統(tǒng)提供的空框架，但是此框架能夠單獨(dú)進(jìn)行工作，并且還有著極為強(qiáng)大的動畫和功能部件存在其中。假設(shè)我們想要搭建一個應(yīng)用系統(tǒng)，第一步，進(jìn)入到組態(tài)環(huán)境中，使用系統(tǒng)所持有的功能或者是構(gòu)件進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)造，將所有的參數(shù)進(jìn)行配置，從而使其變成為一個功能強(qiáng)大并且具備實(shí)用性的工程；第二步，由運(yùn)行環(huán)境接受組態(tài)環(huán)境中所得出的結(jié)果。兩者進(jìn)行結(jié)合，就成為了一個應(yīng)用系統(tǒng)。5.2MCGS組態(tài)環(huán)境的創(chuàng)建要采用MCGS對交通信號控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真就需要對各變量進(jìn)行定義，首先要建立一個新的工程，創(chuàng)建一個新的工作窗口，只有在這個工作窗口中才能對所想要的仿真圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后就是在實(shí)時數(shù)據(jù)庫里對各種變量進(jìn)行定義，這是MCGS軟件的最基本的設(shè)定。最后在定義完各種變量以后才能夠設(shè)計(jì)對應(yīng)的腳本程序，對系統(tǒng)的仿真進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)。具體流程如圖5-1和5-2所示。圖5-1用戶窗口圖圖5-2變量定義圖5.3MCGS組態(tài)軟件模擬運(yùn)行在各方面的參數(shù)都設(shè)置好以后就可以對設(shè)計(jì)好的控制系統(tǒng)圖進(jìn)行仿真，點(diǎn)擊進(jìn)入運(yùn)行的選項(xiàng)系統(tǒng)開始模擬運(yùn)行，運(yùn)行畫面如圖5-3所示：圖5-3控制系統(tǒng)仿真圖結(jié)束語對于本設(shè)計(jì)，我最初的想法是設(shè)計(jì)出一種和我們在街頭上普遍常見的交通信號燈所不一樣的交通信號控制系統(tǒng)。我們在街頭常見的交通燈每種信號燈的時間都是固定不變的，它并不會隨著車流量的變化而改變交通信號燈的持續(xù)時間，因此常常會出現(xiàn)交通過于擁堵的情況。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是建立在常見的交通燈的基礎(chǔ)上，添加了一種地感線圈來統(tǒng)計(jì)各個方向車流流量的復(fù)雜情況，通過對其所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)的比較，就能夠根據(jù)不同方向車流量的變化而改變信號燈的持續(xù)時間，實(shí)現(xiàn)交通信號的智能化控制。通過地感線