【正文】 。13 I/O地址的分配17181930第四章 總結(jié)與展望31參考文獻(xiàn)32致謝33 第一章 緒 論 引言交通燈控制系統(tǒng)的發(fā)展有著悠久的歷史，伴隨著人類(lèi)工業(yè)文明的發(fā)展，汽車(chē)以及其他各種交通工具呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。各種交通工具的大量使用使得人們的出行更加方便，但隨之而來(lái)的是交通的壓力越來(lái)越大，各個(gè)路口對(duì)于對(duì)于交通指揮系統(tǒng)的需求大量增加。早在1868年，全世界第一臺(tái)煤氣是紅綠兩色照明燈由英國(guó)工程師納伊特安裝在了倫敦威斯特敏斯特街口，它可以控制車(chē)輛的通行，但是不久，這種交通燈便消身匿跡了，原因是由于一場(chǎng)爆炸事故。盜了1914年左右，交通燈又重新出現(xiàn)了，美國(guó)的克利夫蘭制造了一款由電力驅(qū)動(dòng)的交通燈，它被安裝在了紐約和芝加哥等地，這種交通燈的概念已經(jīng)和現(xiàn)在大致相同。1926年，自動(dòng)化控制的交通燈得到利用，這為現(xiàn)代城市交通奠定了基礎(chǔ)。1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)交通燈的各種意義做出了明確的規(guī)定，綠燈行，綠燈車(chē)道的車(chē)輛可直行可左拐可右拐，如果前面有禁止標(biāo)志的則除外。并且左右拐彎的車(chē)輛必須讓直行車(chē)輛和行人先行。紅燈停，紅燈車(chē)道的車(chē)輛不準(zhǔn)超過(guò)人行道。黃燈等一等，黃燈車(chē)道的車(chē)輛必須減速，但車(chē)輛已十分接近停車(chē)線而不能安全停車(chē)時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。交通燈的使用大大緩解了交通壓力，使得城市的擁堵顯現(xiàn)得到了一定程度的緩解，使人們的出行現(xiàn)狀得到了改善。但是隨著當(dāng)今經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車(chē)的擁有量不斷上升，傳統(tǒng)的交通燈系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越不能滿足交通壓力的需求。在這樣的背景下，本次論文設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是設(shè)計(jì)一款能根據(jù)路面車(chē)流量的變化，進(jìn)而調(diào)整交通燈讀秒時(shí)間的交通燈系統(tǒng)，從而改善路面交通壓力，同時(shí)也可以節(jié)約交通資源。 英國(guó)道路研究所花費(fèi)了十幾年的時(shí)間，在大量的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，研制出了TRANSYT路面交通控制系統(tǒng)。被全球400多個(gè)車(chē)市廣泛采用，可以說(shuō)TRANSYT系統(tǒng)的成功是顯而易見(jiàn)的。TRANSYT內(nèi)部通過(guò)有線來(lái)經(jīng)行通信。采用靜態(tài)模式來(lái)控制交通信號(hào)燈，這種控制方案中通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)控制綠信比和相位差。但是這種交通控制系統(tǒng)還是存在一定的缺陷，例如它無(wú)法優(yōu)化周期，而且想要獲得最優(yōu)的整體分配方案是相當(dāng)困難的。如果想要經(jīng)行離線優(yōu)化，必須采用大量的路網(wǎng)幾何和交通數(shù)據(jù)流。 70年代末期，澳大利亞開(kāi)發(fā)了SCAT路面控制系統(tǒng) 。SCAT采用分層遞階的計(jì)算機(jī)形式，這是一種較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。SCAT通過(guò)有線來(lái)通信。在地區(qū)聯(lián)機(jī)，在中央即采用聯(lián)機(jī)也采用脫機(jī)模式。在控制的過(guò)程中，SCAT會(huì)預(yù)先設(shè)定幾個(gè)參數(shù)，在對(duì)路面情況經(jīng)行分析的基礎(chǔ)之上，根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)選定具體采用那個(gè)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)好改變，控制方案好變換，而SCAT系統(tǒng)充分的利用了計(jì)算機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)。但是，由于SCAT對(duì)于硬件的要求高，這也就限制了它的移植能力，以及信息的無(wú)即時(shí)反饋性。 在TRANSYT系統(tǒng)改進(jìn)和改良的基礎(chǔ)之上，通過(guò)8年的研究，英國(guó)道路交通研究所又設(shè)計(jì)出了一款自適應(yīng)的SCOOT路面控制系統(tǒng)，其全名為動(dòng)態(tài)交通控制系統(tǒng)。由于采用動(dòng)態(tài)的交通控制方式，其性能各個(gè)方面都要優(yōu)于以靜態(tài)為核心的路面交通控制系統(tǒng)。這種交通控制方式同樣被許多國(guó)家大量的采用。 SCOOT路面控制系統(tǒng)以有線的方式進(jìn)行通信。通過(guò)聯(lián)機(jī)的方式來(lái)控制各個(gè)路口的交通信號(hào)燈，這與傳統(tǒng)的控制方式來(lái)比，其效率大大提高。但是SCOOT路面控制系統(tǒng)依然有他的缺點(diǎn)，其一它的相位一旦確定之后就不能自動(dòng)的增減了，其二他對(duì)于固定的路口只有固定的相序，其三它的安裝困難度也過(guò)高。日本設(shè)計(jì)的路面控制系統(tǒng)有交通控制中心和VICS中心，交通控制中心主要在東京等地區(qū)運(yùn)營(yíng)，它極具代表意義，在控制一般城市路面交通的同時(shí)有著顯著的高效性。通過(guò)收集，處理和發(fā)布交通信息，控制中心不僅可以對(duì)交通信號(hào)進(jìn)行控制還可以進(jìn)行信息交流等。通過(guò)對(duì)超聲波、雷達(dá)、紅外檢測(cè)器、直升機(jī)、攝像機(jī)等信息收集系統(tǒng)收集來(lái)的信息進(jìn)行分析，該控制系統(tǒng)可以利用后臺(tái)許許多多的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速的運(yùn)算，通過(guò)這種流量分析以及提前的預(yù)定方案的選擇，可以實(shí)時(shí)的指揮路面各個(gè)交通燈路口的紅綠燈情況。在指揮的同時(shí)，他還會(huì)以各種方式將車(chē)流量、堵塞情況等信息通過(guò)各種方式向社會(huì)發(fā)布。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)的交通燈基礎(chǔ)之上，通過(guò)PLC進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)出一款能夠根據(jù)車(chē)流量的變化來(lái)智能化調(diào)整交通燈讀秒時(shí)間的交通燈控制系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的的初期設(shè)想是在十字路口東西南北各個(gè)方向上安裝光電計(jì)數(shù)器，以此來(lái)統(tǒng)計(jì)各個(gè)路口的車(chē)流量，再將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中央控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)行分析，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，智能化的判斷各個(gè)交通路口的擁堵情況，從而通過(guò)PLC控制系統(tǒng)來(lái)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整紅綠燈的讀秒時(shí)間。并且在此基礎(chǔ)之上，若交通燈路口遇到特殊車(chē)輛或者緊急情況，該系統(tǒng)也能切換到人工控制模式，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)通控制，從而保證路面交通的正常運(yùn)行。此系統(tǒng)不僅成本低，維護(hù)方便，而且能在最大程度上緩解交通壓力，節(jié)約交通資源。第2章 PLC的功能介紹 PLC的基本概念和基本結(jié)構(gòu) PLC的基本概念早期的可編程控制器主要是用來(lái)代替繼電器控制系統(tǒng)的，因此功能較為簡(jiǎn)單，只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)邏輯控制，稱為可編程控制器（programmable logic controller）,簡(jiǎn)稱PLC。隨著微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通行技術(shù)的快速發(fā)展，20世紀(jì)70年代后期微處理器被用作可編程控制器的中央處理器，從而較大的擴(kuò)展了可編程控制器的功能，可編程控制器有開(kāi)關(guān)邏輯，模擬量控制，高速計(jì)數(shù)，PID賄賂調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)程I/O和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。1980年，美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)正式將其命名為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。1987年2月，國(guó)際電工委會(huì)對(duì)PLC的具體含義做出了明確的定義：在工業(yè)環(huán)境的背景之下，一種常用來(lái)做數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它既可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制，也可以進(jìn)行定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)學(xué)運(yùn)算等操作。雖然它中間的運(yùn)算是采用的數(shù)字模式，但是它的輸入和輸出還是采用模擬的信號(hào)。這種可編程的控制器，可以控制各類(lèi)生產(chǎn)的過(guò)程。 PLC的基本結(jié)構(gòu)（CPU）CPU是PLC的核心部件，CPU模塊在PLC中相當(dāng)于大腦和心臟，是整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。它的主要功能如下：⑴ 接受和儲(chǔ)存用戶程序和數(shù)據(jù)⑵ 掃描現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，存入數(shù)據(jù)區(qū)⑶ 檢測(cè)和診斷電源，PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤⑷ 從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)指令解釋后，去開(kāi)啟或關(guān)閉相關(guān)控制電路，完成相關(guān)的邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算。⑸ 根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新相關(guān)標(biāo)識(shí)位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制，制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。PLC中采用的CPU一般有三大類(lèi)：通用處理器、單片機(jī)芯片和微處理器。其中小中型PLC一般采用微處理器或單片機(jī)，而大型的PLC大多采用高速位片式處理器。檔次越高，PLC的位次也越多，運(yùn)行的速度越快，功能也會(huì)更強(qiáng)大。存儲(chǔ)器一般分兩種：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開(kāi)發(fā)固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。常用的存儲(chǔ)器類(lèi)型有CMOS RAM、EPROM、用戶不能直接存儲(chǔ)，因此PLC產(chǎn)品中所說(shuō)的存儲(chǔ)類(lèi)型及其容量，是指用戶程序存儲(chǔ)器而言。PLC中所配用的用戶存儲(chǔ)器的容量大小有較大差別，小型的在8K以下，大型的可以達(dá)到256K.（I/O）模塊輸入模塊和輸出模塊簡(jiǎn)稱I/O模塊，他是聯(lián)系外部設(shè)備和CPU模塊的橋梁。PLC的對(duì)外功能，主要是通過(guò)各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，輸出模塊用來(lái)送出PLC運(yùn)算后得出的控制信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)控制。PLC有多重I/O模塊，常見(jiàn)的有數(shù)字I/O模塊、模擬量I/O模塊、快速響應(yīng)模塊，高速計(jì)數(shù)模塊和PID控制模塊等。PLC配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，用來(lái)將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC內(nèi)部的CP