【正文】 有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、體積小、重量輕等優(yōu)點，是一種專門用于工業(yè)環(huán)境及過程控制的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。 PLC對交通信號燈的控制，主要是考慮其具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源豐富，可實現(xiàn)精確控制，且具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，可以將相關(guān)路口統(tǒng)一調(diào)度管理。 并且 由于 PLC內(nèi)部均配有實時時鐘，因此通過 PLC控制可對交通燈實施全天候無人化管理。另外因為 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，所以可以將同一條道路上的交通燈組成局域網(wǎng)進行的統(tǒng)一調(diào)度管理，這樣就可以縮短車輛等候時間，進而實現(xiàn)科學(xué)化管理。該課題的提出和研究有利于填補國內(nèi)外 PLC應(yīng)用領(lǐng)域的空白和不足，充分發(fā)揮 PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制中的優(yōu)越性。 也正是因為如此，如何充分地利用 PLC系統(tǒng) 的控制優(yōu)勢，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為競相研究的課題。 國內(nèi)外現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢 國外發(fā)展現(xiàn)狀 在交通信號燈的控制方面，國外尤其是歐美等發(fā)達國家， PLC 控制的交通信號燈在大中城市甚至是小城填也早己數(shù)見不鮮。在日常出行中，高質(zhì)量的交通信號無疑也對車的智能控制和減少交通擁堵上起到了至關(guān)重要的作用。而且由于 PLC 具有高可靠性和超長壽命的優(yōu)點，平時并不需要人工維護，這在人力資源奇缺的西方發(fā)達國家來說，是節(jié)約勞動力的最好方式。 目前，世界上 大約 有 200 家 PLC 生產(chǎn) 廠商， 400 多品種的 PLC 產(chǎn)品，按地域 來說可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產(chǎn)品 ， 各流派 PLC 產(chǎn)品 也 都各具 自己的 特色 。如日本主要發(fā)展中小型 PLC，其小型 PLC 設(shè)計 先進，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位 ,以 PLC 為基礎(chǔ)的紅綠燈在各大城市并不少見，各個 PLC 生產(chǎn)公司也因此大獲其利。就這一角度來說，以 PLC 控制的信號燈將極具競爭力。 PLC 的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其 在 應(yīng)用 方面 受到 了 限制。但近十多年 以 來， PLC 的應(yīng)用面 卻 越來越廣 。究 其原因 ，主要是 一方面由于微處理器芯 8 片 有 關(guān) 的 元件價格大 為 下降， 這 使得 PLC 的成 本 迅速 下降；另一方面 PLC 的功能大大增強，也能 夠 解決復(fù)雜的計算 以及 通信問題。 PLC 的應(yīng)用范圍通?？煞殖?5 種類型 ，它們分別是： 順序控制 、 運動控制 、 過程控制 、 數(shù)據(jù)處理 和 通信網(wǎng)絡(luò) 。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，國外的 PLC 己經(jīng)成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，由于綜合了計算機和自動化技術(shù)， PLC 的發(fā)展更是日新月異，現(xiàn)在己經(jīng)很大程度地超過了其剛剛出現(xiàn)時的技術(shù)水平。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 雖然 PLC在國外的研究己得到了長足的進步，但 我國工業(yè)企業(yè)的自動化程度 還 普遍較低 ，不僅 PLC產(chǎn)品應(yīng)用范圍有限，生產(chǎn) PLC的廠家也是鳳毛麟角 ，如機械行業(yè) 80%以上的設(shè)備仍 然 采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進行控制。 PLC在我國的應(yīng)用潛力遠 遠 沒有得到充分發(fā)揮 ， PLC產(chǎn)品 還 有 著 很大的應(yīng)用空間。 雖然 我國大中型企業(yè)普遍采用了先進的自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制，但絕大部分 的 小型企業(yè) 還 尚未應(yīng)用自動化系統(tǒng)和產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進行控制。 對于交通燈這種技術(shù)要求不太高的控制，與 PLC有關(guān)的研究更是無人問津。 近幾年來，隨著上路的車輛越來越多，與此同時城市交通擁堵問題日益突出，城市交通問題己成為了關(guān)乎人民正常生活與否的重要一環(huán)。合理的交通控制方法能有效的緩解交通擁擠、減少尾氣 排放及能源消耗、縮短出行延時，改善我國獨有的交通問題，所以對交通信號控制方法的研究具有重大意義。 當(dāng)前我國的十字路口信號燈還主要靠單片機控制，該控制方式雖然簡單易行，但由于單片機工作穩(wěn)定性差、易受外界干擾、可實現(xiàn)功能少且聯(lián)網(wǎng)性差，己越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化都市對于交通的需求。本文要研究的由 PLC控制十字路口交通信號燈正是為了解決上述問題運應(yīng)而生。 PLC憑借其高精度、高可靠性及長壽命為其在交通信號燈的控制上 提供 了 巨大的發(fā)展空間。 我國在 “十五 ”規(guī)劃中 就 已明確提出了 “用信息化帶動工業(yè)化 ”的發(fā)展計劃，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動化改造將為 PLC控制。 我國的工業(yè)發(fā)展及自動化應(yīng)用水平與工業(yè)發(fā)達國家相比有幾十年的滯后，按目前的經(jīng)濟形勢分析，我國將迎來一個 PLC市場高速增長的時期。 未來發(fā)展趨勢 和單片機控制的十字路口信號燈相比，用 PLC進行控制主要是考慮 PLC具有很強的環(huán)境適應(yīng)性，同時其內(nèi)部定時器資源非常豐富，可對交通燈進行精確控制。由于 PLC 9 內(nèi)部均配有實時時鐘，因此通過 PLC控制可對交通燈實施全天候無人化管理。另外因為 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，所以可以將同一條道路上的交通燈組成局域網(wǎng)進行的統(tǒng)一調(diào)度管理，這樣就可以縮短車輛等候時間，進而實現(xiàn)科學(xué)化管理。正是由于 PLC較之單片機及其它控制的種種優(yōu)點，以 PLC取代城市現(xiàn)有的交通燈控制方法是勢在必行的。 城市的交通系統(tǒng)是一種時刻變化且非線性的系統(tǒng)。以往的交通控制方面的研究多傾向于實際操作的考慮而非基于理論控制的方法。近年來，隨著眾多研究控制理論的學(xué)者教授的參與，城市交通的自動控制領(lǐng)域方面的研究出現(xiàn)了新的思路和方法，人工智能是新的研究方法之一。 人工智能是將 PLC控制與智能化計算機結(jié)合，利 用模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的技術(shù)進行十字路口交通信號燈控制能夠取得比定時控制更為有效的結(jié)果。這是今后的交通信號燈的主要研究方向。將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制兩者結(jié)合起來用于十字路口交通信號燈的控制將很有可能成為今后交通信號燈控制研究的重點，所以對其進行一次系統(tǒng)全面的研究是十分必要的。 課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計主要研究了基于 PLC 的十字路口交通信號燈控制。十字路口信號燈系統(tǒng)的具體構(gòu)成元素包括：東、西、南、北方向裝有主干道直行“紅綠黃”燈和左轉(zhuǎn)“紅綠黃”燈，人行道紅、綠燈和四個數(shù)碼管倒計時顯示裝置以及手持式無線控制器。 PLC 系統(tǒng)的信號燈的設(shè)計主要是各個方向的紅、黃、綠燈信號。對于南北方向上某一行車方向的信號燈輸出，本設(shè)計共設(shè)置了三組信號燈，其中兩組車信號燈，分為直行紅、黃、綠燈和左轉(zhuǎn)紅、黃、綠燈，另外一組是人行道上的紅、綠燈。南北向和東西向燈均以 120s 為一個循環(huán)周期，以南北向紅黃綠燈來說 （ 1） 直行紅黃綠燈， 該組信號燈的 3個燈以綠燈（ 35s） 黃燈 (5s) 紅燈（ 80s）依次循環(huán)。 （ 2） 左轉(zhuǎn)紅黃綠燈，該組信號燈的 3個燈以紅燈（ 35s） 綠燈（ 15s） 黃燈 (5s) 紅燈（ 60s）依次循環(huán)。 （ 3） 人行道紅綠燈，各自以紅燈（ 35s） 綠燈（ 85s）依次循環(huán)，并且與直行方向與左轉(zhuǎn)方向綠燈狀態(tài)相反。 東西方向信號燈與南北向配置相同，但亮、滅狀態(tài)相反。即在某一方向為綠燈時， 10 另一方向為紅燈或黃燈。 數(shù)碼顯示主要是為了顯示各個信號燈的倒計時 時間，由于系統(tǒng)對于信號燈倒計時的顯示并無特殊要求，故本設(shè)計采用了七段數(shù)碼管。對于普通七段數(shù)碼管，其供電電壓為 24V 時即可正常工作，故 電源采用外部接入直流 24V 供電。數(shù)碼管一端接外部電源，一端接 PLC 的 COM 口。 本設(shè)計中四個方向數(shù)碼管共設(shè)置了四組，分別是南北方向和東西方向，每一方向各設(shè)兩組，且每一方向的兩組數(shù)碼管顯示示內(nèi)容完全相同，所以其對應(yīng)的輸入端共用一個輸入信號。對于某一組數(shù)碼管，又分為了個位數(shù)字顯示和十位顯示。每組數(shù)碼管分別用來顯示直行、左轉(zhuǎn)燈當(dāng)中的綠、黃燈倒計時時間以及處于綠、黃燈間隔中的紅燈的倒計時時間。 對于手動無線強通的設(shè)計，本文主要是通過 AT89SC052單片機來實現(xiàn)的。本設(shè)計在南北方向和東西方向車道上各配置了一個點動按鍵式紅外遙控器，通過單片機的發(fā)射發(fā)出紅外信號并通過接收端接收后譯碼，并將信號送至 PLC輸入端，從而起到開關(guān)的作用。 對于無急車時，按照正常循環(huán)時序控制。當(dāng)有急車來時，打開急車強通開關(guān)，不管原先信號狀態(tài)如何，一律強制讓急車來車方向的綠燈亮，直到急車通過為止。當(dāng)斷開強通開關(guān)時， PLC即復(fù)位，以正常時序時進行控制。急車強通控制只能響應(yīng)一條路上來的控制信號，基兩條交叉路均有信號到來，則先響應(yīng)先來的一方，再響應(yīng)另外一方。 遙控接收器是根據(jù)接收到的不同頻 率的紅外光信號，由 CPU轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制方法進而對控制電路實施控制。 無線遙控系統(tǒng)就其組成來說，主要分為發(fā)射電路、接收電路及外圍控制電路等部分。最后通過接收電路的輸出端與 PLC輸入端相連以完成控制功能。 該設(shè)計的特點是對于緊急通過的車輛，可以進行人性化管理，確保該車順利通過，最大限度地利用 PLC的現(xiàn)代控制優(yōu)勢，充分發(fā)揮信號燈應(yīng)有的作用。 本設(shè)計的研究技術(shù)路線如圖 ： 11 圖 設(shè)計技術(shù)路線 研究了解信號燈的工作原理和動作規(guī)律 查閱相關(guān)資料并選擇適合本課題的技術(shù) 確定 PLC的技術(shù)路線 實現(xiàn) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基 本要求并設(shè)計出PLC 的控制程序 依照自己的設(shè)計做出總體布局設(shè)計 完成 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖 繪制 編寫畢業(yè)論文 12 第 2 章 控制系統(tǒng)總體方案與技術(shù)要求 系統(tǒng)的基本要求 信號燈的基本構(gòu)成 十字路口交通的具體的交通燈分布如圖 ，在十字路口的東、西、南、北方向裝有主干道直行“紅綠黃”燈和左轉(zhuǎn)“紅綠黃”燈，人行道紅、綠燈和四個計數(shù)器以及手持式無線控制器。 圖 交通燈分布 1. 南北主干道 南北主干道的交通燈有 6個，分別是左轉(zhuǎn)紅燈、左轉(zhuǎn)綠燈、左轉(zhuǎn)黃燈、直行紅燈、 13 直行綠燈和直行黃燈。 2. 東西主干道 東西主干道的交通燈也是 6個，分別是左轉(zhuǎn)紅燈、左轉(zhuǎn)綠燈、左轉(zhuǎn)黃燈、直行紅燈、直行綠燈和直行黃燈。 3. 人行道 南北向人行道和東西向人行道各 2個，分別是紅燈和綠燈。 4. 計時器 分為南北向和東西向計時器，分別顯示南北和東西方向的倒計時時間。 5. 無線控制器 可以實現(xiàn)人工對某一方向信號燈的強通控制。 基本控制要求 交通信號燈控制系統(tǒng)的要求是能夠?qū)崿F(xiàn)“正常循環(huán)運行”和“無線手動強通控制”兩種控制方式。 1. 正常循環(huán)運行 交通信號燈的正常循環(huán)運行邏輯流程圖如圖 ，具體控制要求如下： （ 1） 按下啟動按鈕后，交通信號燈系統(tǒng)開始工作。先亮南北方向綠燈和東西方向的紅燈，再亮東西方向綠燈和南北方向紅燈，然后再亮南北方向綠燈和東西方向的紅燈，如此一直循環(huán)運行。 （ 2） 南北向主干道直行綠燈先亮 35s，再亮直行黃燈 5s，然后是直行紅燈亮 80s；同時南北向左轉(zhuǎn)紅燈先亮 40s，其次左轉(zhuǎn)綠燈亮 15s，然后是左轉(zhuǎn)黃燈亮 5s。 （ 3） 東西主干道直行紅燈先亮 60s，其次是直行綠燈亮 35s，最后是直行黃燈亮 5s；同時東西向左轉(zhuǎn)紅燈 亮 100s,其次是左轉(zhuǎn)綠燈亮 15s，最后是左轉(zhuǎn)黃燈亮 5s后轉(zhuǎn)至左轉(zhuǎn)紅燈，依次循環(huán)。 （ 4） 南北向和東西向人行道均設(shè)有紅燈、黃燈、綠燈。人行道上的紅、黃、綠燈與同方向主干道上的直行紅、黃、綠燈運行方式相同。 14 圖 交通燈正常循環(huán)運行流程圖 2. 無線手動強通控制 無線手動強通控制是為了適應(yīng)警車、救護車等急車所設(shè)計的，它可以實現(xiàn)對某一方向燈的開關(guān)控制，其邏輯流程圖如圖 。具體控制要求如下： （ 1）強通控制受無線遙控開關(guān)控制。無急車時，按照正常循環(huán)時序控制。當(dāng)有急車來時，打開急車強通開關(guān)，不管原先信號狀態(tài)如何，一律強制讓急車來車方向的綠燈亮，直到急車通過為止。當(dāng)斷開強通開關(guān)時， PLC即復(fù)位，以正常時序時進行控制。 （ 2）急車強通控制只能響應(yīng)一條路上來的控制信號，基兩條交叉路均有信號到來，則先響應(yīng)先來的一方，再響應(yīng)另外一方。 （ 3） 當(dāng)無線強通停止按鈕按下后，該信號將原先的強通電路關(guān)閉，同時 PLC復(fù)位，各個通路以初始狀態(tài)為起始點開始循環(huán)運行，進入原先的運行狀態(tài)之中，道路恢復(fù)通車。由于該過程對時間的要求并無限制，所以該系統(tǒng)同時還可以作為交通故障及道路施工時關(guān)閉交通來用。 開始 南北直行綠燈亮 35S 南北直行黃燈亮 5s 南北直行紅燈亮 80s 南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 40s 南北左轉(zhuǎn)綠燈亮 15s 南北左轉(zhuǎn)黃燈亮 5s 東西直行紅燈亮 60s 東西直行綠燈亮 35s 東西直行紅燈亮 20s 東西左轉(zhuǎn)紅燈亮 100s 東西左轉(zhuǎn)綠燈亮 15s 東西左轉(zhuǎn)黃燈亮 5s 南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 60s 東西直行黃燈亮 5s 15 圖 無線手動強通控制的邏輯流程圖 3. 倒數(shù)計時功能的實現(xiàn) 在路中央四個方向均設(shè)置一組數(shù)碼管，每組 2個。信號燈程序啟動后，隨著信號燈的亮滅，七段數(shù)碼管構(gòu)成的倒計時鐘也隨之顯示信號燈的亮滅時間。 (1)南北方向 該方向上共有兩組共 6個信號燈，分別控制直行和左轉(zhuǎn)方向的行車。 在該方向，先顯示直行綠燈的接通時間 35s，然后進入黃燈倒數(shù) 5s計時，其次是左轉(zhuǎn)綠燈顯示 15s,后是左轉(zhuǎn)黃燈 5s，最后是紅燈顯示 60s，此次工作循環(huán)節(jié)束，進入下一開始 正常運行 按下南北強通銨鈕 南北方向綠燈亮， 東西方向紅燈亮