【導讀】站名永城函授站年級專業(yè)2021級電氣工程及其自動化學生姓名耿靖杰。指導教師（簽名）。成教院院長（簽名）。畢業(yè)設計（論文）評定書。根據(jù)學院教學管理的有關規(guī)定，同意（不同意）該生參加畢業(yè)。畢業(yè)設計（論文）答辯委員會（小組）決議。意見以及在答辯過程中學生回答問題的情況，畢業(yè)設計（論。城市交通信號控制是通過對交通流量的調(diào)節(jié)以達到改善人和貨物的安全運。輸，以提高運營效率。多采用的是定時信號控制，很難得到滿意的效果。本文實現(xiàn)基于PLC的交通信號的模糊控制系統(tǒng)進行初步探討與設計。制決策，優(yōu)化信號燈的配時，從而可以有效的解決交通流量不均衡、不穩(wěn)定帶來?，F(xiàn)有線路所要做的基本工作等，詳盡描述了交通指示燈的PLC控制系統(tǒng)硬件配置。并作出模擬實驗。

　　

【正文】 接到 PLC 的輸入端。 （ 7）將 USB端口焊在電路板上。將相關 涉及 到 電源和接地的部件與 USB 正負極相連。 最后，硬件擺放如圖 。 圖 電路板布局圖 河南理工大學成人高等教育 畢業(yè) 設計（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設計 20 交通信號模糊控制算法的設計思想 在十字路口的車道上，分別設置 2 個環(huán) 型傳感器式檢測器，一個設在十字路口處，用于檢測離開的車輛數(shù)；另一個設在距第一個環(huán)型檢測器約 100m 處，用于檢測到達的車輛數(shù)。 這樣可檢測出每個車道上的車輛數(shù)，再經(jīng)過比較可得出當前綠燈方向和當前紅燈方向處于檢測區(qū)的最大車輛數(shù)即隊長 (按平均 5m 一輛車計算， 100m 車道上最多約 20 輛 )，如圖 所示： 圖 傳感器設置圖 為了實現(xiàn)交通燈的模糊控制，將綠燈時間分為兩部分。其一是固定的最小時間 t1 為 12s，其二是根據(jù)車輛流量變化進行模糊決策的綠延時 t2。本系統(tǒng)的輸出是東西和南北兩個方向的紅、黃、綠燈，由于 兩個方向的輸出關系是固定的，最終都可歸結到對當前綠燈的延時上 [20]。 將測得的隊長可看作模糊變量 l，其論域為： L={1， 3， 5， 7， 9， 11， 13， 15，17， 19， 21}，取 7 個語言值： l1(很長 )， l2(長 )， l3(較長 )， l4(中等 )， l5(較短 )， l6(短 )， l7(很短 )，賦值表如表 所示： 表 語言變量 l賦值表 河南理工大學成人高等教育 畢業(yè)設計（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設計 21 語言值 li 隊長 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 l1 l2 l3 l4 l5 l6 l7 綠燈追加時間 t2 同樣看作模糊變量 g ， 其 論 域 為 ：G={5,10,15,20,25,30,35,40,45},取 7個語言值： g1(很多 )， g2(多 )， g3(較多 )，g4(適中 )， g5(較少 )， g6(少 )， g7(很少 )，賦值表如表 所示： 表 語言變量 g賦值表 語言值gj 綠延時 /s 5 10 15 20 25 30 35 40 45 g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 根據(jù) 交警的控制經(jīng)驗一般可總結出下列 7 條控制規(guī)則： ?,2,1, ??? igiglil 則若 式（ ） 河南理工大學成人高等教育 畢業(yè)設計（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設計 22 根據(jù)模糊控制理論知道，一個完整語言控制策略是由很多不同的語言控制策略所組成的。式 ()所示的單輸入單輸出語言控制策略就是由 7條語言控制策略所組成，每條控制策略可用下面模糊關系矩陣表示： 7,1],[][ ???? igiliRi 式（ ） 其中 [li]為 11 1列向量， [gi]為 1 9行向量，其數(shù)值分別對應于表 和表 中的行?？偟囊唤M控制策略的模糊矩陣為各個模糊關系矩陣求“并” [21]。 7654321 RRRRRRRR ??????? 式（ ） 由表 、表 和式（ ）、式（ ）得模糊關系矩陣： 解模糊：若將測得的隊長按表 ，記為 l，則由下式得到輸出的模糊響應： lgloRg? 式（ ） 然后采用加權平均法進行模糊判決得模糊控制查詢表，如表 所示： 表 模糊控制查詢表 隊長 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 延時 0 5 5 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 40 45 45 45 控制器的軟件設計 控制器的工作原理：控制器接通電源，按下啟動按鈕，開始工作。首先東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮 (亮燈延時時間由隊長決定 )，當東西方向綠燈滅轉(zhuǎn)黃燈亮 3s； 東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮 (亮燈延時時間由隊長決定 )，當南河南理工大學成人高等教育 畢業(yè)設計（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設計 23 北方向綠燈滅轉(zhuǎn)黃燈亮 3s；接著又轉(zhuǎn)東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，如此循環(huán)，直到按下停止按鈕結束。顯示時間最短為 15s，最長為 60s。 交通燈控制時序圖 如下圖 。 啟動 M100 東西綠燈 Y10 東西黃燈 Y11 東西紅燈 Y12 南北綠燈 Y13 南北黃燈 Y14 南北紅燈 Y15 T0 T1 T2 T3 T4 T5 圖 控制時序圖 通過 X2X11 可測出每個車道上的車輛數(shù)即隊長，經(jīng)過比較得出當前綠燈方向和當前紅燈方向處于檢測區(qū)的最大車輛數(shù)，再通過查表 得出綠延時 t2。因此，交通燈控制程序主要由隊長數(shù)據(jù)采集程序、綠延時查表程序、燈亮程序和時間顯示程序組成 [22]。 數(shù)據(jù)采集及處理程序： 一． 東西方向數(shù)據(jù)采集及處理 。 （ 1） PLC 接受來自東西方向進 入路口車輛信號 X X5和東西方向通過路口車輛信號 X X4。 （ 2）分別 計算東 ， 西方向停候等車的數(shù)量 D4=D2D0和 D5=D3D1。 （ 3）求 D6=MAX{D4,D5}。 如圖 ： 河南理工大學成人高等教育 畢業(yè)設計（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設計 24 圖 東西方向設計圖 （ 4） 根據(jù)停留車輛 D6 計算東西綠 燈延時 的時間 T1。 二．南北 方向數(shù)據(jù)采集及處理 。 （ 1） PLC 接受來自 南北 方向進入車輛信號 X X11 和 南北 方向通過路口車輛信號 X X10。 （ 2）分別 計算東 ， 西方向停候等車的數(shù)量 D12=D10D8 和 D13=D11D9。 （ 3）求 D14=MAX{D12,D13}。 （ 4） 根據(jù)停留車輛 D14 計算 南北 綠 燈延時 的時間 T4。 綠燈延時查表程序 根據(jù)模糊控制查詢表 T1(東西方向 )， T4(南北方向 )。 燈亮時序控制程序： 13 步：設置啟動停止按鈕 X0、 X1。 298 步：控制東西綠燈亮滅 。 310 步：控制東西黃燈亮滅。 342 步：控制南北紅燈亮滅。 654 步：控制南北綠燈亮滅。 666 步：控制南北黃燈亮滅。 698 步：控制東西紅燈亮滅 。 時間顯示程序 數(shù)碼顯示程序：秒脈沖 M8013 使 D16 中 的數(shù)每秒鐘減 1，通過 BCD 碼變換指令將 D16 中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 BCD 碼送到輸出端 Y0Y7，經(jīng)過 兩個 HEF4511BP 作 用于兩個七段數(shù)碼管顯示。其中 M為輔助繼電器。 771780 步：實現(xiàn)了數(shù)碼顯示程序 [23]。 如圖 。 河南理工大學成人高等教育 畢業(yè)設計（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設計 25 圖 倒計時顯示梯形圖 三菱 FX系列 PLC編程軟件編程的實現(xiàn) GPPW 梯形圖邏輯測試工具（ LLT）功能軟件包是在 WINDOWS98/ 下運行的模擬軟件。 使離線調(diào)試如軟元件監(jiān)視和仿真等功能成為可能。在編程結束后可以將程序送入 PLC中，可以進行監(jiān)控和 測試等功能。 打開三菱 FX 系列 PLC 編程軟件，選擇 PLC 的類型，選擇 FX2N 后點確認，如圖 PLC類型設置圖。 圖 PLC類型設置圖 確認后進入編程環(huán)境，見圖 編程界面。 圖 編程界面圖 進行梯形圖編寫。編程結束后，點擊文件保存，如圖 。 河南理工大學成人高等教育 畢業(yè)設計（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設計 26 圖 編程保存圖 最后，轉(zhuǎn)換到梯形圖的指令表界面中，見圖 。 圖 指令表界面圖 河南理工大學成人高等教育 畢業(yè)設計（論文） 第 5 章 結論及智能交通燈的展望 27 5 結論及智能交通燈的展望 結論 本次畢業(yè)設計為基于 PLC 的智能交通信號燈系統(tǒng)設計。 交通系統(tǒng)通過模 糊控制無須數(shù)學建模，就模仿了有經(jīng)驗的交警指揮交通時的思路，達到很好的控制效果。能根據(jù)不同的交通流量進行模糊控制決策，優(yōu)化信號燈的配時，從而可以有效的解決交通流量不均衡、不穩(wěn)定的問題。 理論知識方面： 在 這次設計 中 ， 我 深入學習了三菱可編程控制器 FX2N 和模糊控制理論及其相關知識， 從中獲取了許多有益的東西，對于課本的理論知識和實際的應用關系有了進一步的認識 。模糊控制理論一般分三個步驟：模糊化，模糊算法，解模糊。本次設計解模糊過程中采用了加權平均法。 軟硬件設計方面小結： 該課題的設計考慮到可編程器 FX2N32MT 的諸多優(yōu)勢以及方便調(diào)試與修改，故本設計選用了此 PLC 來實現(xiàn)控制。 PLC的應用是以 PLC 為程控中心，組成電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。 PLC 的程序設計是 PLC 應用的關鍵問題，也是整個畢業(yè)設計設計的核心。當我拿到課題后首先對它進行分析，熟悉系統(tǒng)控制對象，接著進行硬件和軟件的設計，所有這些確定后才開始真正的設計即編制程序。程序的編制一定要和硬件的設置對應起來，否則就算編程正確也不能正確輸出，在設計過程的每一步中都要仔細以免出錯。 在 FX2N 系列編程軟件上編好程序后，讀入到三菱 FX2N32MT 中。 通過努力設計 好硬件和軟件的設置，讓系統(tǒng)更加完美。 本次設計加強了我的動手能力。 實踐動手能力的培養(yǎng)關鍵在實驗室焊電路板和調(diào)試過程。調(diào)試過程也是發(fā)現(xiàn)錯誤和改正錯誤的過程，在實踐中不斷完善。 當然，本次設計也存在一些問題和不足。剛開始寫論文時沒有分清主次，排版雜亂。焊電路板時曾多次出現(xiàn)錯誤，經(jīng)過改正后，多次調(diào)試，通上電源最終也沒能實現(xiàn)任務書所要求的完善的功能。 智能交通燈的展望 智能控制特別是模糊控制技術是真正符合交通系統(tǒng)特點的一種控制方法，能夠適應交通系統(tǒng)復雜多變的局面，可獲得比傳統(tǒng)的定時控制、感應式控制方法更好的控 制效果，必將成為未來交通控制的主要形式。 然而，雖然運用模糊技術進行交通控制已進 行了一定的研究，但在控制策略河南理工大學成人高等教育 畢業(yè)設計（論文） 第 5