【正文】 ，之后循環(huán)這一過程。接收到時鐘信號的紅綠燈信號控制電路開始工作，并將產(chǎn)生的重新計數(shù)的輸出使能控制信號發(fā)送給計數(shù)秒數(shù)選擇電路和倒計時控制電路，同時還會將目前電路產(chǎn)生的狀態(tài)信 號發(fā)送給前者。其中包括： (1) 時鐘發(fā)生電路； (2) 計數(shù)秒數(shù)選擇電路； (3) 倒計時控制電路； (4) 紅綠燈信號控制電路。（ 2）參數(shù)化的概念：針對不同時段的交通流量，可以調(diào)整紅綠燈電路（增加或者減少電路的計數(shù)時間），以增加程序的靈活性。軟件方面包括：（ 1）電路合成模塊的概念：將交通燈信號系統(tǒng)劃分成若干個小電路，編寫每一個模塊的 VHDL 程序代碼，并將各個小電路相連接。利用硬件描述語言來設(shè)計電路，使探測各種設(shè)計方案變成一件很容易的事，因為只需要對描述語言進行修改，這比更改電路原理圖要容易實現(xiàn)得多。 其次，這次設(shè)計選用 VHDL 硬件描述語言的優(yōu)勢就在于傳統(tǒng)的用原理圖設(shè)計電路的方法具有直觀形象的優(yōu)點，但如果所設(shè)計系統(tǒng)的規(guī)模比較大，或者設(shè)計軟件不能提供設(shè)計者所需的庫單元時，這種方法就顯得很受限制了。 VHDL 的英文全稱是 VHSIC（ Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Description Language。 第四章 交通燈系統(tǒng)的設(shè)計 交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 交通系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢就是要提高通行能力，加強環(huán)境保護，開展智能化運輸和環(huán)保專項技術(shù)的研究，并且要做到以人為本，重點開展交通安全技術(shù)的研究，在這個過程中要確定經(jīng)濟合理的目標，促進新材料的廣泛應(yīng)用和開發(fā)。 該方向程序的梯形圖設(shè)計如圖 所示： 圖 南北方向程序梯形圖 (a) 續(xù)圖 （ b） (b) 該方向程序的梯形圖設(shè)計如圖 所示： 圖 東西方向程序梯形圖 (a) 續(xù)圖（ b） (b) 數(shù)碼管的 PLC 外部連線圖 對于數(shù)碼管的連線，南北向、東西向的兩組數(shù)碼管的各接頭依次接在 PLC 輸出端的 Y020Y056 口上，另一端再并上一個 24V 的直流電源后接入 PLC 的接地端COM1，連線圖如圖 所示： FX 2N 1 28 M T 0 0 1 圖 數(shù)碼管的 PLC 外部連線 本章小結(jié) 本章研究了信號燈的具體配置、時序要求、端口分配、梯形圖程序的設(shè)計以及PLC 外部連線；對于數(shù)碼管顯示，主要研究了數(shù)碼管的顯示原理、控制程序和外部連線等問題，己完成了交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計的大部分 。開始時，南北直行綠、南北直行黃、南北直行紅、東西直行綠、東西直行黃、東西直行紅分別在其電路接通時發(fā)送給顯示電路一個脈沖信號，同時中間繼電器 M8013 每隔 1s 發(fā)送一個脈沖信號。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，對于該組數(shù)碼管，又分別顯示直行、左轉(zhuǎn)時兩個燈切換之間的時間。本節(jié)將就如何實現(xiàn)數(shù)碼顯示及數(shù) 碼管的外部接線作詳細介紹。具體梯形圖程序如圖 所示： 圖 南北方向程序梯形圖 (a) 續(xù)圖（ b） (b) 信號燈的 PLC 外部連線圖 信號燈的 PLC 外部連線較為簡便，信號燈輸出一端直接接 PLC 的輸出端，另一端在并上一個 24V 的直流電源后接入 PLC 的接地端 COM1。 對于人行道信號燈，本設(shè)計能過采用直行及左轉(zhuǎn)紅、黃、綠燈的常開及常閉開關(guān)直接控制其紅燈和綠燈的通路，也大大簡化了系統(tǒng)，符合設(shè)計的可靠性和經(jīng)濟性等要求。對于左轉(zhuǎn)紅燈，本設(shè)計采用左轉(zhuǎn)紅燈通路上串入左轉(zhuǎn)綠燈和左轉(zhuǎn)黃燈的常閉開關(guān)控制的方法，既可以簡單地對左轉(zhuǎn)紅燈進行控制，同時還保證了紅燈和綠燈不會同時亮，提高了系統(tǒng)安全性。 15s 后啟動左轉(zhuǎn)黃燈并斷開左轉(zhuǎn)綠燈通路，同時啟動定時器 T4。 5s后 T1 動作，接通直行紅燈，斷開直行黃燈通路，同時啟動定時器 T2。數(shù)碼管輸出的 I/O 端口分配如表 所示： 表 數(shù)碼管輸出的 I/O 端口分配 南北組數(shù)碼管個位 a Y020 東西組數(shù)碼管個位 a Y040 b Y021 b Y041 c Y022 c Y042 d Y023 d Y043 e Y024 e Y044 f Y025 f Y045 g Y026 g Y046 南北組數(shù)碼管十位 a Y030 東西組數(shù)碼管十位 a Y050 b Y031 b Y051 c Y032 c Y052 d Y033 d Y053 e Y034 e Y054 f Y035 f Y055 g Y036 g Y056 程序梯形圖 本設(shè)計的梯形圖設(shè)計力求簡單、高效，在完成設(shè)計要求的同時，盡量簡化系統(tǒng)，充分利用系統(tǒng)資源。信號燈輸出的 I/O 端口分配方式如表 所示： 表 信號燈輸出的 I/O 端口分配 南北直行綠燈 Y000 東西直行綠燈 Y010 南北直行黃燈 Y001 東西直行黃燈 Y011 南北直行紅燈 Y002 東西直行紅燈 Y012 南北左轉(zhuǎn)綠燈 Y003 東西左轉(zhuǎn)紅燈 Y013 南北左轉(zhuǎn)黃燈 Y004 東西左轉(zhuǎn)綠燈 Y014 南北左轉(zhuǎn)紅燈 Y005 東西左轉(zhuǎn)黃燈 Y015 南北人行綠燈 Y006 東西人行綠燈 Y016 南北人行紅燈 Y007 東西人行紅燈 Y017 本設(shè)計中四個方向數(shù)碼管共設(shè)置了四組，南北方向和東西方向各兩 組，每一方向的兩組數(shù)碼管顯示均相同。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，其中兩組車輛信號燈，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。 PLC上的外部輸入控制按鈕總共分為 6 個，分別是系統(tǒng)啟動按鈕、系統(tǒng)停止按鈕、南北無線 手動強通啟動按鈕、南北無線手動強通停止按鈕、東西手動強通啟動按鈕、東西手動強通停止按鈕。而本設(shè)計中的輸入輸出點數(shù)共為 52點，均在 PLC 的基本輸入輸出點數(shù)范圍之內(nèi)，所以無需進行 I/O 擴展， 在設(shè)計時只需賦與其不同的端口地址即可。 對于東西側(cè)人行道紅綠燈，各自以綠燈（ 60s） 紅燈（ 60s）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。 對于東 西直行紅黃綠燈，該組信號燈的 3個燈以紅燈（ 60s） 綠燈 (35s) 黃燈（ 5s） 紅燈（ 20s）依次循環(huán)。即對于某一車道，當直行及左轉(zhuǎn)紅燈均亮時該側(cè)的人行道綠燈才亮，當任一直行或左轉(zhuǎn)綠燈亮時該人行道都顯示為紅燈亮。 對于左轉(zhuǎn)紅黃綠燈，該組信號燈的 3個燈以紅燈（ 40s） 綠燈（ 15s） 黃燈 (5s) 紅燈（ 60s）依次循環(huán)。本文采用的是以 120s為周期，其信號燈工作時序如圖 。 工作時序圖 1． 南北方向 對于該方向，信號燈配置為左轉(zhuǎn)紅黃綠燈和直行紅黃綠燈以及人行道紅綠燈各兩組。 第 3 章 信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計 信號燈結(jié)構(gòu)設(shè)計 本文以十字路口信號燈的 PLC 控制為主進行研究?？梢哉f，城市道路智能交通信號控制系統(tǒng)是城市道路交通管理隨著信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)迅猛發(fā)展的綜合產(chǎn)物。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，交互式控制策略使信號控制由感控到誘導實現(xiàn)了真正的智能，交通信號控制系統(tǒng)不僅可以檢測到車流量等交通信息參數(shù)，調(diào)控路口綠信號配比，變化交通限行、禁 行等指路標志，還可以根據(jù)系統(tǒng)聯(lián)接的數(shù)據(jù)庫完成與交通參與者之間的信息交換，向交通參與者顯示道路交通信息、停車場信息，提供給交通參與者合理的行駛線路，以達到均衡道路交通負荷的主動的控制策略。 智能交通信號控制的核心 智能交通信號控制系統(tǒng)的 核心是控制模型算法軟件，是貫穿規(guī)劃設(shè)計在內(nèi)的信號控制策略的管理平臺，體現(xiàn)著交通管理者的控制思想，它包括信號控制系統(tǒng)將起到的作用和地位。 有效綠燈時間 :是指被有效利用的實際車輛通行時間。 飽和流量 :是衡量路口交通流施放能力的重要參數(shù)，通常是指一個綠燈時間內(nèi)的連續(xù)通過路口的最大車流量。由時距圖可以看出， BZ 和 B4 均表示路口 2 信號和路口 3 信號之間的相對相位差，只是因選定行車方向不同而具有不同的數(shù)值。當車輛由路口 4沿道路駛向路口1 時， B3 是路口 3 信號和路口 4 信號當相對相位差 。當車輛由路口 1 沿道路駛向路口 4 時， Bl 是路口 2信號和路口 1 信號的相對相位差 。 圖 24 時距圖 以第 1個交叉口的信號為基準，則圖中的 Al、 A A3 分別為交叉口 4 的信號的絕對相位差。車輛行使方向任意相鄰路口的協(xié)調(diào)相 位起始時刻的最小時間差，稱為相對相位差。這里稱時間對“錯開”為相位差。 相位差 相位差 :具有相同周期長的相關(guān)路口，在同方向上的兩個相關(guān)相位的啟動時間差，稱為相位差。然而，若交通流的需求過高，堵塞現(xiàn)象將成為不可避免的，信號周期長度的選取應(yīng)根據(jù)某種優(yōu)化性能指標選擇。 正確的周期時長應(yīng)該是，每一個相位的綠燈時間剛好使該相位各入口處等待車隊放行完畢。最長周期長度一般不超過 120 秒。它是決定點控制定時信號交通效益的關(guān)鍵控制參數(shù)，用 C 表示。其中主控中心包括操作平臺、交互式數(shù)據(jù)庫、效益指標優(yōu)化模型、數(shù)據(jù) (圖像 )分析處理等。國內(nèi)外各大中城市己有的交通信號控制系統(tǒng)就是根據(jù)不同環(huán)境條件，基于各自城市道路的規(guī)劃和發(fā)展水平建立起來的。 城市道路智能交通信號控制系統(tǒng) 智能交通信號控制系統(tǒng)是城市道路交通管理系統(tǒng)中對交叉路口、行人過街，以及環(huán)路出入口采用信號控制的子系統(tǒng)。有些城市還部分地實現(xiàn)了交替信號的線或面的聯(lián)動控制，在這樣的系統(tǒng)中，計算機充當了主控機和監(jiān)視器的角色。周期中的某些相位是可以任意選擇使用的，當檢測器未測出交通量時，該時刻的相位可自動取消。一般每個相位都要規(guī)定最小與最大綠燈時間。 全感應(yīng)式信號。該系統(tǒng)的周期長和綠燈時間可根據(jù)需要隨時進行調(diào)整。這時信號經(jīng)過一個適當?shù)霓D(zhuǎn)換間隔后，立刻為次干路顯示綠燈，該綠燈就維持到次干路上的車輛全部通過路口或持續(xù)到預定的最大綠燈時間為止。 半感應(yīng)式信號。信號通過規(guī)定的周期運行，每個周期的周期長和相位都恒定不變。 交通信 號的控制方式 根據(jù)所采用的控制裝置的不同，交通信號一般有三種控制方式： 周期式信號。在交叉路口中央上空安裝信號燈時應(yīng)符合車輛通行凈空高度界限的要求。按固定方式排列信號燈有兩個好處 :一是把紅燈信號放在最醒目的位置 。 垂直排列式 從上往下依次是紅、黃、綠燈。 信號燈的排列方式通常分為兩種 : 水平排列式 從道路的中心線一側(cè)起以紅、黃、綠的順序向路邊排列。 交叉路口交通信號燈安裝方式有 兩種，一種是安裝在伸向交叉路口中央上空型臂上 。因此，信號控制交叉口的交通事故，多發(fā)生在交通量較低的交叉口上或交通量較低的時間內(nèi)。信號燈設(shè)得合理、正確，能較充分地發(fā)揮道路的交通效益，如設(shè)置不當，非但浪費了設(shè)備和資金，并且會對交通造成不良后果。 (6)右轉(zhuǎn)彎車輛和 T 形交叉口右邊無人行橫道的直行車輛，遇黃燈或紅燈時，在不妨礙被放行的車輛和行人通行的情況下可以通行。 (4)綠色箭頭燈亮時，準許車輛按箭頭所示方向通行。 (2)黃燈亮時，不準車輛、行人通行，但已越過停止線的車輛和已進入人行通道的行人，可以繼續(xù)通行。 隨著信號燈的發(fā)展，各國使用的信號燈存在不同的差別，各自給信號燈賦予不同的含義。 交通信號是在空間上無法實現(xiàn)分離原則的地方，主要在平面交叉口上，用來在時間上給交通流分配通行權(quán)的一種交通指揮措施。 本文的主要工作 近年來，國內(nèi)外許多專家致力于開發(fā)新的交通信號控制方法，人工智 能是新的研究方向之一，這是因為人工智能在復雜系統(tǒng)的定性建模和控制上卓有成效。在 (14)式中引入了控制偏差的二次函數(shù)，目的是使最優(yōu)控制問題易于求解。 (14)式表示性能指標，己經(jīng)寫成了二次型函數(shù)形式 。a 是一個時變的車輛到達向量。r 表示各支路放行流量組成的向量，它與各路口的綠信比相對 應(yīng)，是一控制向量 。 (12)式表示控制變量 r(也即綠信比 )受到最大綠燈時間和最小綠燈時間的