十字路口交通信号灯控制 毕业论文.docx

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技术学院

机制工艺 系机械设计与制造专业_级

毕业设计（论文）

题目:

十字路口交通信号灯控制

姓名—学号

指导教师（签名）—

2010年11月20日

毕业设计任务书

设计题目 十字路口交通信号灯控制

学生姓名系别 机制工艺系 专业机械设计与制造 班级

指导教师姓名—职称 高级讲师课题来源实践

任务书下达时间2010.9.20

教学科主任签字—

1、 毕业设计主要内容

（1）设计一个十字路口交通信号灯的控制系统。

（2）完成交通灯控制系统的软件和硬件的设计。

（3）设计出具有应急强通功能的智能系统的梯形图和程序。

2、 毕业设计的主要技术指标

（1）在本设计当中，采用了日本欧姆龙系列的PLC。

（2）选用C28PCPU类型的PLC,已满足输入输出点数。

3、 毕业设计基本要求

（1） 按计划定期反馈设计进度，接受指导老师的检查与指导。

（2） 完成全部设计内容。

（3） 按要求打印，装订，设计正本、完成毕业答辩。

4、 应收集的文献资料

[1] 、王兆明等编电气控制与PLC技术

清华大学出版社2005年

[2] 、曹辉等编可编程序控制器系统原理及应用

电子工业出版社2003年

[3] 、程周等编电气控制与PLC原理及应用

电子工业出版社2003年

[4] 、刘敏可编程序控制器技术[M]

机械工业出版社2000年

[5] 、郭宗仁等编可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术

人民邮电出版社2003年

5、进度计划

序号

毕业设计阶段性工作及成果

时间安排

1

布置毕业设计任务书

2010.09.20

2

资料准备，理解设计要求

2010.09.20〜10.11

3

完成毕业设计初稿

2010.10.11〜10.20

4

指导老师讲评，实验室验证

2010.10.20〜10.25

5

完成正稿，毕业答辩

2010.10.25〜11.20

毕业设计（论文）

诚信承诺书

本人慎重承诺：

我所撰写的设计（论文）《十字路口交通信号灯控制》是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。

如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。

毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。

学生（签名）：

2010年11月25日

【摘要】

自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。

尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，现在，交通控制更是趋向智能化方向发展，LED交通信号灯在持续发光、雨淋、灰尘等恶劣的气候条件下，仍然能保持较好的工作性能，而且价格更低廉。

本文主要通过欧姆龙PLC控制交通红绿灯，从应用的角度出发，力求通俗易懂，使PLC控制技术更容易掌握

关键词PLC智能交通灯指令系统

^JL.—1—

刖舌

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。

然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。

而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。

所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

根据交通灯工艺控制要求与特点，我们采用了欧姆龙PLCo欧姆龙PLC有小型化、高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备,有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。

本系统就是应用可编程序控制器（PLC）对十字路口交通控制灯实现控制。

本系统采用PLC是基于以下四个原因：

©PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；

② 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；

③ 抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定,我们选择了能

④ 够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；

近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。

一. 绪论 8

（-）交通信号灯的作用与研究意义

（-）城市智能交通系统的发展

二. 可编程序控制器的概述 10

（一） 可编程序控制器的定义

（二） 可编程序控制器的组成

（三） 可编程序控制器的控制功能

（四） 可编程序控制器的主要特点

（五） 可编程序控制器的产生及发展

三.系统方案的设计 17

（一） 交通灯的硬件设计 17

1. 交通灯控制系统的电气原理图

2. 交通灯控制系统的PCB板图

3. PLC的I/O分配

（二） 可编控制器的原理 23

1. 可编程序控制器（PLC）的工作原理

2. 统计输入、输出点数并选择PLC型号

3. 分配PLC的输入/输出端子

4. 交通信号灯控制系统功能表图

5. 交通信号灯的控制系统梯形图

6. 将梯形图转换成指令表程序

（三）梯形图的设计与编程方法 29

1. 控制要求

2. 统计输入、输出点数并选择PLC型号

3. 分配PLC的输入/输出端子

4. 交通信号灯控制系统功能表图

5. 交通信号灯的控制系统梯形图

6. 将梯形图转换成指令表程序

四.设计总结 39

谢辞 39

（-）本课题研究的目的和意义

随着我国交通事业的迅速发展，各种公交、运输汽车和汽车进入家庭的步伐加快使得城市的汽车数量逐年增加，城市道路交通堵塞、拥挤问题显得越来越突出，交通在许多城市已经成为“瓶颈”问题。

在马路上经常会看到这种现象：

如果一辆汽车发生故障，则该条线路将陷入瘫痪；一但某个路口的信号灯出现故障，就有可能在此路口塞车。

交通发展的状况是衡量一个国家现代化程度的重要标志之一，从经济的发展形式看，我国的经济增长速度比主要工业发达国家年平均增长速度都要高，随着我国现代化发展的进程，经济必将持续增长，其增长的速度继续在世界处于领先地位，高速度的持续经济发展，必然带来严重的运输和交通问题。

车如水、人如潮，这是我国城市交通的真实写照。

人员和物资的流通量猛烈的增长，使得交通车辆的拥挤问题明显得暴露了出来。

要解决交通拥挤的状况，道路的建设、拓宽和增加车行道固然重要，而现代化交通控制系统的建设，却可大幅度的提高现有道路的利用率，其重大的经济效益和社会效益是不可言语的。

目前绝大部分的交通的时间都是单一的、固定的，不管是车流高峰还是低谷，红绿灯的时间都是固定不变的；还有一些交通灯只是能够按照固定的时间来划分高峰和低谷，简单地进行时间段的调整，这比起以前的交通灯是有所进步。

但是控制起来不够灵活，还不能解决相对拥挤、混乱的交通次序。

本文的设计正是针对这个弊端进行了改进，根据实时的车流量对个路口的红绿灯进行调整，大大加强了其灵活性和实时性，真正实现了智能的交通灯控制。

（-）城市智能交通系统的发展现状

1. 智能交通系统的基本概念

智能交通系统也称为ITS；目前世界上对智能交通系统尚没有统一的定义，其大体的含义是将先进的计算机技术、信息技术、数据通讯技术、人工智能及电子自动控制技术等有效地综合运用于整个交通管理系统，将人、路、车有机的结合起来，以达到最佳的和谐统一，从而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的交通运输综合管理系统。

2. 智能交通的发展简史

ITS的研究始于上世纪70年代，由于信息处理技术的不成熟曾一度陷入低谷。

在80年代中期后，随着信息处理技术的发展，许多国家对智能交通系统的研究投入了大量的人力和物力。

并建立以美、日和欧洲为代表的三大研究中心。

美国对ITS的研究起步较晚，但由于投入较多，目前已处于该领域的领先水平。

出现了很多庞大的连续开发计划。

1991年，开始对ITS研究进行投资，仅1994年至1995年就确定了104项目研究，并成立了专门组织，着手制定ITS的研究计划，到1997年投资近7亿美元；1998年6月9日美国前总统克林顿签署了“面向21世纪运输权益法案”o该法案的确定为美国公路系统的继续发展和重建带来了创记录的投资。

欧洲在ITS的研究方面采取整个欧洲一体化的方针，由政府、企业和个人三方面共同出资进行智能化交通系统的研究，著名的项目有PR0METHEU和DRIVE等。

日本从70年代就开始了对汽车交通综合控制系统的研究，并成立了全国性的推进组织，是ITS进行研究最早、实用化程度最高的国家。

目前已建立了较为完备的交通控制、信息服务等综合体系，并基本完成了覆盖全国的电子地图的绘制工作。

3.我国的ITS的建设现状

我国ITS的研究和推进还处于起步阶段，但ITS作为跨世纪经济点和交通系统的建设必然选择的重要性巳得到国家相关部门的高度重视,1995年中国国家技术监督局IS0/IC204为交通部门正式批准成立了IS0/IC204中国委员会，该委员会把推进中国ITS标准化为主要任务，1997年在北京召开ITS发展趋势国际学术研讨会。

1998年交通部正式批复成立交通智能运输系统工程研究中心（ITSC）o加快了对ITS领域的研究步伐，北京、上海、沈阳等大城市陆续从国外引进了一些较为先进的城市交通控制、道路监控系统；我国也自行组织开发了实时自适应城市交通控制系统HT-UTCS,上海交通大学与上海交警总队合作开发的SUTS系统等；并且从2000年起在全国6个城市实施以实现城市交通智能控制为主要内容的“畅通工程”，并逐步推广到全国。

可编程序控制器的概述

（-）可编程控制器的定义

可编程序控制器ProgrammableController简称PC,为不致与个人计算机PersonalComputer混淆，常称可编程序控制器为PLC。

可编程控制器在不断地发展，对它的定义也不是一成不变的。

1982年7月国际电工委员会（IEC）颁布的可编程序控制器标准草案第三稿中对可编程序控制器的定义为“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。

可编程序控制器及其相关设备都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。

可编程序控制器是一种可存储程序的控制装置，其控制功能是通过执行程序来实现的，只要更改程序，便可满足不同的控制要求。

PLC可直接适用于工业环境，直接控制生产机械和生产过程，是新一代的工业控制装置。

（-）可编程序控制器的基本结构

（1）中央处理器（CPU）

中央处理器是PLC的“大脑”，它一般是由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一块芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器单元、输入/输出（I/O）接口电路连接。

可编程控制器的结构如图2-1所示：

（2）存储器（Memory）

存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一