具有闯红灯抓拍的PLC交通灯控制系统_燕山大学课程设计

燕山大学课程设计（论文）

1 引言

1.1引言

当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本设计介绍了一个智能交通灯系统的设计。该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口进行监控；各路口有固定的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期；对路口违章的机动车能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器简称为PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速的发展。

随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛的应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器（Programmable Logic Controller）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

1.2 设计的主要内容

（1）交通信号灯和闯红灯抓拍的控制要求 （2）交通信号灯和闯红灯抓拍的控制时序 （3）PLC控制电路设计

（4）交通信号灯程序设计过程 （5）交通信号灯的PLC程序

因为是交通灯的PLC控制设计，所以要了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口为东西南北走向。然后转状态1南北红灯，东西绿灯通车。过一段时间转状态2东西绿灯灭，黄灯闪烁几次，南北仍然红灯。再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态4，南北绿灯灭，闪几次黄灯，东西仍然红灯。最后循环至状态1。期

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间闯红灯抓拍系统在黄灯亮的瞬间开始工作，在红灯熄灭前2s停止工作。

2 PLC控制系统设计概要 2.1 设计的基本原则和内容

我们在学习了PLC的大量相关知识后，要能够把其运用在实际设计当中。当然，要设计经济、可靠、简洁的PLC控制系统，需要丰富的专业知识和实际的工作经验。那么，我们首先来看一下PLC控制系统的设计原则和内容。 一、PLC控制系统设计的基本原则

1、最大限度地满足被控对象的控制要求； 2、保证控制系统的高可靠、安全；

3、满足上面条件的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用和维修方便； 4、选择PLC时，要考虑生产和工艺改进所需的余量。 二、PLC控制系统设计的基本内容

1、选择合适的用户输入设备、输出设备以及输出设备驱动的控制对象； 2、分配I/O，设计电气接线图，考虑安全措施； 3、选择适合系统的PLC； 4、设计程序；

5、调试程序，一个是模拟调试，一个是联机调试；

6、设计控制柜，编写系统交付使用的技术文件，说明书、电气图、电气元件明细表。 7、验收、交付使用。

2.2 设计的步骤和实现过程

一、PLC控制系统设计的一般步骤

1、对于复杂的控制系统，最好绘制编程流程图，相当于设计思路； 2、设计梯形图；

3、程序输入PLC模拟调试，修改，直到满足要求为止；

4、现场施工完毕后进行联机调试，直至可靠地满足控制要求； 5、编写技术文件； 6、交付使用。

我们在设计流程图时，也要遵循以下过程：1) 分析生产工艺过程；2) 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，分配I/O；3) 选择PLC；4) 设计PLC接线图以及电气施工图；5) 程序设计和控制柜接线施工。

具体的设计步骤框图如图2-1所示。

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分析控制要求 确定I/O设备 选择PLC 分配I/O、设计电气图 编写流程图 设计梯形图 设计控制柜 编制程序清单 输入程序并检查 现场连接 N 调试满足 Y 联机调试 N 满足 N 编制技术文件 交付使用

图2-1控制系统设计步骤框图

3 带抓拍功能的十字路口交通灯控制系统的硬件设计

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3.1 交通信号灯的控制要求

随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。因此，在实际设计时要遵循一定的原则和要求。

交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各个方向同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。当出现闯红灯情况时抓拍系统会工作记录违章车辆。

在本设计中，我们仅以机动车信号灯为例，来说明它的控制要求。一般的十字路口交通信号灯现场示意图如图3-1所示，其南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯，为确保交通安全，对其控制系统的要求如下。

图3-1交通灯现场示意图

1、采用PLC构成十字路口的南北向和东西向交通信号灯的电气控制

系统上电后，交通指挥信号控制系统由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45°时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图3-2所示工作时序周而复始，循环往复工作。SA1手柄指向中间0°时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，。SA1手柄指向右45°时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮。 2、信号灯的控制原则

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1) 当东西方向允许通行（绿灯）时，南北方向应禁止通行（红灯），同时南北方向的抓拍系统开始工作；同样，当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯），南北方向的抓拍系统开始工作。

2) 在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：绿灯闪烁后黄灯亮。

3) 信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。

3.2 交通信号灯的控制时序

交通信号灯的控制时序如图3-2所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮和抓拍系统工作，置0表示信号灯点灭抓拍系统停止工作。

图3-2 十字路口交通灯正常工作时序(同课本)

3.3 PLC硬件控制电路的设计

3.3.1 PLC的选型

在对PLC控制系统进行硬件结构设计时，首先，要了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；其次，要分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；再次，要确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等。根据上述原则，我们要选择适合的PLC机型及外设，完成相应的PLC硬件结构配置。因此，PLC的选型是设计中至关重要的一步。