基于PLC智能交通灯监控系统的设计 (2)

徐春阳

[摘 要]针对我国城市交通拥堵现状，在监控系统设计中采用可编程控制器(PLC)设计了一种智能交通灯监控系统，以解决交通拥堵问题。在交叉口相应位置嵌入传感器线圈，对该段交通流量进行统计，并根据交通流量的变化改变绿灯的监控时间。实时合理配置绿灯资源，提高交叉口的通行能力。采用PLC300FX系列PLC设计了十字路口倒计时交通灯控制系统的硬件系统和软件系统。该交通灯控制系统在每个交叉口都有固定的工作周期，并通过7根数码管倒计时显示出相应灯的剩余时间。此外，当道路拥挤时，中央控制中心可以智能地调整交通灯的工作周期。

[关键词]智能交通灯；监控系统；PLC；十字路口；车流量

Design of Intelligent Traffic Light Monitoring System Based

on PLC Xu Chunyang

Abstract：In view of the current situation of urban traffic congestion in China, an intelligent traffic light monitoring system is designed by using programmable logic controller (PLC) in the design of monitoring system to solve traffic congestion. Embedded sensor coils in the corresponding position of the intersection, the traffic flow on this section is counted, and the monitoring time of the green light is changed according to the change of traffic flow. Real-time rational allocation of green light resources can be made, and the traffic capacity of the intersection can be improved. The hardware system and software system of traffic light control system with countdown display at intersection are designed with Mitsubishi FX series PLC. The traffic light control system has a fixed working cycle at each intersection, and shows the remaining time of the corresponding lights by Countdown with seven digital tubes. Moreover, the central control center can intelligently adjust the working cycle of traffic lights when the road is crowded.

Keywords：intelligent traffic lights; monitoring system; PLC; intersection; traffic flow

目录

第一章、 课题研究的背景意义 ....................................... 4 第二章、 PLC介绍及发展............................................ 5 2.1 PLC概述 ...................................................... 5 2.2 PLC的组成及结构 .............................................. 5 2.3 PLC的交通灯监控设计目的。 .................................... 5 2.4 PLC交通灯监控系统基本原理 .................................... 6 2.5 PLC交通灯监控系统的优点 ...................................... 6 第三章、 方案所需准备 ............................................. 6 3.1 交通参数获取 .................................................. 7 3.11感应控制 ................................................... 7 3.12车辆检测 ................................................... 7 3.2 智能控制规则 .................................................. 7 3.2.1定时时间分配规则 .......................................... 8 3.2.2智能延时规则 .............................................. 8 第四章、 设计概述与工作原理 ....................................... 8 4.1 十字路口交通灯的常规工作 ..................................... 9 4.2 同时监控车流量与行人流量， 自动监控交通灯合理调整车辆通行时间 9 4.3 同时监控车流量与行人流量， 交互监控交通灯合理调整行人通行时间 9 4.4 特殊人群应用模块设计 ......................................... 9 第五章、 智能交通灯监控系统的设计 ................................ 10 5.1 硬件系统设计 ................................................. 11 5.2 软件系统设计 ................................................. 12 第六章、 ＰＬＣ监控系统设计 ...................................... 13 6.1 常规工作模式 ................................................. 13 6.2 智能工作模式 ................................................. 13 6.3 紧急工作模式 ................................................. 14 第七章、 功能模块实现 ............................................ 15

7.1 常规工作模块 ................................................ 15 7.2 流量监测监控模块 ............................................ 15 7.3 交互监控模块 ................................................ 15 7.4 特殊人群应用模块 ............................................ 16 第八章、 ＰＬＣ监控过程........................................... 16 第九章、总结与展望................................................. 17 十、参考文献....................................................... 17

第一章、 课题研究的背景意义

随着经济的不断发展和城市私家车数量的不断增加，交通堵塞，尤其是在交通高峰期，这个问题已经成为一个重要的社会问题。现在来衡量城市发展水平的一个重要指标便是城市交通。交通能否快速、安全、有序地运行是交通管理的首要问题。交通灯是最常见、最有效的交通引导方式。传统的交通灯监控方法是通过对道路交通流量的调查和统计，预先设定交通灯的固定时间。然而，城市交通是一个复杂多变的整体系统，交通量随时间而变化。例如，当交通量较小时，应适当减少循环周期，减少等待时间。在交通量较大的高峰期，应适当增加交通时间，使更多的车辆通过。在一些十字路口，东西方向的交通量与南北方向的交通量存在较大差异。交通流量大的一侧，要延长绿灯时间，救护车、消防车等特种车辆通行。因此，城市交通信号灯应是一个多模式的系统，针对不同的问题应采用不同的模式。研究开发了一种基于PLC的多模式交通监控系统。该系统不仅具有传统的交通灯循环、时间显示、根据交通量自动调整交通灯时间的智能模式，而且还具有特殊车辆的应急模式。当专用车辆到达时，系统自动疏通道路，实现专用车辆的紧急通行。

每个交叉口被视为一个监控终端，每个交叉口上有一个集电极和一个GPRS模块，每个方向上都有一个监视器。Monitor用于直接监控交通灯状态、时间显示屏，获取各车道车辆信息;收集器用于获取下属各监控器的数据并发送监控命令。采集器将采集到的数据通过GPRS网络发送到监控中心，并对监控中心的数据进行分析，从而实现对路况的监控。

PLC是一种专门为工业环境中数字化操作应用而设计的电子监控设备。这应该是一个理想的显示器选择。PLC采用可编程存储器存储和执行逻辑操作、顺序操作、定时、计数和算术操作等操作指令，通过输入和输出数字或模拟量来监控各类机械或生产过程。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、输入简单方便、适应性强、成本低等特点。利用PLC作为智能交通灯的硬件监控部分，可以在恶劣的电磁干扰环境下正常工作。

交通灯作为控制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，对减少交通事故有着明显的效果。随着电子技术的发展，交通信号灯控制系统的设计方法层出不穷。可编程序控制器(PLC)作为一种工业计算机，在工业自动化中发挥着极其重要的作用。它具有小型化、低价格、高可靠性的特点，已广泛应用于各个行业。近年来，利用PLC设计交通灯控制系统的方法很多，但各自的功能不尽相同。本文利用PLC实现了交通信号灯控制系统。建立了交叉口倒计时显示交通灯的电气控制系统，并给出了系统的软硬件设计方法。实验表明，该系统简单经济，能有效地

指导交通，提高交叉口通行能力。

。本文利用PLC实现了交通信号灯控制系统。建立了交叉口倒计时显示交通灯的电气控制系统，并给出了系统的软硬件设计方法。实验表明，该系统简单经济，能有效地指导交通，提高交叉口通行能力。

第二章、

2.1 PLC概述

PLC介绍及发展

PLC的最大特点是电气工程师不再花太多注意力集中在电气硬件,只要输入点的按钮开关或电感器连接到PLC的输入点,问题可以解决通过连接接触器继电器输出点监控大功率启动设备,而低功率输出设备可直接连接。除了工业自动化的客观需要外，PLC的快速发展还具有许多适合工业监控的独特优势。它解决了工业监控领域普遍关注的可靠性、安全性、灵活性、便捷性和经济性问题。以下是它的主要特点有以下几点： (1)可靠性高，抗干扰能力强; (2)编程简单，易于掌握。 (3)设计、安装、维护方便。 2.2 PLC的组成及结构

PLC是用来专门为工业场合设计的。它采用典型的计算机结构，由硬件和软件组成。硬件主要由CPU、电源、存储器、专门设计的I/O接口电路、外部设备和I/O扩展模块等组成。

(1)中央处理器。PLC的CPU是作为通用计算机CPU的PLC的核心部件。它接收和存储用户程序和程序员根据系统程序在PLC中给出的功能输入的数据。

(2)输入/输出单元(I/O单元)。I/O单元也称为I/O接口电路。各种外部信号或设置,如状态变量、数字和模拟变量,需要调用在PLC程序的执行,通过输入电路,输入到PLC程序执行的结果发送到监测站点通过输出电路,实现外部监控功能。区别在于PLC产品I/O单元是根据其工作环境和各种要求精心设计和制造的。因此，他的可靠性和抗干扰能力都具有较高的品质。 2.3 PLC的交通灯监控设计目的。

该系统集成了自动监测技术、计量技术、新型传感器技术以及计算机管理技术于一体的机电一体化产品。充分吸收了分布式监控系统和集中式监控系统的优点。采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活方便。PLC在交通灯系统中的应用可以缩短车辆的等待时间。实现科学管理。它为交通灯的设计提供了极大的方便。

2.4 PLC交通灯监控系统基本原理

根据我国的实际交通状况分析和要实现的基本功能，监测过程如下: (1)信号灯由启动开关监控。当启动开关打开时，信号灯系统开始正常工作，由南北向红灯亮起，再由东西向绿灯亮起。当启动开关关闭时，所有的灯都会熄灭了。

(2)南北方向的红灯持续时间为25秒，南北方向的红灯同时打开东西方向的绿灯，持续时间为20秒。20多秒时，东西方向的绿光闪烁，3秒后熄灭。当东西向绿灯熄灭时，东西向黄灯继续亮并维持2秒时间。2点左右黄灯熄灭之后，东西红灯亮，南北红灯灭，南北绿灯亮。

(3)东西方向红灯持续30秒，南北方向绿灯持续25秒，闪烁3秒后熄灭;同时，南北黄灯持续2秒后熄灭，然后南北红灯亮，东西绿灯亮。

(4)上述信号灯反复启动。 2.5 PLC交通灯监控系统的优点

(1)加强对快车的交通监控。应急车辆强通监测是指通过应急车辆的强通开关对应急车辆的强通信号进行监测。无紧急情况时，按正常时间顺序对信号灯进行监控。当有应急列车驶来时，打开应急保险开关，使绿灯指向应急列车驶来的方向，让应急列车通过。紧急车辆通过后，紧急车辆的开关将被断开，信号灯状态将立即恢复。按正常时间顺序进行监视。

(2)交通流量监测。该功能可对交通流量进行监控，并可根据交通流量对绿灯进行延迟或减少。具体如下:首先,在PLC红绿灯监测系统,设置红绿灯的时间显示在正常情况下,而且,一定数量的车辆后,绿灯延时时间和汽车的数量不到一个临界值,绿灯的时间减少。例如，当远程传感器从两个方向检测到“车辆排队现象”时，将“车辆排队现象”传输到PLC系统。PLC系统根据接收到的信息和其他两个方向车辆的情况来计算绿灯是否被延迟。 第三章、

方案所需准备

3.1 交通参数获取 3.11感应控制

交通信号控制方法分为定时控制和诱导控制。传统的定时控制不能根据道路的实际情况来控制交通信号。城市交通效率相对较低。感应控制通过安装在十字路口的车辆检测装置来调整交通信号，如环形线圈检测器，它可以检测各个方向车道上的车辆数量，从而改善交通信号。城市交通效率，感应控制主要采用单点控制的这一方式。本文通过在所有交叉口安装环形探测器来实现全感应来达到控制的作用。 3.12车辆检测

车辆检测器可以实时监测交通流量、占用率、车速等交通参数。这些参数可以用来设置交通控制系统的匹配时间。检测到交通信息后，检测器对交通信息进行处理，并将处理后的数据传输到主机，主机成为优化系统匹配时间的输入数据。交通检测器可以理解为控制系统的数据窗口，影响智能交通控制系统的有效性。 本文采用目前广泛使用的环形线圈车辆检测仪，对某段时间内通过车道的车辆进行计数。环形线圈检测器利用电磁感应原理对车辆进行检测。它由敏感元件、转换元件和转换电路组成。图1为传感器框图。本文采用电感式传感器。电感传感器的输出脉冲可以直接连接到PLCP上。电感式传感器安装在城市公路路面以下十多厘米处。图2为电感式传感器检测车辆的原理图。 3.2 智能控制规则

目前，我国对交通灯信号的控制仍采用单一时间序列的控制方法。这种控制方法不能根据道路的实际交通流量进行监控。通常有大流量的交通在一个车道上，但等待红灯。同时，车道内的交通流量相对较小，但仍亮绿灯，交通效率不高。因此，寻找一套合理的智能交通控制规则显得尤为重要。与单片机抗干扰能力差、编程复杂等特点相比，PLC的使用具有抗干扰能力强、编程方便、可靠性高、性价比高等优点，因此本文采用PLC编程对交通灯信号句进行控制。

3.2.1定时时间分配规则

交通灯信号控制系统可根据实际交通量采用不同的时间分配方案。对于几种常见的交通状况，有以下几种相应的时间分配规则。

交通流量小的十字路口，交通灯只包括绿灯、红灯和黄灯。首先，假设交通的任何方向，如东西方向，绿灯亮着，绿灯在绿灯时间结束时闪烁，然后变成黄色灯。然后南北方向开始通过，首先绿灯还亮着，然后绿灯亮了，最后黄灯亮了。这是一个完整的循环。在自行车赛的前半部分，南北向的直线被禁止，红灯亮着，但可以右转。这条规则允许绿灯时所有其他方向通行，而禁止交通时允许右转。该控制规则适用于左转车辆少、车辆多、交叉口总交通量少的地区。

对于交通量较大的交叉口，采用八相转换图。首先，允许东西向直走，其次，允许东西向左转，然后允许南北向直走，最后允许左转。然后从西向东，允许直行和左转。然后从东到西，允许直行和左转。然后从南到北，允许直行和左转。最后，从北到南，直行和左转是允许的。

该控制规则采用八阶段控制，具有缓解被扣留车辆的功能，程序设计相对复杂。

3.2.2智能延时规则

智能控制系统是交通灯控制系统的核心。该系统根据环路检测器获取的车道交通参数，自动获取控制逻辑来调整交通灯的时间。

自动控制采用“量化评分”分类规则的车辆数量南北方向,东西方向和交通信号灯的长度,以便控制绿色灯的长度根据实际的交通量,提高交通效率,缓解和减少交通堵塞。考虑三种情况下,如果我们需要控制在东西方向绿灯时间,假设东西方向的交通流小,南北方向的交通流也小,我们应该选择中等长度,否则我们应该选择短长度:如果东西方向的交通流量比较适中，东西方向的交通流量较大，南北方向的交通流量也较大。选择长度适中的长度，否则使用长度较大的长度，控制南北方向是相似的。

第四章、 设计概述与工作原理

本设计在交通灯的监控上进行改进， 在常规的十字路口交通灯的工作方式下， 调整三种特殊情况下的交通灯工作方式， 并考虑到一些特殊行人的需求， 添加便利行人的模块。设计整体的构思如下：

4.1 十字路口交通灯的常规工作

在非特殊情况下，十字路口的交通灯应能实现基本的自动监控工作。工作方式:十字路口交通灯(60秒内)交替显示，正常情况下倒计时，倒计时(3s)。

4.2 同时监控车流量与行人流量， 自动监控交通灯合理调整车辆通行时间

十字路口的交通状况可以说是复杂多变的。对于交通流量较大的车道，在一定条件下，应调整交通灯以方便交通。之所以进行行人流量监测，主要是为了考虑行人在调整时的过马路需求，方便车辆通行。它不应该以牺牲许多行人的便利为代价。这也是一个容易被忽视的问题，在大多数研究项目的交通灯。工作模式:当在东西方向上的汽车数量超过10,和南北方向的汽车数量小于10,和行人过马路南北方向的数量小于15,南北方向的开放时间更改为(20岁);如果超过(20s)，则直接改变东西方向的开启时间(有闪烁过程，没有直射光)。类似设计的南北方向检测和交通监控。

4.3 同时监控车流量与行人流量， 交互监控交通灯合理调整行人通行时间

对于某一路口出现行人流量较大时, 满足一定的条件下, 交通灯也能根据行人的请 求信号合理调整交通灯的状态, 便利行人通行｡同理, 在交互监控的同时, 也因考虑车辆 通行的情况, 不能造成车辆通行的不便, 甚至出现车辆堵塞现象｡ 工作方式: 添加交互按钮, 用于等红灯的行人操作: 当人按下了按钮时, (绿灯人通行 中时, 按下此按钮无效)若东西方向行人> 15 人, 且南北方向车数< 10, 且南北方向过马 路的行人< 15 人时, 则南北通车时间改为( 20s), 若已过了( 20s), 则直接改为东西方向通 车, 让东西方向行人可通行｡南北方向检测与行人监控同理设计｡ 4.4 特殊人群应用模块设计

目前，交通灯的设计都是以一般人为使用对象的。而对于一些特殊的人群，比比如说盲人、色盲者、老人、视力不正常人群等，这是不便于使用的。因此，在设计系统时，我们可以添加一个可让他们通过其他的方式去判断，如本系统所

采用的触感判断与语音提示，可便于他们使用。工作方式：每个灯对于一个受控按键，哪个灯亮，对于的受控按键就动作。而且，受控按键表面装有传感器，人手触摸时，有对于的语音提示：“红灯停”、“绿灯走”、“黄灯等待”。

第五章、

智能交通灯监控系统的设计

十字路口的交通灯过去经常受到监控。这也就是说，红灯时间为30秒，绿灯时间为25秒，黄灯和绿灯闪烁时间(过渡时间)为5秒。首先，南北红灯亮并维持30秒，而东西向绿灯也亮，但仅维持25秒;时,东部和西部绿色的灯都在3秒钟,东部和西部的黄色灯2秒,东部和西部红灯,而南北红灯,和南北绿灯。然后东西向红灯亮维持30秒，南北向绿灯亮维持25秒;南北绿灯亮3秒，南北黄灯亮2秒;南北黄灯熄灭，南北红灯亮，东西红灯灭，东西绿灯亮。然后开始下一个行动循环，一个又一个循环。这种模拟监控只能对绿灯时间进行机械监控。由于实际道路条件的复杂性，使得绿灯资源的实时分配无法有效进行。如果智能红绿灯路口监控系统实现,它相当于一个经验丰富的交通警察,使统计车辆在各个方向,分配不同的绿灯时间根据不同的交通流量,以便作出合理的分配,防止交通堵塞[2],更好的解决了上述问题。这是替代模拟监测的一种有效方法。智能交通灯监控系统由传感器线圈传感器、监控PLC、红黄绿交通灯、输入接口电路和电源组成。采用智能监控。以六车道交叉口为研究对象，将其基本绿灯相位分为四个阶段，如图1所示。选择一个路段来计算交通流量，可以根据道路的实际情况来确定路段的长度，路段的长度设置为100m。传感器置于所选节的两端，传感器与PLC连接，提供数据输入。为了避免测量误差，应选择传感器线圈，并在交叉口嵌入16个传感器线圈，以监测左转和直线方向。

交通流量小的十字路口，交通灯只包括绿灯、红灯和黄灯。首先，假设交通的任何方向，如东西方向，绿灯亮着，绿灯在绿灯时间结束时闪烁，然后变成黄色灯。然后南北方向开始通过，首先绿灯还亮着，然后绿灯亮了，最后黄灯亮了。这是一个完整的循环。在自行车赛的前半部分，南北向的直线被禁止，红灯亮着，但可以右转。这条规则允许绿灯时所有其他方向通行，而禁止交通时允许右转。该控制规则适用于左转车辆少、车辆多、交叉口总交通量少的地区。

在离绿灯放行线约100m处，放行线后埋入两个传感线圈，一个埋入左转车

道，一个埋入直道，如图2所示。离释放线较远的传感器线圈负责增加计数，而离释放线较远的传感器线圈负责减少计数。车道上的两个传感器线圈构成车辆计数部分。根据路段车辆数量调整绿灯长度，由于车辆的启动时间不同，交通流量不会与绿灯时间成正比。因此，两辆车在车道内等待红灯的距离为1.5m，车辆的平均长度为4.5m, 100米车道内可停放约16辆车。如果一辆汽车通过交通灯的平均时间是4秒，那么它将需要64秒。开始设置东西直线绿灯时间为初始时间30秒，最长绿灯时间为90秒，最短绿灯时间为15秒。初始30秒后，监控系统开始计算最后8秒的车道交通量，并保存最后4秒的车辆数量，重新计数。当遇到红灯时，比较东西两车道的交通量，以较大的车道为准。根据交通流量监控进度表，如无变化，则跳过绿灯计算，继续执行前方绿灯时间;如果增加或减少绿灯时间，下一个绿灯时间将是时间量(较大的交通量* 4S + 15s)。时间超过90秒，最大值为90秒;如果时间小于15秒，最小值是15秒。其他车道的监控原理与上述相同。然而,考虑到有主要和次要道路,和将交通可能远低于直接交通流,车道减少流量的上限时间可以根据实际情况,缩短和心理耐力的司机等待时间应考虑。从实际经验中可以知道，车流量是一个逐渐增加 的过程，而此智能交通灯监控系统的特点就是逐步地 疏通开始增加车流量的车道。在多次循环以后，十字 路口交通将得到很好的管理。

智能交通灯监控系统以PLC为主要的监控核心，感应式地感线圈检测装置与声音传感器为车辆检测元器件，红绿灯和数码管为主要监控对象，总体设计思路如图１所示。系统分为三种工作模式：常规工作模式、智能工作模式和紧急工作模式。在常规工作模式下，车辆按照设置的固定时间进行分流，当车辆出现不均衡，一个方向出现大量车辆时，系统会进入智能工作模式，在该模式下，根据车流量检测装置对车辆的统计，通过PLC对红绿灯时间进行调整。通过声音检测装置检测特种车辆（如救护车、消防车），采用紧急模式进行道路疏导，让特种车辆强行通行。还可以通过触摸屏进行远距离监控和系统状态显示，并能够代替传统的按钮输入，实现手动的工作模式切换。 5.1 硬件系统设计

FX系列PLC具有无与伦比的速度，先进的功能逻辑选择和定位控制。FX2N

系列是PLC300PLCFX系列中最先进的系列产品，具有高速加工和可扩展的特殊功能模块的特点，可满足大量的个人需求。这里选用FX2N80MR-D的基本单元，40点输入/40点输出继电器，额定电压12V，额定电流25mA，共阴极高亮度七段25.4cm数码管(每段);电源直接由DC12V/25mA供电。选择直径为200mm的圆形LED栅格。左侧红、绿、黄三色灯的额定电压DC12V、额定电流4.2A、额定功率50W直接由DC12V/4.2A电源供电。控制信号指令如表1所示。当SB2被按下时，触点断开，工作停止。当按下SB3时，七段数码管显示“00”。当分别按下SB4、SB5、SB6时，在绿、黄、红三个阶段分别加7根数码管，加1s灯亮时间，可根据交通量随时调整各指示灯的工作时间。 5.2 软件系统设计

加载初始化数据，按下start按钮，系统开始工作。如果系统不需要调整数据，则按预设数据工作;如需调整数据，在清除原始数据后，按下停止按钮实时调整数码显示数据。 程序设计如下:

(1)当SB1按在交通灯主开关上时，X000闭合，M0线圈得到点，M0触电闭合，形成自锁。

(2)交通灯倒计时段的东西方向数码管电气化梯形图交通灯倒计时段电气化梯形图如图5所示。其中K1M10为数码管位通，K1M14为数码管10位通。M8013是一个1s脉冲。当M50线圈通电时，M50沿触点上升和关闭。D4内存中的数据被转换成BCD代码，并传输到M10到M17。D4内存中的数据每秒减去1。SEGD将BCD代码从M10转换为M17，并将其转换为7根数码管上显示的数字。

(3)数码管倒计时段南北方向的交通灯门控梯形图数码管倒计时段南北方向的交通灯门控梯形图如图6所示。其中K1M20为数码管位选择，K1M24为数码管10位切片选择。M8013是一个1s脉冲。当M51线圈通电时，M51沿触点上升和关闭。D5内存中的数据被转换成BCD代码，并传输到M20到M27。D5内存中的数据每秒减去1。SEGD将M20到M27中的BCD代码转换为7根数码管上显示的数字。 (4)交通灯在停车相位梯形图中调整时间交通灯在停车相位梯形图中调整时间如图7所示。D1、D2、D3分别存储在绿色、黄色、红色三个阶段。当M0线圈通电

时，M0通常是闭合和断开的，只有当M0线圈通电时，才能调整数据存储中的值。M0线圈通电时，SB3、D1、D2、D3数据存储中的数据均为0。当分别按下SB4、SB5、SB6时，将D1、D2、D3数据存储中的数据相加1。

(5)东西方向绿灯、黄灯、红灯时，工作状态循环梯形图为东西方向绿灯、黄灯、红灯时的工作状态循环梯形图，如图8、图10所示。Y001为东西绿灯，Y002为东西黄灯，Y003为东西红灯。由于FX2N系列定时器的计时时间为100ms, 7根数码管的显示计数从1开始，所以数据传输到定时器时需要进行处理。D1、D2、D3的数据分别用MUL指令乘10乘10得到D10、D20、D30, D10、D20、D30的数据分别用ADD指令得到D41、D42、D43。采样时，要保证七根数码管可以倒数到“0”。

(6)南北方向交通灯为红、绿、黄时，工作状态循环梯形图如图11、图13所示。Y004为南北方向红灯，Y005为南北方向绿灯，Y006为南北方向黄灯，与东西方向交通灯相同。

第六章、

ＰＬＣ监控系统设计

通过建立ＰＬＣ监控系统，运行后首先判断是否处在白天时间段，如果不是的话，则会选择进入夜间模式；如果是，那么会打开传感器检测装置。当声音检测装置检测到声音信号，系统进入紧急工作模式，车流量检测装置检测值大于设定阈值，进入智能工作模式，设定紧急工作模式优先级高，当两者同时发生时，执行紧急工作模式。当传感器都不执行时，进入常规模式。 6.1 常规工作模式

十字路口的交通灯按传统方式计时。交通灯通常在传统模式下工作。在传统的工作模式下，系统会自动判断当前的时间是在白天还是晚上，一般规定晚上的时间是第二天2点，3点到6点。不同的城市可以设置不同的时间段。如果是在白天，系统会按照预先设定的时间周期性地重复。如果是在夜间，此时车辆较少，各个方向的黄灯不断闪烁，提醒车辆注意，慢行，避免长时间的等待。 6.2 智能工作模式

在交叉口的每条道路上，在道路的两端预先埋设两个感应线圈检测装置，并

分别计算通过该区域的车辆数量。车辆出站由接近交通灯尾端的传感器表示，车辆进入由远离交通灯尾端的传感器表示。两个传感器的统计数据之间的差异是车道上等待车辆的数量。由于相对方向上的车辆同时运行，可以合并成一个组，并在两个方向上最大化。在交通灯开始工作时，它以常规模式工作，提前给交通灯一个设定值，交通灯连续工作。然后，在每次交通灯开关时，读取各个方向检测区域内的车辆数量。在系统中预先设置阈值。当部分车辆超过阈值时，系统进入智能工作模式。首先将东、西、北、南三个方向车辆的最大值相加作为总数量，然后将每个方向的最大值除以总数量，得到比值。最后，根据各个方向的比例，进行绿灯的时间分配。随着时间的变化，路段内的交通流量不断变化，各个方向的红绿灯时间也会随着时间的变化而变化。实践经验表明，一切都是一个积累的过程，交通流量是一个逐渐增加的过程。为了解决交通拥堵问题，我们应该在交通拥堵发生前进行引导，并将累积的时间延长到爆发时间。该智能交通灯监控系统的特点是逐渐疏浚开始增加交通流量的车道。经过多次循环，十字路口的交通将得到很好的管理。 6.3 紧急工作模式

在每个车道，东、西、北、南预先设置一对声音探测传感器、探测救护车、警车、消防车等特殊车辆，因为不需要区分什么是特殊车辆，所以所有的特殊车辆都可以使用相同的声音发射器。当任何方向的声探测传感器检测到信号时，系统进入应急运行模式。此时，如果车道为双向四车道，则该方向的直车道和右转车道均为绿灯，允许通行;如果车道为双向六车道，则此方向右转车道为绿灯，允许通行，其他方向的红灯周期性闪烁，提醒驾驶员注意安全。紧急车辆必须通过。在这种模式下，特殊车辆可以通过的更快，即使在东、西、北有两辆特殊车辆，也不会有任何方向的干扰。当应急车辆通过时，系统退出应急模式，返回到常规模式。

操作试验及结果分析。本文设计了一种基于PLC的多模式交通监控系统，并在实验台上进行了测试，与传统的定时设置方法进行了比较。如表1所示，通过对车辆的子工况测试，选取了三种情况:双向交通流量差异小，双向交通流量差异大，特殊车辆通过。通过几十次测量和分析，得到了每种情况下每辆车通过交

叉口的平均时间。比较结果表明,几乎没有区别两种监控模式当双向交通流几乎没有差异,但在大交通流量的差异和特殊车辆,交通监控系统的影响与不同工作模式比传统的模式。 第七章、

功能模块实现

7.1 常规工作模块

生活中,十字路口的交通灯设计通常有八组:四组供通车所用,每个方向两组;另外四组供行人所用,同样每个方向两组｡

而由实际应用可知,行人所用的交通灯与对应方向的通车所用的交通灯(如南北方向行人所用交通灯与南北方向通车所用的交通灯)的显示状态是一样的｡因此,设计以通车所用的交通灯的监控为例进行设计,其实际如下:

在连接PLC输出端口上,也采用直接连接的方式｡而其工作的时序则如图所示设置,以60秒为一个工作周期:而在倒计时数码显示模块,则采用74LS48七段数码管译码器驱动共阴极七段数码管进行工作. 7.2 流量监测监控模块

（1）车流量检测｡目前, 可以进行车流量检测的设备有很多种, 各有优劣｡本系统 主要采用红外线车辆检测器｡工作时, 在据路口约100m处安装此传感器, 每当有一辆车经过时, 传感器便会给PLC发送一个脉冲, 驱动计数器进行计数, 从而监控车流量状态｡

（2)人流量检测｡由于本系统要求要在一定的范围内实现人流量检测,因此,本系 统采用热释电人体红外( PIR)传感器｡当检测到行人经过时, 就会输出相应的电压脉冲 信号, 该信号驱动计数器进行人流量累计, 从而达到流量检测效果｡

7.3 交互监控模块

在此模块, 主要也是通过通车流量与行人流量的检测, 然后实现交互监控｡本系统 中, 直接在输入端口连接上点动按钮, 点动接通时向PLC 发送请求信号｡东西方向分两 小组, 南北方向同理设计

7.4 特殊人群应用模块

该模块主要实现按键控制和人体触控语音回放两大功能。控制按钮动作功能，本系统可采用推杆电磁铁。当线圈通电时，移动的铁芯产生轴向线性运动，推动和拉动外部键装置。在触摸感应中，系统使用光电传感器来检测是否有人触摸了控制键。当有人触摸按键时，光电传感器接收信号并通过PLC监控播放语音。根据使用要求，光电传感器安装有控制按钮。语音回放功能，本系统采用wt588D语音功能输出模块，按键监控模式下使用其I/O口，通过PLC的三个端口连接监控，根据需要播放预下载的提示音。

第八章、 ＰＬＣ监控过程

本设计以PLC300为监控核心，对整个电气系统进行监控。根据设计要求，对PLC进行了相应的I/O配电接线。

程序主要分为两大框架设计，一是条件设置;另一个是功能实现。首先设置启动标志，当满足车辆流量检测和人流检测的特殊条件，发送交互请求时，减少了对开启时间的监控。同时，对交通流量进行监控，以及对人流的检测，改变行车信号灯的方向释放。此外，当按下行人交互按钮时，可以检测到正在行驶的车辆和正在行驶的行人。当条件满足时，交通灯就会转向。

通过对PLC仿真系统的不断调试和仿真，最终实现了程序的功能。但是在仿真过程中，传感器的检测是通过人工仿真来进行监测的，因此可能会与实际情况存在一定的误差。它需要实际的测试来确定该系统是否可以应用和应用于生活中。本智能交通灯设计的初衷主要是从人性化的角度来考虑和改进。在现实生活中，有许多综合因素需要考虑。因此，在未来的研究和创新中，我们应该更加关注如何提高这一需求。

系统在开机后，交通指挥信号控制系统可以由两个按钮控制。按下启动按钮后，交通指挥系统会按照正常控制功能开始工作。它根据所示的工作顺序启动和来回移动。南北绿灯分别闪烁25秒时间和3秒时间，黄灯会闪烁2秒，南北红灯闪烁30秒时间。东西方向与南北方向是相同的。正常情况下，有南北方向和东西方向的两个数码管倒计时显示板，同时显示相应指示器的剩余时间值。该系

统主要实现十字路口交通灯的数字显示控制以及显示时间的智能调节这两大功能。

第九章、总结与展望

针对城市交通率低的问题,在频繁的交通拥堵越来越严重的情况下，仍然使用简单的定时控制方法造成的红绿灯信号系统，在中国,提出了智能控制交通灯信号通过使用适当的控制规则实时检测每个城市路口车道的交通流量统计,以最大化人力和物质资源。利用率高，提高城市交通效率，减少交叉口拥堵的发生。本文提出的方法实现简单，硬件可靠性高，投资少，安装方便实用，对智能交通灯信号控制具有一定的实用价值和参考意义。

基于PLC的智能交通灯控制系统不能实现智能控制的效果在一个绿灯时间,因为交通流量的增加或减少是一个累积的过程,但在连续绿灯时间,它可以实时调整时间根据交通流的变化,因此,交通总是疏浚,而不是阻止。这为改善城市交通管理，降低交叉口车辆平均停车延误时间，提高交叉口通行能力，缓解交通拥堵提供了新的思路。

利用PLC控制交通灯，应充分利用其特点:(1)可靠性高;(2)丰富的I/O接口模块;(3)模块化结构;(4)简单的编程;(5)安装简单，维护方便。设计过程中的主要难点和重点是编程思想、一些功能指令的应用、梯形图的设计、系统程序的输入和调试方法。

十、参考文献

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