基于PLC的交通灯控制系统设计的开题报告

毕 业 设 计（论 文）的  意 义 和 选 题 背 景  城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。所以经典控制法很难得到满意的效果。而模糊控制是一种无须建立数学模型的控制方法，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，达到很好的控制效果。近些年来我国的许多学者也都以不同的思路对单个交叉口、交通干线的模糊控制进行了研究，但因研究的局限性，实际中得到应用的寥寥无几，本文实现基于PLC的交通信号的模糊控制系统。
 根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用PLC实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口4相位交通灯为例，把PLC作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行稳定可靠，能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。
城市交通现状
 据一项对美国主要城市交通状况的调查显示：1982年至2000年，美国城市在上下班高峰期间的交通堵塞状况不断加剧，由交通堵塞造成的时间和汽油浪费而带来的经济损失每年高达680亿美元。以广州为例来讲，现在市区平均车速只有每小时12公里。用这个目标速度代入欧美标准计算，广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值:每年耗费1.5亿小时，减少生产总值117亿元。相当于该市整个生产总值的7%!本范文由范文同学网(www.lunwentongxue.com)整理，更多范文，请点文档范文范文查看
 在北美、澳大利亚等大城市，道路面积率高达35%--40%，而北京只有20%。缓解交通拥堵，加快道路建设是当务之急。据悉，到2010年，北京将投资500亿元用于城市道路建设，到2005年，北京仅高速公路通车里程就达到600公里。但一味发展城市道路，也会刺激私家车超常规发展，两者发展速度的失衡，最终还是逃不出“拥堵—修路—再拥堵”的怪圈。
 中国各大城市的交通系统都存在着不同程度的问题，北京、上海、广州三大城市的公共交通出行比例都比国外大城市小，尤其是高峰时段的公共交通分担率更小。从我国目前各大城市的交通结构看，普遍存在常规公共交通系统发展不足，快速轨道交通系统发展滞后、自行车交通分担率过高、小汽车发展势头强劲的不协调现象。因此，要准确认识各种交通工具各自的使用条件和服务范围，充分发挥各种交通方式的优点，使其合理分工，才能发挥整个交通系统的效率。
智能交通的国内外发展状况
 城市交通矛盾的日益突出，已开始影响城市的发展，解决这个问题最行之有效的良方或许就是大力发展智能化交通。智能化交通管理体系在国外已经有了40多年的发展历史，是目前发达国家普遍采用的交通管理方式，这种方式是在发达的交通网络基础上，应用卫星定位系统，对所辖区域的交通流量实施有效控制，使有限的交通网络功能得到充分合理的利用，极大发挥城市的载体功能。智能交通系统将大大提高交通效率而节省大量的燃料和时间;除此之外，智能交通系统能够减少交通事故，减少因事故造成部分经济损失。在与世界发达国家机动车人均拥有量差距还很大的情况下，我国一些特大城市的交通拥堵已排在世界前列。
 在北京召开的“第二届国际智能交通系统技术研讨暨技术与产品展览会”上透露。我国将投资20亿元对北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、济南、青岛、杭州、中山10个城市进行交通智能化改造，到2010年，这10个城市将全部实现交通的智能化。目前国内外对智能交通系统的理解不尽相同，但不论从何种角度出发，有一点是共同的:智能交通系统是用各种高新技术，特别是电子信息技术提高交通效率，增加交通安全性和改善环境的技术经济系统。日本、欧洲等众多国家和地区在智能交通系统方面都取得了相当大的进展，对当地交通运输效率的提高起了关键性的作用。从各国的发展来看，智能交通系统能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量;同时使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会及经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收费系统等方面都会产生巨大的影响。
 

文 献 综 述 或 参 考 文 献 目 录 （1洪伟等，交叉路网交通灯的协调模糊控制方法，系统仿真学报，  Vol.1No.5SePt，2001
2陈洪等，单路口交通实时模糊控制的一种方法，信息与控制， Vol.26No.3，1997
3李艳等，基于模糊控制的城市交叉路口群信号控制及仿真，交通运输工程学报， Vol.3No.2，2003
4陈建勤等，模糊控制系统的闭环模型及稳定性分析，自动化学报，Vol.20No.1，1994
5陈洪，模糊数学在城市交通控制中的应用，工程数学，1998
6顾怀中等，基于神经网络的城市道路交叉口车辆到达预测模型的研究，中国公路学报，No.8，1998
7刘智勇等，基于PLC的模糊智能交通控制系统，公路交通科技，No.6，1998
8陈德望等，基于模糊神经网络的城市高速公路入口匝道控制算法，交通运输工程学报， Vol.3No.2，2003
9陈淑燕等，单路口多相位交通信号模糊控制系统的设计，系统仿真学报， Vol.14No.7，2002
10张伟华等，公交优先的信号交叉口配时优化方法，中国公路学报， Vol.4No.3，2004

研 究 主 要 内 容 设计项目的主要内容
通过文档设计培养学生综合运用所学的基础理论，基础知识，基本技能分析解决实际问题的基本能力以及协作能力。根据专业培养目标，通过文档设计使学生掌握电气控制系统的基本设计方法和步骤。使学生受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的。
本次设计的主要任务及目的是：设计一个应用PLC对交通信号灯模型进行控制的模拟系统。
采用PLC控制方法,它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型交通信号的生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
（2）设计项目的原理
计算机用于控制、运行程序时常采用扫描工作方式和中断工作方式。PLC主要采用

扫描工作方式，顺序扫描工作方式简单直观，简化了程序设计，并为PLC可靠运行提供有力的保证。在有的场合也插入中断方式，允许中断正在扫描运行的程序，以处理急需处理的事件。
PLC扫描工作的第一步是采样阶段，它通过出入接口将所有输入端子的信号状态读入并存入输入缓冲区，即刷新所有输入信号的原有状态。第二步扫描用户程序，根据本周期输入信号的状态和上周期输出信号的状态，对用户程序逐条进行扫描运算，将运算结果逐一填入输出缓冲区。第三阶段输出刷新，将刷新过的输出缓冲区各输出点状态通过输出接口电路全部送到PLC的输出端子。
PLC周期性的循环执行上述三个步骤，这种工作方式称为PLC扫描工作方式。上述三步骤执行一个周期所用的时间称为扫描周期。PLC扫描周期是PLC的重要参数之一，它反映了PLC对输入信号的灵敏度或滞后程度。通常工业控制要求PLC扫描周期在60~30ms以下。PLC工作过程示意图如图1所示

控制要求：
系统受一个启动开关控制，开关启动时系统开始工作，开关断开所有信号灯熄灭；南北绿灯和东西灯不能同时亮，否则关闭信号系统并报警。
系统工作时，先南北红灯亮，同时东西绿灯亮。
南北红灯亮维持25s，东西绿灯亮20s。到20s时， 绿灯闪亮周期1s（亮0.5s，熄0.5s）；绿灯闪亮3s以后熄灭，东西黄灯亮，并维持2s。
到2s时，东西黄灯熄，东西红灯亮，同时南北红灯熄，南北绿灯亮。
东西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s。
到25s时，南北绿灯闪亮3s后熄灭，南北黄灯亮，并维持2s。
到2s时，南北黄灯熄，南北红灯亮，同时东西红灯熄，东西绿灯亮，开始第二周期的动作。周而复始的循环。

 （三） 研究进度
第1~2周   课题调研，资料查阅；
第3~4周   方案讨论，开题，英文资料翻译等；
第5~6周   PLC工作过程；PLC软件设计程序。
第7~9周   完成机械图纸设计，调试硬件电路、编写程序。
第10~12周 完成设计、测试及改进。；
第13~14周 完成文档设计说明书的撰写工作，及全部设计收尾工作；
第15~16周 文档设计答辩工作。
指
导
教
师
意
见