基于PLC交通灯的开题报告

二、研究内容要点
1）主要研究内容及观点
应用可编程控制器S7-300对十字路口交通信号灯进行模糊控制，用传感器探测车辆数量，并采用模糊控制算法来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按模糊控制算法调节红绿灯的时长。PLC输入端接收来自各个路口的车辆探测器测得的输出标准电脉冲，输出接十字路口的红绿信号交通灯(在WINCC界面实现)。
2 ）研究重点
如何利用PLC 的智能控制原则是控制系统的核心，是系统如何依据车辆脉冲的计数结果自动输出以调节红绿灯的时间长度的控制逻辑. 由于十字路口的交通灯，南北方向的车辆都是同时停止，同时流通的，东西方向也是这样，所以只要取南、北方向车辆的最大值和东、西方向的最大值进行比较，而不是对南、北方向车辆总和与东、西方向的车辆总和进行比较是本次研究的重点。
一、选题的根据：
1）本选题的理论、实际意义
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，交通问题成为制约我国社会经济发展的一个大问题，我国人口众多，现在大多数城市都经常会出现交通拥堵现象，人、车、路三者关系的协调，已Байду номын сангаас为交通管理部门需要解决的重要问题之一。随着社会的发展，一个城市的交通是否便捷是衡量其是否具有发展潜力的重要指标，目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，特别是大城市，随着城市机动车量的不断增加，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。可见改善城市交通灯控制系统是多么的重要。
2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。
3）研究难点
由于十字路口的交通灯控制是实时的，考虑到小型PLC的长处是控制而非复杂的逻辑运算，所以如何简化逻辑运算，提高PLC 的控制输出速度，成为研究的难点。
4）创新点
本系统采用“规模分档”的绿灯时长智能控制原则，即：把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率。
5、论文撰写，准备答辩。根据收集的资料及设计完成的设计图、控制程序完成毕业设计论文的撰写，并准备论文的答辩。（4周）
五、主要参考文献
[1]方承远，张振国．工厂电气控制技术．北京：机械工业出版社，2006
[2]刘美俊．西门子S7系列PCL的应用与维护．北京：机械工业出版社，2008
[3]廖常初．S7-300/400PLC应用技术．北京：机械工业出版社，2005
我认为未来交通灯应该拥有自动调整亮灯时间长短的功能。譬如说，它能自动感应该地区的交通情况，如果塞车的话该交通灯能自行控制红、黄与绿等的亮灯时间长短。利用模糊控制与神经网络控制等智能控制技术进行交叉口信号灯控制是今后单个交叉口信号灯控制的主要研究方向。将模糊控制、神经网络控制和遗传算法这三者结合起来用于交叉口信号灯的控制将有可能是今后交叉口信号控制研究的重点。
5）拟撰写论文的结构（论文撰写框架）
摘要
1绪论
2十字路口信号控制的基本理论和方法
3模糊控制
4基于PLC的模糊控制系统的设计实现
5结论与展望
附录
致谢
参考文献
三、研究方法
本设计是定量研究。主要研究途径是利用WINCC进行组态模拟实际情况进行研究。主要研究基础是PLC的智能控制功能和模糊控制理论的原理。
四、进程安排和采取的主要措施
1、收集资料，准备所需理论知识，熟悉工艺，熟悉相关硬件。(2周)
2、软件设计，使用编程组态软件STEP7完成梯形图的设计。（5周）
3、监控界面设计，主要用WinCC监控组态软件完成组态界面的设计。（2周）
4、系统调试，用西门子公司的监控组态软件STEP7和WINCC监控软件对交通灯模糊控制程序和监控画面进行仿真调试。（2周）
目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。