基于三菱PLC十字路口交通灯智能控制系统设计论文

【摘 要】目前的交通灯控制系统具有定时性的缺陷，建立交通灯智能控制系统已成为必然趋势。本文根据模糊数学理论，建立基于三菱plc的模糊控制器，实现了对十字路口交通灯的智能控制。

【关键词】交通灯;模糊数学;智能控制;三菱plc

0.引言

交通路口中的车流量是随机的、不确定的，如果交通灯控制系统采用定时控制，很容易在交通高峰期造成交通拥挤，我们需要建立交通灯智能化控制系统解决这类问题。智能化控制系统即可以根据在路口等待的车辆的数量而科学调整绿灯持续时间的自动化控制系统，建立智能化控制系统的好处就是可以减少交通滞留的现象，从而提高交通灯自动控制的效率。

1.十字路口车流量检测器设置

图1.1  红绿灯控制时间循环图

交通灯控制系统是一个循环系统，红绿灯控制时间如图1.1所示。由图可以看出，在东西方向的红灯亮的同时，南北方向的绿灯也亮，南北方向绿灯持续时间结束后闪烁3s再熄灭，此时黄灯亮起，维持2s后黄灯熄灭。因此，在系统设计的时候我们可以只考虑某一方向上绿灯持续的时间。

绿灯持续时间t可以认为由两部分组成，固定时间t1和延长时间t2。其中固定时间t1依据路口长度而定，主要是考虑能够使车辆能够在绿灯持续时间t内及时通过路口。延长时间 t2为变化值，根据车流量大小而定。监测车流量大小的装置如图1.2所示。在十字路口的各路口段，分别安置两个微型线圈式检测传感器，用来监测当红灯亮时每个路口等待通行的车辆的数量。路口端检测器监测当绿灯亮时离开的车辆数，较远的检测器监测到达的车辆数，根据两个检测器的监测数据就可确定路口100m检测区内车辆的数量。

图1.2 微型感应线圈式检测器设置图

2.模糊控制器算法设计

由于车流量是实时变化的数值，想要通过建立固定的数学模型确定t2并不现实，但是我们可以通过模糊数学理论加以分析。

表2.1  语言变量n赋值表

将监测得到的等待车辆的数量设为n，假设每辆车所占的平均长度为5m，则在100m距离内的车辆数不会超过21辆，因此可以选取n的论域为：{1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，21}，将其分为7个模糊子集：很多，多，较多，中，较少，少，很少。语言变量n的赋值见表2.1。

绿灯延长时间t2的论域选为：{5，10，15，20，25，30，35，40，45}，同样将其分为7个模糊子集：很长，长，较长，中，较短，短，很短。语言变量t的赋值见表2.2。

表2.2  语言变量t赋值表

根据经验，控制原则选为如果n=ni，那么t=ti，i=1,2,…,7。则模糊关系矩阵为：

ri=[ni]×[ti]      i=1,2,…,7

由以上计算，通过加权平均法进行模糊判决，得到最终的模糊控制查询表如下：

表3 模糊控制精确值查询表

3.模糊控制器的硬件实现

图3.1  模糊控制器的硬件原理图考虑plc产品的性价比以及产品可靠性,选用三菱q00jcpu作为系统控制核心。为了实现电压信号的a/d转换，则需使用同系列的三菱qad模块。使用qj71e71型以太网控制模块实现车流量监测数据的联网传输。运用gx developer 编程软件设计整个流程的梯形图程序，从而实现十字路口交通灯的智能控制。

系统采用0～5v的电压对车辆监测器的信号进行模拟，每个路口需要两个，另外还需要一个单独的信号模拟控制器的启停，因此plc的输入点共有9个。系统的输出参数包括显示管的显示信号（两位显示，每位7段数码，需要14个输出点）、交通灯的状态信号（每个路口3个输出点，共12个）、控制器的状态信号（只需1个），因此共需27个输出点。

4.结语

现有的交通灯控制系统定时性的缺陷已经表现的越来越明显，智能化控制已成为必然的趋势。基于三菱plc建立的智能控制系统，编程简单、操作方便、可靠性强，能够有效缓解交通堵塞的问题，具有很强的实用性。

【参考文献】

［１］李建武,黄甫正贤.城市单路口交通模糊控制系统的实现[j].电气传动自动化.2000(4).

［２］王瑞红,高美凤.模糊控制在水厂混凝投药过程中的应用[j].微计算机信息.2006,2(1).