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1. 交通模型的建立和分析
1.1 交通模型的选择和建立
本设计选择研究对象是双向三车道的十字路口交通，交通灯采用箭头式，其符合一般城市主干道的布局规划。其模型图如图1所示：
图1 交通模型的选择
1.2 交通模型的分析
本设计对进入交通路口的路段进行分析，对驶离此交通路口的车辆没有必要进行分析，考虑到南北右转和东西右转一直是绿灯放行状态，故而对这两种状态也不用考虑[1]。所以只需分析以下四种状态：
1、南北直行；
2、南北左转；
3、东西直行；
4、东西左转。
四种动作的相位图如下：
图2 南北直行
图3 南北左转
图4 东西直行
图5 东西左转
交通的通行控制按照1、2、3、4相位动作依次实现，循环往复，（特殊情况下由交警指挥除外）。
2. 题目分析及设计方案
2.1题目分析
据不完全统计，目前我国城市交通十字路口大都采用定时来控制（有时根据路段的繁忙程度采用交警代替交通灯），这样会产生一些弊端：某条路段的车流量很大却需要等红灯，而此时另一条是空车道或者车流量很小却长时间亮绿灯，这种弊端产生的原因是没有对路段采取实时监控。这不仅让司机表示很不满意，更是对人力物力的一种严重浪费。
本文研究的方案如下：采用传感器探测车流量，从而控制交通灯时间。在交通入口的各个方向按照要求埋设电感线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，电感减小，即可检测车辆的通过，并用PLC进行计数，按一定规律来调节交通灯时间。
2.2 车流量的检测和统计
在交通的入口和出口下方埋设合理的电感式传感器[2-4]，具体如图2.1。图中“•”表示埋设传感器的位置，在进入十字路口的前100m处的1.1.1、1.2.1、2.1.1、2.2.1、3.1.1、3.2.1、4.1.1、4.2.1点为车辆进入检测十字路口点（此点的编号同时记为该点传感器的编号）。在1.1.2、1.2.2、2.1.2、2.2.2、3.1.2、3.2.2、4.1.2、4.2.2点为车辆驶离十字路口点。传感器输出可供PLC适用的标准脉冲，车辆进入检测区域增减计数器加一，车辆驶离检测区域增减计数器减一，这样根据增减计数器可以统计检测区域滞留的即时车辆个数。如图6所示：
图6 传感器预埋图
2.3 用PLC实现即时车流量的控制
车辆的计数和交通灯的控制由PLC来实现，因为PLC是专为工业编程所设计的计算机，它具有丰富可靠的I/O口，具有较强的驱动能力，编程简单，文护方便，可实现在线操作。
利用PLC的输入端与外界的传感器的输出端相连，采集并处理车流量的信息，将PLC的输出端与各路口的交通信号灯相连，通过PLC内置定时器来控制各路口的交通信号灯的时间，从而智能的调节各路段的车流量，实现即使车流量控制。其整体框架图如图7所示：
图7 整体框图
3. 系统的硬件设计
3.1 硬件选择
3.1.1 PLC的选择
市场上有很多种类的的PLC品种，据不完全统计市场上使用的有十几种品牌的二百多种型号的PLC。主流的品牌包括西门子、三菱、欧姆龙、松下等，其中西门子S7-200系列PLC以其功能强大，可满足多种多样的自动化控制需要，且具有紧凑的设计、良好的扩展，低廉的价格和强大的指令功能，近乎完美的满足小规模的控制要求。本设计方案选择西门子S7-200系列PLC，考虑到I/O口的需要，选择CPU型号为CPU224模块。
西门子PLC包括以下基本单元，CPU、存储器、通讯口、电池、LED指示灯、I/O端子。CPU是PLC的大脑，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中。PLC的存储器主要存放系统程序、用户程序和工作状态数据。通行口是PLC与上位机或者编程器连接的接口，把用户程序写入到PLC中。PLC的电池通常为锂电池，用于在掉电时保存用户程序和数据。LED指示灯用于指示PLC电源（POWER）、运行(RUN)、编程(PROG)、测试(TEST)、断开(BREAK)、出错(ERROR)、电量不足(BATT)、警告(ALARM)等工作状态。PLC的I/O端子是PLC与电气回路的接口，主要连接PLC的外围设备及扩展各种功能模块。
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