北华航天工业学院毕业论文
4.2交通信号控制系统的设计
4.2.1 交通灯控制系统结构图
交通控制结构图如下图4-1所示
以太网
电感线圈号 信
信号转换置
装
PLC控制系统
交通灯组
紧急按钮号
信
接口
图4-1 控制结构图
4.2.2 车辆滞留检测系统
1.车辆存在与通过的检测原理
电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路，可用混凝土直接预埋，老路则需开挖再埋)。当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成高频磁场。当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应线圈的电感减到最小值。当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。
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电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为 2×3m，电感约为100μH.这种传感器可检测的电感变化率在0.3％以上。
电感式传感器安装在公路下面，从交通安全和美观考虑, 它是理想的传感器。传感器最好选用防潮性能好的原材料。车辆存在与检测电路原理框图如图4-2
60kHz正弦信号源
图4-2 车辆存在与检测电路原理框图
2.滞留量的计算
车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象，环状绝缘电线在地下的铺设我们设计，采取在每个车行道上中的出口地(停车线处)以及在离出口地一定远的进口的地方各铺设一个相同的传感器，十字路口传感器的布置方案如图4-3所示(以典型的十子路口为例)，同一股道上的两传感器相距的距离为该股道正常运行时所允许的最长停车车龙为好。
北
探测器3 探测器6 探测器4 感应线圈电流检测电路 比较鉴别电路 脉冲输出
探测器5
西 探测器7 探测器2 探测器8 东 探测器1 南
图4-3 传感检测器布置
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如图4-5，以南北向为例，每当车辆进入十字路口必先经过检测器1 和3，检测器就会发生2个脉冲给PLC，PLC对检测器1和3的计数就可得到车辆进入候车入口的总数和Y。车辆继续往前就会经过检测器2和4，同样检测器2和4也会发出2个脉冲给PLC，PLC对检测器2和4脉冲的计数就会得到车辆驶出候车入口的总数和X，那么Y(进入总量)-X（驶出总量）=Z1(南北向车辆滞留数),同样，东西方向，PLC通过对检测器脉冲的计数就可得到滞留量Z2。
设Z1-Z2>20，则南北方向繁忙，东西一般，南北直行绿灯时长、南北左转绿灯时长、东西红灯时长加长。
Z1-Z2<-20，则东西方向繁忙，南北一般，东西直行绿灯时长、东西左转绿灯时长、南北红灯时长加长。
-20<=Z1-Z2<=20，则设为一般情况，控制灯正常闪亮。
4.2.3 信号转换装置
电感信号的工作原理基于振荡电路电路原理，信号转换装置是由一种基于电磁感应原理的信号装换线路构成，该转换电路是有两只三极管组成共射极振荡器和地感线圈（电感原件）、电阻、电容等元件组成，信号装换装置的电路原理图如图4-4及分析如下:
图4-4 信号装置转换原理图
U1和U2共组成了共射极振荡器，电阻R3是两只三极管的公共射极电阻，并构成正反馈，地感线圈T作为检测器谐振电路中的一个电感元件，与振荡电路一起形成LC谐振。
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当有车辆通过时，由于空气介质发生变化引起了振荡频率的变化（有车辆经过是频率升高），将会使线圈中单位电流产生的磁通量增加，从而导致线圈电感值发生微小变化，进而改变LC谐振的频率，这个频率的变化作为有车辆经过地感线圈路面时的输入信号，再将此信号通过由R7和C3组成的LC滤波电路，输出稳定的直流电压，此电压可以输入到PLC系统。
4.2.4 正常运行模块程序框图及分析
正常情况下各个路口的各个时间段的车流量基本相等，各个信号灯按照程序所设定的固定时间运行；当某路口的车流量发生变化，检测到路口的车辆滞留量达到设定值时，自动调用车流量信号智能处理子程序；当某个路口发生紧急事件，人要紧急通过时，按下该路口的紧急按钮，程序自动调用紧急按钮信号子程序；这行完子程序后，主程序自动返回继续检索各种运行条件和参数状态，程序控制框图如图4-5：
运行程序 紧急按钮信号\\信号智能处理 南直行/转弯 南直行/北直行 北直行/转弯 西直行/转弯 东直行/转弯 图4-5 程序框图
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4.2.5 车流量信号智能处理模块及分析
绿灯通行时间
车辆数 n
0 停 <10 ≥10 5 正常时间 延时T1 20S 延时T2 40S 延时T3 60S 20S 0~40S 0~40S 40~50S 40~50S 50~60S 50~60S 50~60S 延时至其他路口有车 其他路口无车 图4-6 车流量信号处理模块 若该车道的绿灯已经亮了 20s,任没有检测到有车辆通过时：表示无车辆等待通过， 若其他三个路口也无车，则维持原正常通行时间；若其他三个路口只有一个路口有车，则立刻结束该路口的绿灯通行时间，给有车的路口“让道”。 当该车道的绿灯已经亮了40S,检测到有车辆“累积”在此车道上,表示有车辆等待通过，则要根据实际的车辆数决定是按正常的通行时间控制，还是延迟通行时间，车辆越多延迟时间越长；同时考虑其他路口的车辆等待状态，是适当延迟，还是无限延迟。延迟时间段的划分数量及其具体延迟时间根据个十字路口的状态进行设定。具体情况如图4-6所示： 4.2.6 交通灯智能控制程序框图 22