專利名稱：基于plc的交通燈模糊控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種交通信號燈的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
交通系統(tǒng)是一個具有隨機性、模糊性和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，因此其數(shù)學(xué)模型的建立非常困難，有時甚至無法用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法加以描述。即使經(jīng)過多次簡化已建立的數(shù)學(xué)模型，它的求解還必須簡化計算才能完成。所以經(jīng)典控制法很難得到滿意的效果。模糊控制是一種無須數(shù)學(xué)模型的控制方法，它能模仿有經(jīng)驗的交警指揮交通時的思路，達到很好的控制效果。另外，PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?；赑LC的工作可靠性高，抗干擾性能力強等特點，將其應(yīng)用在交通燈控制，其可靠性能會進一步的提高。

實用新型內(nèi)容基于以上的說明，本實用新型提供一種基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，以模仿有經(jīng)驗的交警指揮交通時的思路，達到很好的控制效果。為達到上述目的，本實用新型所述的基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，包括交通信號燈；設(shè)于各入口車道的近端和遠(yuǎn)端的傳感器，分別用于檢測各入口車道到達及離開的車輛，并將檢測結(jié)果脈沖傳輸至計數(shù)器以確定各入口車道的車流量；與上述計數(shù)器及交通信號燈電連接的模糊控制器，該模糊控制器選自可編程控制器，其進一步包括計算控制變量模塊，接收各傳感器輸入的數(shù)據(jù)信息，對接收到的數(shù)據(jù)信息進行分析計算得出計算結(jié)果；模糊量化處理模塊，接收所述計算控制變量模塊輸出的計算結(jié)果，將其轉(zhuǎn)換成模
糊量； 模糊控制規(guī)則模塊，依據(jù)所述模糊量化處理模塊輸出的模糊量，建立模糊控制規(guī)則；模糊推理模塊，依據(jù)所述模糊控制規(guī)則模塊輸出的模糊控制規(guī)則，進行解算和推理，并輸出推理結(jié)果；清晰化處理模塊，接收所述模糊推理模塊輸出的推理結(jié)果，將其清晰化并輸出；以及執(zhí)行單元，接收所述模糊控制器輸出的數(shù)據(jù)，依據(jù)接收到的數(shù)據(jù)生成控制指令，各方向各個交通信號燈的工作狀態(tài)。進一步地，所述傳感器與計數(shù)器之間還連接有消除干擾及抖動用定時器，且所述計數(shù)器只有在對應(yīng)的該傳感器持續(xù)閉合時長等于或大于所定的時長后才將該脈沖傳輸至計數(shù)器。進一步地，所述交通信號燈包括設(shè)于各方向的紅、黃、綠三種交通信號燈。進一步地，還包括與該模糊控制器連接的PC機，該PC機內(nèi)置或外置有寄存器。本實用新型提供的基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，其工作可靠性高，特別是當(dāng)交通量逐漸增大時，本系統(tǒng)的模糊控制的優(yōu)勢就明顯起來，可以有效地減少延誤車隊長和車輛平均延誤時間。

圖1是本實用新型所述基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)的工作原理圖；圖2是一具體十字交通路的傳感器布置示意圖。
具體實施方式下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型做進一步的描述。如圖1所示，本實用新型所述所述基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，包括交通信號燈；設(shè)于各入口車道的近端和遠(yuǎn)端的傳感器，分別用于檢測各入口車道到達及離開的車輛，并將檢測結(jié)果脈沖傳輸至計數(shù)器以確定各入口車道的車流量；與上述計數(shù)器及交通信號燈電連接的模糊控制器，該模糊控制器選自可編程控制器，其進一步包括計算控制變量模塊，接收各傳感器輸入的數(shù)據(jù)信息，對接收到的數(shù)據(jù)信息進行分析計算得出計算結(jié)果；模糊量化處理模塊，接收所述計算控制變量模塊輸出的計算結(jié)果，將其轉(zhuǎn)換成模
糊量；模糊控制規(guī)則模塊，依據(jù)所述模糊量化處理模塊輸出的模糊量，建立模糊控制規(guī)則；模糊推理模塊，依據(jù)所述模糊控制規(guī)則模塊輸出的模糊控制規(guī)則，進行解算和推理，并輸出推理結(jié)果；清晰化處理模塊，接收所述模糊推理模塊輸出的推理結(jié)果，將其清晰化并輸出；以及執(zhí)行單元，接收所述模糊控制器輸出的數(shù)據(jù)，依據(jù)接收到的數(shù)據(jù)生成控制指令，各方向各個交通信號燈的工作狀態(tài)。作為本實用新型進一步地實施例，所述傳感器與計數(shù)器之間還連接有消除干擾及抖動用定時器，且所述計數(shù)器只有在對應(yīng)的該傳感器持續(xù)閉合時長等于或大于所定的時長后才將該脈沖傳輸至計數(shù)器。具體地，本實用新型所述的交通信號燈包括設(shè)于各方向的紅、黃、綠三種交通信號燈。作為本實用新型更進一步地實施例，所述的基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，還包括與該模糊控制器連接的PC機，該PC機內(nèi)置或外置有寄存器。下面結(jié)合一具體的十字交通路的實施例對本實用新型所述的基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)做進一步地說明。如圖2所示，該傳感器由傳感器1至傳感器8組成，分別用于檢測各入口東西直行及南北直行車道到達及離開的車輛，并將檢測結(jié)果脈沖傳輸至計數(shù)器以確定的各入口車道的車流量。其中，各車道中，一個傳感器設(shè)在十字路口處，用于檢測離開的車輛數(shù)；另一個設(shè)在距第一個傳感器約IOOm處，用于檢測到達的車輛數(shù)；當(dāng)有車輛到來，該傳感器閉合，為了防止抖動，消除干擾，該傳感器與計數(shù)器之間還連接有消除干擾及抖動用定時器，該定時器所定的時長為0. 5s,且計數(shù)器只有在對應(yīng)的該傳感器持續(xù)閉合0. 5秒后才將該脈沖傳輸至計數(shù)器，以此確保該模糊控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。本實施例的核心器件為模糊控制器，其選自具有的高可靠性及較強抗干擾能力的可編程控制器(PLC)，用于計算控制變量、執(zhí)行模糊量化處理、設(shè)置模糊控制規(guī)則、以及執(zhí)行模糊推理和清晰化處理等操作。主要包括計算控制變量模塊，接收各傳感器輸入的數(shù)據(jù)信息，對接收到的數(shù)據(jù)信息進行分析計算得出計算結(jié)果；模糊量化處理模塊，接收所述計算控制變量模塊輸出的計算結(jié)果，將其轉(zhuǎn)換成模糊量；具體過程為首先將接收到的計算結(jié)果進行處理以變成模糊控制器要求的輸入量， 其次將上述已經(jīng)處理過的輸入量進行尺度變換，使其變換為各自的論域范圍。最后將這些已經(jīng)變換到論域范圍的輸入量進行模糊處理，使原先精確的輸入量變成模糊量，并用相應(yīng)的模糊集合來表示。模糊控制規(guī)則模塊，依據(jù)所述模糊量化處理模塊輸出的模糊量，建立模糊控制規(guī)則；其中，該模糊控制規(guī)則模塊還包括數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分，數(shù)據(jù)庫主要包含語言變量的隸屬度函數(shù)，尺度變換因子以及模糊空間的分級數(shù)等，規(guī)則庫包括了用模糊語言變量表示的一系列反映控制專家的經(jīng)驗和知識的控制規(guī)則。模糊推理模塊，依據(jù)所述模糊控制規(guī)則模塊輸出的模糊控制規(guī)則，進行解算和推理，并輸出推理結(jié)果；該模塊是模糊控制器的核心，具有模擬人的基于模糊概念的推理能力，該推理過程是基于模糊邏輯中的蘊涵關(guān)系及推理規(guī)則來進行的。清晰化處理模塊，接收所述模糊推理模塊輸出的推理結(jié)果，將其清晰化并輸出。其作用是，將模糊推理得到的控制量(模糊量)變換為實際用于控制的清晰量，包含兩個方面的內(nèi)容將模糊控制量經(jīng)清晰化變換變成表示在論域范圍的清晰量和將表示在論域范圍的清晰量經(jīng)尺度變換成實際的控制量。本實施例中，傳感器1和傳感器2與對應(yīng)的定時器及計數(shù)器配合以統(tǒng)計出該十字路口由東向西方向直行的車流量(及車輛數(shù))，傳感器3和傳感器4與對應(yīng)的定時器及計數(shù)器配合以統(tǒng)計出該十字路口由西向東方向直行的車流量；同理，傳感器5和傳感器6與對應(yīng)的定時器及計數(shù)器配合以統(tǒng)計出該十字路口由南向北方向直行的車流量，傳感器7和傳感器8與對應(yīng)的定時器及計數(shù)器配合以統(tǒng)計出該十字路口由北向南方向直行的車流量。其中，上述所述的綠信比為東西方向總的車流量與南北方向總的車流量的比值，而上述模糊周期則由東西方向及南北方向總的車流量之和來決定，通常，該模糊周期與西方向及南北方向總的車流量之和呈遞增關(guān)系。[0044]較佳的，上述基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)還包括與模糊控制器協(xié)同作業(yè)的PC 機，該PC機內(nèi)置或外置有寄存器以對該交通系統(tǒng)的當(dāng)前的變量因子及控制指令進行有效的存儲，并有該PC機的CPU進行合理地轉(zhuǎn)發(fā)、資源調(diào)度及執(zhí)行。補充說明的是，為簡化設(shè)計，本實施例對于東西向左拐及南北向左拐的交通燈控制主要采用現(xiàn)有的定時控制方式來執(zhí)行。但本實用新型的保護范圍不限于此，在其他的實施例中，也可以增設(shè)傳感器及計數(shù)器來統(tǒng)計東西向左拐及南北向左拐的車流量，并以此進行與之對應(yīng)的模糊控制。本實施例提供的基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，在某路口經(jīng)過了試運行并現(xiàn)場測試，并與傳統(tǒng)的定時控制方法進行了比較，比較結(jié)果表明在交通流較小或接近定時配時的預(yù)期量時，模糊控制與定時控制方法并無太大差別，而當(dāng)交通量逐漸增大時，本系統(tǒng)的模糊控制的優(yōu)勢就明顯起來，可以有效地減少延誤車隊長和車輛平均延誤時間，其中南北方向和東西方向的平均延誤分別較定時控制的減少6. 74%和5. 32%。以上，僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，包括交通信號燈；設(shè)于各入口車道的近端和遠(yuǎn)端的傳感器，分別用于檢測各入口車道到達及離開的車輛，并將檢測結(jié)果脈沖傳輸至計數(shù)器以確定各入口車道的車流量；與上述計數(shù)器及交通信號燈電連接的模糊控制器，該模糊控制器選自可編程控制器；以及執(zhí)行單元，接收所述模糊控制器輸出的數(shù)據(jù)，依據(jù)接收到的數(shù)據(jù)生成控制指令，各方向各個交通信號燈的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器與計數(shù)器之間還連接有消除干擾及抖動用定時器，且所述計數(shù)器只有在對應(yīng)的該傳感器持續(xù)閉合時長等于或大于所定的時長后才將該脈沖傳輸至計數(shù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述交通信號燈包括設(shè)于各方向的紅、黃、綠三種交通信號燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與該模糊控制器連接的PC機，該PC機內(nèi)置或外置有寄存器。
專利摘要本實用新型公開一種基于PLC的交通燈模糊控制系統(tǒng)，以模仿有經(jīng)驗的交警指揮交通時的思路，達到很好的控制效果。該交通燈模糊控制系統(tǒng)包括交通信號燈；設(shè)于各入口車道的近端和遠(yuǎn)端的傳感器，分別用于檢測各入口車道到達及離開的車輛，并將檢測結(jié)果脈沖傳輸至計數(shù)器以確定各入口車道的車流量；與上述計數(shù)器及交通信號燈電連接的模糊控制器，以及執(zhí)行單元，接收所述模糊控制器輸出的數(shù)據(jù)，依據(jù)接收到的數(shù)據(jù)生成控制指令，各方向各個交通信號燈的工作狀態(tài)。本實用新型，其工作可靠性高，特別是當(dāng)交通量逐漸增大時，其模糊控制的優(yōu)勢就明顯起來，可以有效地減少延誤車隊長和車輛平均延誤時間。
文檔編號G08G1/07GK202159426SQ201120230779
公開日2012年3月7日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者馮澤虎 申請人:淄博職業(yè)學(xué)院