基于PLC的超聲波檢測(cè)信號(hào)燈控制系統(tǒng)

孫龍玥

摘 要：通過超聲波傳感器LM1812的外圍連接NE555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩發(fā)生器，產(chǎn)生接收和發(fā)射超聲波的控制信號(hào)，使其感應(yīng)路口行駛車輛的數(shù)量。通過外圍連接PLC硬件輸入接口，結(jié)合PLC程序中軟計(jì)數(shù)器，進(jìn)行計(jì)數(shù)并按車輛通行數(shù)量，來控制交通信號(hào)燈的變化。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免空等時(shí)間浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：超聲波傳感器；多諧振蕩發(fā)生器；PLC；軟計(jì)數(shù)器

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前言

路口交通信號(hào)燈通常采用固定時(shí)間控制信號(hào)燈的變化，但是路口交通情況是受到工作日、假日、天氣、人為等多種因素共同制約的。用一成不變的時(shí)間控制，顯得缺乏靈活性和造成一定的浪費(fèi)?？紤]到以上諸多因素，本設(shè)計(jì)采用超聲波傳感器對(duì)通行車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)量檢測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給可編程序控制器PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)處理和信號(hào)控制。針對(duì)靈活多變交通情況進(jìn)行信號(hào)燈的控制，能夠即時(shí)有效地緩解交通壓力。

二、工作原理

利用超聲波的反射特性，可以通過超聲波探頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行計(jì)數(shù)，圖1中為基于PLC的超聲波檢測(cè)信號(hào)燈控制電路。電路中LM1812為超聲波專用集成電路，其內(nèi)部包括脈沖調(diào)制C類振蕩器、高增益接收器、脈沖調(diào)制檢測(cè)器和噪聲抑制電路。其外圍元件鏈接及其功能為：1腳連接LC設(shè)定發(fā)射與接受振蕩頻率；2腳耦合電容為內(nèi)電路第二增益輸入端；3腳輸出電阻為第一增益級(jí)輸出端；4腳輸入耦合電容為第一增益級(jí)輸入端；5腳接地；6腳發(fā)射器輸出；8腳開關(guān)脈沖限流；9腳接收器開啟延遲；10腳接地；11腳限制監(jiān)測(cè)器輸出占空比；12腳接電源；13腳電源退耦；14腳檢出器輸出端；15腳接地；17腳噪聲控制；18腳控制內(nèi)部計(jì)分器復(fù)位時(shí)間常數(shù)。

LM1812的8腳為發(fā)送/接受控制端，高電平發(fā)射，低電平接收。由于接收器的增益很高，超聲波傳感器的引線必須用屏蔽電纜連接，并且1腳和4腳上的元件要遠(yuǎn)離，避免產(chǎn)生自激振蕩。NE555構(gòu)成多諧振蕩器，為8腳提供振蕩頻率，控制其發(fā)送和接收，三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大信號(hào)。

LM1812的14腳輸出計(jì)數(shù)脈沖。接收到信號(hào)，14腳為低電平；接收不到信號(hào)，14腳為高電平。以紅綠兩個(gè)信號(hào)燈為例，PLC的數(shù)字輸入端I0.0控制開啟，I0.1控制斷開。當(dāng)有車通過，即可以接收信號(hào)，14腳為低電平，I0.O接通閉合，輸出線圈M1通，綠燈亮；PLC根據(jù)內(nèi)部程序的軟計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，可以任意設(shè)定計(jì)數(shù)值，當(dāng)計(jì)數(shù)到，計(jì)數(shù)器線圈閉合線圈M2通，紅燈亮，通過紅燈互鎖開關(guān)使綠燈滅。當(dāng)車輛未達(dá)到計(jì)數(shù)值就已沒有車輛再通過，如果繼續(xù)等待直到湊夠車輛數(shù)量，即為時(shí)間浪費(fèi)，所以本設(shè)計(jì)同時(shí)采用另一開關(guān)I0.1控制紅燈開啟從而通過其互鎖關(guān)閉綠燈。當(dāng)接收不到信號(hào)時(shí)，14腳為高電平，I0.1接通閉合，輸出線圈M2通，紅燈亮，通過其互鎖關(guān)閉綠燈。

三、核心器件介紹

1 超聲波傳感器：利用晶體的壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)，將機(jī)械能（超聲波發(fā)射）與電能（超聲波接收）相互轉(zhuǎn)換，并利用波的特性實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參量的測(cè)量。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，超聲波具有的基本特質(zhì)之一反射和折射現(xiàn)象，當(dāng)超聲波在兩種不同介質(zhì)中通過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和折射。利用其各種特性，可做成超聲波傳感器，配上不同電路，制成各種超聲波儀器裝置，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。

2 本設(shè)計(jì)采用可編程邏輯控制器（PLC），西門子S7-200系列產(chǎn)品中的CPU226型。它屬于整體式緊湊型系列產(chǎn)品，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，將電源、CPU輸入輸出端子、拓展單元插座等一起裝在機(jī)殼里，體積小、重量輕、便于安裝在機(jī)器設(shè)備上實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。CPU226型共有24個(gè)輸入點(diǎn)（I0.0～I(xiàn)0.7、I1.0～I(xiàn)1.7、I2.0～I(xiàn)2.7）。其輸入電路采用雙向光耦合器，24V直流極性可以任意選擇。系統(tǒng)設(shè)置1M為輸入端子（I0.0～I(xiàn)1.4）的公共端，2M為輸入端子（I1.5～I(xiàn)2.7）的公共端。

結(jié)語

本設(shè)計(jì)以控制一個(gè)交通燈的兩個(gè)信號(hào)燈（紅、綠）為例，介紹了基于PLC硬件連接的軟件配套控制方法。PLC輸出部分未連接，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的控制要求，可以編寫軟件程序，并依照程序要求去拓展輸入部分和連接輸出部分外電路。本設(shè)計(jì)的中心思想，就是為了對(duì)復(fù)雜多變的交通路口情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，改善不合理的等待，避免造成時(shí)間資源浪費(fèi)。全面考慮諸多特殊因素并通過硬件的連接和軟件配套設(shè)置進(jìn)行了有效的應(yīng)對(duì)措施。

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