基于PLC的超聲波檢測信號燈控制系統

孫龍玥（錦州市機電工程學校，遼寧 錦州 121000）

基于PLC的超聲波檢測信號燈控制系統

孫龍玥
（錦州市機電工程學校，遼寧 錦州 121000）

摘 要：通過超聲波傳感器LM1812的外圍連接NE555時基電路構成的多諧振蕩發生器，產生接收和發射超聲波的控制信號，使其感應路口行駛車輛的數量。通過外圍連接PLC硬件輸入接口，結合PLC程序中軟計數器，進行計數并按車輛通行數量，來控制交通信號燈的變化。實現實時監控，避免空等時間浪費。

關鍵詞：超聲波傳感器；多諧振蕩發生器；PLC；軟計數器

一、前言

路口交通信號燈通常采用固定時間控制信號燈的變化，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。用一成不變的時間控制，顯得缺乏靈活性和造成一定的浪費。考慮到以上諸多因素，本設計采用超聲波傳感器對通行車輛進行實時數量檢測，并將監測數據傳送給可編程序控制器PLC進行數據計數處理和信號控制。針對靈活多變交通情況進行信號燈的控制，能夠即時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被測物體進行計數，圖1中為基于PLC的超聲波檢測信號燈控制電路。電路中LM1812為超聲波專用集成電路，其內部包括脈沖調制C類振蕩器、高增益接收器、脈沖調制檢測器和噪聲抑制電路。其外圍元件鏈接及其功能為：1腳連接LC設定發射與接受振蕩頻率；2腳耦合電容為內電路第二增益輸入端；3腳輸出電阻為第一增益級輸出端；4腳輸入耦合電容為第一增益級輸入端；5腳接地；6腳發射器輸出；8腳開關脈沖限流；9腳接收器開啟延遲；10腳接地；11腳限制監測器輸出占空比；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腳控制內部計分器復位時間常數。

LM1812的8腳為發送/接受控制端，高電平發射，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腳上的元件要遠離，避免產生自激振蕩。NE555構成多諧振蕩器，為8腳提供振蕩頻率，控制其發送和接收，三極管進行驅動放大信號。

LM1812的14腳輸出計數脈沖。接收到信號，14腳為低電平；接收不到信號，14腳為高電平。以紅綠兩個信號燈為例，PLC的數字輸入端I0.0控制開啟，I0.1控制斷開。當有車通過，即可以接收信號，14腳為低電平，I0.O接通閉合，輸出線圈M1通，綠燈亮；PLC根據內部程序的軟計數器開始計數，可以任意設定計數值，當計數到，計數器線圈閉合線圈M2通，紅燈亮，通過紅燈互鎖開關使綠燈滅。當車輛未達到計數值就已沒有車輛再通過，如果繼續等待直到湊夠車輛數量，即為時間浪費，所以本設計同時采用另一開關I0.1控制紅燈開啟從而通過其互鎖關閉綠燈。當接收不到信號時，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和電致伸縮效應，將機械能（超聲波發射）與電能（超聲波接收）相互轉換，并利用波的特性實現對各種參量的測量。超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，超聲波具有的基本特質之一反射和折射現象，當超聲波在兩種不同介質中通過時，會產生反射和折射。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，應用于工業生產等領域。

2 本設計采用可編程邏輯控制器（PLC），西門子S7-200系列產品中的CPU226型。它屬于整體式緊湊型系列產品，其特點是結構緊湊，將電源、CPU輸入輸出端子、拓展單元插座等一起裝在機殼里，體積小、重量輕、便于安裝在機器設備上實現機電一體化。CPU226型共有24個輸入點（I0.0～I0.7、I1.0～I1.7、I2.0～I2.7）。其輸入電路采用雙向光耦合器，24V直流極性可以任意選擇。系統設置1M為輸入端子（I0.0～I1.4）的公共端，2M為輸入端子（I1.5～I2.7）的公共端。

結語

本設計以控制一個交通燈的兩個信號燈（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，根據現場不同的控制要求，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。本設計的中心思想，就是為了對復雜多變的交通路口情況進行實時監控，改善不合理的等待，避免造成時間資源浪費。全面考慮諸多特殊因素并通過硬件的連接和軟件配套設置進行了有效的應對措施。

參考文獻

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中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A