基于PLC的超声波检测信号灯控制系统

摘 要：通过超声波传感器LM1812的连接NE555时基电路构成的多谐振荡发生器，产生接收和发射超声波的控制信号，使其感应路口行驶车辆的数量。通过连接PLC硬件输入接口，结合PLC程序中软计数器，进行计数并按车辆通行数量，来控制交通信号灯的变化。实现实时监控，避免空等时间浪费。

关键词：超声波传感器；多谐振荡发生器；PLC；软计数器

中图分类号：TP273 文献标识码：A

一、前言

路通信号灯通常采用固定时间控制信号灯的变化，但是路通情况是受到工作日、假日、天气、人为等多种因素共同制约的。用一成不变的时间控制，显得缺乏灵活性和造成一定的浪费。考虑到以上诸多因素，本设计采用超声波传感器对通行车辆进行实时数量检测，并将监测数据传送给可编程序控制器PLC进行数据计数处理和信号控制。针对灵活多变交通情况进行信号灯的控制，能够即时有效地缓解交通压力。

二、工作原理

利用超声波的反射特性，可以通过超声波探头对被测物体进行计数，图1中为基于PLC的超声波检测信号灯控制电路。电路中LM1812为超声波专用集成电路，其内部包括脉冲调制C类振荡器、高增益接收器、脉冲调制检测器和噪声抑制电路。其元件链接及其功能为：1脚连接LC设定发射与接受振荡频率；2脚耦合电容为内电路第二增益输入端；3脚输出电阻为第一增益级输出端；4脚输入耦合电容为第一增益级输入端；5脚接地；6脚发射器输出；8脚开关脉冲限流；9脚接收器开启延迟；10脚接地；11脚限制监测器输出占空比；12脚接电源；13脚电源退耦；14脚检出器输出端；15脚接地；17脚噪声控制；18脚控制内部计分器复位时间常数。

LM1812的8脚为发送/接受控制端，高电平发射，低电平接收。由于接收器的增益很高，超声波传感器的引线必须用屏蔽电缆连接，并且1脚和4脚上的元件要远离，避免产生自激振荡。NE555构成多谐振荡器，为8脚提供振荡频率，控制其发送和接收，三极管进行驱动放大信号。

LM1812的14脚输出计数脉冲。接收到信号，14脚为低电平；接收不到信号，14脚为高电平。以红绿两个信号灯为例，PLC的数字输入端I0.0控制开启，I0.1控制断开。当有车通过，即可以接收信号，14脚为低电平，I0.O接通闭合，输出线圈M1通，绿灯亮；PLC根据内部程序的软计数器开始计数，可以任意设定计数值，当计数到，计数器线圈闭合线圈M2通，红灯亮，通过红灯互锁开关使绿灯灭。当车辆未达到计数值就已没有车辆再通过，如果继续等待直到凑够车辆数量，即为时间浪费，所以本设计同时采用另一开关I0.1控制红灯开启从而通过其互锁关闭绿灯。当接收不到信号时，14脚为高电平，I0.1接通闭合，输出线圈M2通，红灯亮，通过其互锁关闭绿灯。

三、核心器件介绍

1 超声波传感器：利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能（超声波发射）与电能（超声波接收）相互转换，并利用波的特性实现对各种参量的测量。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，超声波具有的基本特质之一反射和折射现象，当超声波在两种不同介质中通过时，会产生反射和折射。利用其各种特性，可做成超声波传感器，配上不同电路，制成各种超声波仪器装置，应用于工业生产等领域。

2 本设计采用可编程逻辑控制器（PLC），西门子S7-200系列产品中的CPU226型。它属于整体式紧凑型系列产品，其特点是结构紧凑，将电源、CPU输入输出端子、拓展单元插座等一起装在机壳里，体积小、重量轻、便于安装在机器设备上实现机电一体化。CPU226型共有24个输入点（I0.0～I0.7、I1.0～I1.7、I2.0～I2.7）。其输入电路采用双向光耦合器，24V直流极性可以任意选择。系统设置1M为输入端子（I0.0～I1.4）的公共端，2M为输入端子（I1.5～I2.7）的公共端。

结语

本设计以控制一个交通灯的两个信号灯（红、绿）为例，介绍了基于PLC硬件连接的软件配套控制方法。PLC输出部分未连接，根据现场不同的控制要求，可以编写软件程序，并依照程序要求去拓展输入部分和连接输出部分外电路。本设计的中心思想，就是为了对复杂多变的交通路口情况进行实时监控，改善不合理的等待，避免造成时间资源浪费。全面考虑诸多特殊因素并通过硬件的连接和软件配套设置进行了有效的应对措施。

参考文献

[1]刘伟.传感器原理及实用技术[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]孔凡才.周良权.电子技术综合应用创新实训教程[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]王启洋，张梅梅.电子技术基础与技能[M].大连：大连理工大学出版社，2010.

[4]常辉，程周.可编程序控制器技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2008.