基于plc的交通灯控制系统样本.doc

课
程
设
计
课程名称： PLC原理与应用
题 目： 基于PLC交通灯控制系统
系、专业： 电气自动化

目       录
摘要…………………………………………………………………………………3
一、系统总体方案设计………………………………………………………3
1.1 系统设计任务规定………………………………………………………………3
1.2 系统总框图………………………………………………………………………4
1.3 系统工作原理……………………………………………………………………4
1.4 方案论证与比较…………………………………………………………………4
1.4.1 PLC控制交通灯………………………………………………………………4
1.4.2 FPGA控制方式…………………………………………………………………5
1.4.3 单片机8255扩展方式………………………………………………………6
1.4.4单片机74LS164扩展方式……………………………………………………6二、硬件设计…………………………………………………………………… 7
2.1  PLC简介………………………………………………………………………7
2.2  红绿灯显示电路设计…………………………………………………………8
2.3  倒计时电路……………………………………………………………………9
2.4 报警提示电路…………………………………………………………………9
三、软件设计…………………………………………………………………10
3.1程序设计思想…………………………………………………………………10
3.2系统程序流程图………………………………………………………………10
3.3 PLC梯形图编程长处…………………………………………………………11
四、系统调试与仿真………………………………………………………11
五、心得体会……………………………………………………………………12
参照文献…………………………………………………………………………13
附录1整机原理图…………………………………………………………………14
附录2本交通灯设计系统源程序…………………………………………………14
摘要：本文阐述了基于PLC交通灯模仿控制系统，该系统依照实际公路交通灯状况进行东西和南北方向切换控制，通过数码管显示和箭头批示来指挥车辆轮流流通，采用高亮度数码管和发光二极管模仿交通灯实际状况。该系统具备贴近生活、实用性强、操作简朴、扩展性好等特点。
核心词：PLC；交通灯；模仿控制
一、系统总体方案设计
1.1系统设计任务规定
1.1.1任务
设计并制作一种能对东、西、南、北方向进行控制和显示一种自动化交通灯系统。
1.1.2规定
（1）基本规定
①控制功能：能分别对东、西、南、北四个方向进行合理控制，其中向右转规定可以始终通行；
②显示功能：能实现显示当前倒数时间。采用七段LED数码管来显示；
③报警功能：当其中某个方向灯坏了或者某个线路有问题时，可以及时报警。
（2）发挥某些
①能实时测定车辆数量；
②能依照车辆数量合理变更不同通行方案；
③其她功能。
1.2 系统总框图

F
X
0
N
信号灯控制
倒计时显示
键盘
报警输出

图1.2.1 系统总方框图
1.3 系统工作原理
本系统采用FXON系列PLC作为主控器，设计最小交通灯模仿系统。
硬件方面：红绿灯批示、倒计时显示采用高亮度发光二极管和数码管。
软件方面：使用PLC普通I/O口进行数据传送，完毕数码管送数和红绿灯箭头批示，实现模仿交通灯指挥系统。
南北方向倒计时显示和红绿灯批示状态一致，东西方向倒计时显示和红绿灯批示状态一致。因而可以用7个I/O口作为数码管送数。用6个I/0口作为红绿黄灯批示信号传送，用一种普通I/O口输出一种CMOS逻辑电平点亮右行绿灯，使右行车辆始终可以通行；用一种普通I/O口作为报警信号输出提示。
1.4 方案论证与比较
方案一：PLC控制交通灯
此方案选用三菱FX0N系列PLC作为核心控制器。PLC可编程控制器核心是一台微型计算机，它是专为工业环境应用而设计制造计算机。它具备高可靠性丰富输入/输出接口，并且具备较强驱动能力；它采用一类可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定期，计数与算术操作等面向顾客指令，并通过数字或模仿式输入/输出控制各种类型机械或生产过程;该控制系统由启动按钮、复位按钮、PLC控制器件、东西通道灯批示与计时、南北通道灯批示与计时、定期器构成。它采用模块化构造，编程简朴，安装简朴，维修以便。
如图所示是PLC硬件系统构造框图
输
入
电
路
电源
ROM
CPU
RAM
输
出
电
路
编程器或外围设备

图1.4.1 系统构造框图
方案二：FPGA控制方式
此方案采用FPGA作为主控器，采用状态设计，每来一种时钟1Hz脉冲倒计时数码减一和箭头批示；用500HZ时钟频率扫描数码管显示，用12MHZ时钟分频成两个时钟频率。FPGA除了完毕交通灯控制、存储和显示功能外，还可进行人机交互，实现定期器延时可调。交通灯控制系统原理框图如图1.5.2所示。它重要由箭头批示、倒计时显示、语音提示、FPGA控制器、键盘、定期器、译码器和秒脉冲信号发生器等某些构成。秒脉冲发生器是该系统中定期器和控制器原则时钟信号源，译码器输出两组信号灯控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统重要某些，由它控制定期器和译码器工作。
状态转换过程：
表1.4.1 状态转换过程

状态
直行灯（南北）
左转灯（南北）
直行灯（东西）
左转灯（东西）
有效状态时间

红
黄
绿
红
黄
绿
红
黄
绿
红
黄
绿
S0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
60
S1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
40
S2
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
30
S3
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
S4
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
15
S5
1
1
0
1
1
0
0
1
0
0
0
1
5
S6
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
45
S7
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
5

图1.4.2交通灯控制系统原理框图
方案三：单片机8255扩展方式
此方案采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能依照实际车流量通过8051芯片P1口设立红、绿灯批示；红绿灯循环点亮，倒计时显示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并也许过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简朴、扩展功能强。总体方框1.4.3下：

图1.4.3 总体方框图
方案四：单片机 74LS164扩展方式
本设计采用MSC-51系列单片机AT89S51和串入并出移位寄存器74LS164作为重要控制器件。只需用普通I/O口模仿时钟和数据传送口即可对74LS164进行送数控制。依照实际交通灯控制系统本设计共需12个普通I/O口，留有大量I/O口来扩充其她创新设计和优化设计。
方案比较：
方案一该设计采用PLC控制器件作为系统控制核心，模块化构造，编程简朴，安装简朴由于PLC可靠性高，抗干扰能力强，适应性好，功能完善，接中多样，程序简朴。
方案二该设计采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统控制核心，由于FPGA具备强大资源，使用以便灵活，易于能扩展进行功，特别是结合了EDA，可以达到很高效率，系统各种部件如分频器电路，定期器电路，译码器电路等，都可以集成到一块芯片上，大大减小了系统体积，并且提高了系统稳定性，但硬件设计复杂成本较高，适合大型系统设计和实际应用系统设计。
方案三该电路本设计采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，单片机技术比较成熟，开发过程中可以运用资源和工具丰富、价格便宜、成本低。但此方案占用硬件资源多、调试过程复杂。
方案四采用单片机 74LS164扩展方式。此方案通用性强，硬件设计容易，编程简朴，功能强大，也可日后扩展其她功能模块，但电路图过于复杂，设计难度大，调试过程复杂。
综合比较后，拟定采用第一种方案设计。
二、 硬件设计
2.1 PLC简介
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基本新型工业控制装置。PLC是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采用一类可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定期，计数与算术操作等面向顾客指令，并通过数字或模仿式输入/输出控制各种类型机械或生产过程.
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。它采用可以编制程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模仿式输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。PLC及其关于外围设备都应当按易于与工业控制系统形成一种整体，易于扩展其功能原则而设计。”
PLC引脚示意图如下：

图2.1.1 FXON引脚图
2.2 红绿灯显示电路设计
此显示电路为公共模块。由1位高亮度共阴极数码管构成，所有段码位选都设计为高电平点亮；红绿灯批示由高亮度发光二极管构成，电路设计成均压均流形式，以保证二极管发光亮度同样。如图所示是电路原理图：

图2.2.1 红绿灯显示电路
2.3倒计时电路

图2.3.1 倒计时电路
2.4报警提示电路

图2.4.1 报警电路
三、软件设计
3.1程序设计思想
本交通灯设计使用FX0N系列PLC作为主控器。采用梯形图作为编程语言，发挥梯形图灵活性和模块化来优化设计。
采用并行通信，使数据一位接一位地顺序传送，通信线路简朴，特别合用远距离通信。
本系统使用FX0N系列PLC普通I/O口进行数据传送，完毕数码管送数和红绿黄灯批示，实现模仿交通灯指挥系统。南北方向倒计时显示和红绿灯批示状态一致，东西方向倒计时显示和红绿灯批示状态一致。东西南北方向红绿灯批示，因此红绿黄灯批示用6个I/O口传送数据，再用一种I/O口输出一种低电平点亮右行灯，让右行车辆始终通行。
3.2系统程序流程图

开始
初始化
倒计时显示与红绿灯批示子程序
按键解决子程序
报警子程序
红绿灯批示子程序
倒计时显示子程序

图3.2.1 主程序流程图
3.3 PLC梯形图编程长处
PLC梯形图程序普通采用顺序控制设计办法。这种编程办法很有规律，很容易掌握。对于复杂控制系统，梯形图设计时间比设计继电器系统电路图时间要少得多。
梯形图是使用得最多可编程序控制器编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制顾客程序。
梯形图语言事实上是一种面向顾客一种高档语言，可编程序控制器在执行梯形图程序时，用解释程序将它“翻译”成指令表后再去执行。
四、整机系统调试
进行通电测试，看电源与否正常工作，重要测试点电压电流与否正常，如不正常可分析详细电路和模块，一一排解直到工作电压正常；测试重要芯片电源引脚与否达到正常工作电压。保证成功完毕硬件调试整个过程后。
进行软硬件调试，先分模块调试，然后整机调试。保证子程序模块正常状况下，调试整机系统。
PLC系统硬件调试和软件调试是不能分开，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正。但普通是先排除明显硬件故障后来，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件调试是基本，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。本文结合伙者在单片机开发过程中体会，讨论硬件调试技巧。.

五、心得体会
通过本次设计，咱们学到了诸多知识，跨越了老式方式下教与学体制束缚，在设计过程中，通过查资料和收集关于文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先被动接受知识转换为积极谋求知识，这是学习办法上一种很大突破。在以往老式学习模式下，咱们也许会记住诸多课本知识，但本次设计，咱们学会了如何将学到知识转化为自己东西，学会了怎么更好解决知识和实践相结合问题。
在设计过程中也学到了做任何事情所要有态度和心态。做学问要一丝不苟，对于发展过程中浮现任何问题和偏差都不要轻视，要通过对的途径去解决，在做事情过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题。在学习工作中要学会与人合伙，认真听取同组人员意见，这样做起事情来就可以事半功倍。在本次设计中，本组人员充分发挥团队精神，精密合伙让咱们克服一种又一种困难与疑惑，三个人互相信任、互相配合、分工合伙。在顺境时互相提示保持冷静，逆境时互相勉励共度难关，浮现问题时不互相抱怨。这种团队精神不但有助于本次设计成功完全，对咱们此后人生路也有重大启示作用。
总之，本次课程设计过程中，咱们收获了诸多，电子设计制作能力、应变能力、创新能力、学习能力等得到提高，心理素质得到锻炼，团队精神得到加强等等收益增进咱们综合能力大大提高，因而，本次设计应是咱们学电子生涯重大转折点，它为咱们这学期结尾画上了完美句号。

参照文献
[1] 李全利等编著． 《单片机原理及应用技术（第2版）》．高等教诲出版社．.11
[2] 周立功等编著． 《单片机实验与实践》. 北京航空航天大学出版社．.8
[3] 林志琦等编著． 《基于Proteus单片机可视化软硬件仿真》. 航空航天大学出版社..9
[4]杨素行.《模仿电子技术基本简要教程(第二版)》[M].北京:高等教诲出版社,
[5] 俞国亮等编著.《PLC原理与应用(三菱FX系列21世纪高职高专规划教材)/电气自动化应用电子技术系列》清华大学出版社,.
[6]潘松等编著.《EDA技术实用教程（第二版）》.科学出版社.

附录1：整机原理图

整机原理图