十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制的课程设计.doc

十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制的课程设计

基于PLC十字路口信号灯
控制系统设计

二级学院 机电工程学院
专 业 机电一体化
班 级
姓 名
学 号
指导教师

2011年3月 29日

十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制的课程设计
目录
一. 摘要
二. 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制设计任务书
1. 控制系统的控制要求
2. 设计任务
3. 可编程序控制器（PLC）三菱FX2N—48MR
4. 交通灯实物图
5. 数码管电路图
三. 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制总体设计过程
1.综述
2.信号灯动作时序图
3.输入/输出信号分配
4.十字路口交通信号灯控制系统电路
5.输入/输出端口接线
6.PLC控制程序设计
四. 心得体会
五. 参考文献
六. 附录
1.交通信号灯控制的梯形图程序

一.摘要
当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口进行监控；各路口有固定的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期；对路口违章的机动车能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。
关键词：交通灯控制 计算机技术 智能 单片机 十字路口交通灯
二.十字路口带倒计时的交通信号灯控制计的设计任务书
1. 控制系统的控制要求
系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图所示工作时序周而复始，循环往复工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。
2.设计任务
1.电气控制系统硬件电路设计。
2.编制交通信号灯PLC控制程序。
3.编写设计说明书，内容包括：
1）.设计过程和有关说明
2）.基于PLC的十字路口交通灯电气控制电路图
3）.PLC控制程序（梯形图和指令表）。
4）.电器元器件的选择和有关计算。
5）.电气设备明细表。
6) .参考资料、参考书及参考手册。
7）.其他需要说明的问题。

3. 可编程序控制器（PLC）三菱FX2N—48MR
该可编程序控制器是由电源+CPU＋输入输出+程序存储器（RAM）的单元型可编程序控制器。其主机称为基本单元，为主机备有可扩展其输入输出点的“扩展单元（电源+I/O）”和“扩展模块（I/O）”，此外，还可连接扩展设备,用于特殊控制。

PLC教学实验系统:
PLC教学实验系统由实验装置、PLC、微机三部分构成。
微机用于编程、提供界面，使编程、调试更加方便。
PLC教学实验系统流程:

实 验 装 置 三 菱
PLC 232接口

PLC教学实验系统 微 机

分析被控对象 编程输入程序 连接实验线路 运行PLC程序 （运行实验辅助程序） 观察现象。
设备连接:
首先将通讯电缆（SC—09）的9芯型插头插入微机的串行口插座（以下假定为端口2，此工作由实验室完成），再将通讯电缆的圆形插头插入编程插座，打开开关即可工作。

4.交通灯实物图

5.数码管电路图

三. 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制总体设计过程
1.综述
  随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。
交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。
十字路口交通信号灯现场示意图如图3-1所示，南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯，为确保交通安全，要求如下。
正常控制时：
①当东西方向允许通行（绿灯）时，南北方向应禁止通行（红灯）；同样，当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯）。
②在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：绿灯闪烁同时黄灯亮。
③信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。

交通灯现场示意图
2.信号灯动作时序图
如图所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。按启动按钮SB1后，南北向红灯亮，东西向绿灯亮，25s后东西向绿灯闪烁3s（3次，每次亮、暗0.5s），然后熄灭。在绿灯熄灭的同时，东西向黄灯亮2s，然后熄灭。在该灯熄灭的同时，东西向红灯亮及南北向绿灯亮，以下的变化规律与上述相同。到南北向绿灯亮，东西向红灯亮开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。按停止按钮SB2，所有信号灯熄灭。。

十字路口交通灯正常工作时序
3.输入/输出信号分配
输入/输出信号分配如表所示。
输　入
输　出
文字符号
信号地址
说　明
文字符号
信号地址
说　明
SA1-1
X0
交通灯正常工作控制开关
H1
Y0
南北向绿灯指示
SA1-2
X1
南北向交通灯常绿控制开关
H2
Y1
南北向黄灯指示
SA1-3
X2
东西向交通灯常绿控制开关
H3
Y2
南北向红灯指示

H4
Y3
东西向绿灯指示

H5
Y4
东西向黄灯指示

H6
Y5
东西向红灯指示

数码管1 A
Y10
数码管2 A
Y20
B
Y11
B
Y21
C
Y12
C
Y22
D
Y13
D
Y23
E
Y14
E
Y24
F
Y15
F
Y25
G
Y16
G
Y26
4. 十字路口交通信号灯控制系统电路

根据交通灯系统的控制要求，如图所示十字路口交通信号灯控制系统电路图，实现了预定的交通灯系统的控制功能。
5.输入/输出端口接线

6.PLC控制程序设计
分析控制要求
确定I/O设备
选择PLC
分配I/O、设计电气图
编写流程图
设计梯形图
编制程序清单
输入程序并检查
调试满足
N
Y
联机调试
满足
N
N
编制技术文件
交付使用
设计控制柜
现场连接

四． 实现效果
1.原系统实现效果
系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图所示工作时序周而复始，循环往复工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。
2.修改程序实现效果
能实现红绿灯的最后十秒钟分别进行十秒倒计时，并且其他时间不显示数字。

五.心得体会
本次课程设计的作品是十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制，由我们三人团队共同完成。
此次课程设计提高了我们查阅资料、选用公式和完成方案的能力。刚一接手题目，我们很迷茫，不知从何入手，而且准备工作也是不足。只得耐心地查阅各种相关资料，分析各道题目的侧重点，结合我们团队特点，从而选定了十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制。在初步方案的构思中，慎重考虑设计方法，推敲过后才有定计。仔细阅读搜集的资料，避免不利因素后，才形成我们独特的方案。这一过程，我们团队的分工合作得到很大考验。
此次课程设计让我们明白了团队合作的重要性。个人的能力、精力总是有限的，专注的领域也是不同的，这时分工合作显得尤其重要。合理的工作分配，让队员们充分发挥专长，缩短了完成题目的时间，加深了查阅资料的深度，提高了完成作品的效率。当然，这些也离不开设计方案的集思广益。而在完成作品的过程中，也加深了队员间的了解。友谊的氛围中，也使工作轻松起来。总之，团队合作不是口上说说而已，真正体验后才知那是何等高效的境界。
此次课程设计让我们的知识从理论上升到了应用层次。书本上我们学到了很多，但是却有点一知半解，而只有自己亲自体验过后才能明白透彻，真正掌握。我们回顾过去的知识，才猛然发现理论与实际是如此的不同。很多知识在用中不得不考虑实际条件，在这一过程也加深了我们对原有知识的了解。所以，这是对我们知识的巩固，也使我们温故而知新。
总之，本次课程设计使我们综合能力得到大大提高，这是一次难忘的体验，将深深影响我们。
五.参考文献
1 陈以定. 电气控制与可编程控制器. 北京：高等教育出版社，2002.
2 汤以范. 电气与可编程序控制器技术. 北京：机械工业出版社，2004.
3 王庭有. 可编程控制器实用技术原理及应用. 北京：国防工业出版社，2005.
4 常晓玲. 电气与可编程序控制器. 北京：机械工业出版社，2005
5 蔡红斌. 电气与PLC控制技术. 北京：清华大学出版社，2007
六. 附录
1.交通信号灯控制的梯形图程序

程序指令