交通指示灯控制系统

1 交通指示灯控制系统 第一章 绪论 随着社会经济的发展 ， 城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调 ， 已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统 ，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自 80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地 改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。 交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管 理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。 编程序控制器是以 微处理器为基础 ,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点 ,已广泛用于工业过 程和位置的自动控制中。据统计 ,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为 ,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一 ,器人、 成为工业生产的三大支柱。由于 有对使用环境适应性强的特性 ,同时其内部定时器资源十分丰富 ,可对目前普遍使用 2 的“渐进式”信号灯进行精确控制 ,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此 现在越来越多地将 用于交通灯系统中。同时 ,身还具有通讯联网功能 ,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理 ,可缩短车辆通行等候时间 ,实现科学化管理 . 3 第 二 章 特点及应用 述 可编程控制器（ 计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ 简称 主 要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 是为了避免与个人计算机（ 简称混淆，所以将可编程控制器简称 特点 1 可靠性高，抗干扰能力强； 2 通用性高，使用方便 ； 3 程序设计简单，易学，易懂； 4 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便； 5 系统设计周期短； 6 安装简便，调试方便，维护工作量小； 7 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产； 应用 目前， 国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳 为如下几类。 1 开关量的逻辑控制 这是 基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。 4 如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控 制器处理模拟量，必须实现模拟量（ 数字量（ 间的 A/D 转换及 D/A 转换。 家都生产配套的 A/D 和D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3 运动控制 以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4 过程控制 过 程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， 编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 有 块，目前许多小型 具有此功能模块。 理一般是运行专用的 程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5 数据处理 现代 有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些 数据可以与存 储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6 通信及联网 信含 的通信及 其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 商都十分重视 通信功能， 5 纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 具有通信接口，通信非常方便。 第 三 章 结构及原理 分类 1 按 结构形式分类： 1）整体式； 2）模块式。 2 按 I/O 点数分类： 1）小型 256 点以下； 2）中型 256 点以上， 2048点以下； 3）大型 2048 点以上。 3 按 能分类：抵挡型，中挡型，高档型。 结构 质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分， 为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 括 、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 括 块、 I/O 模块、内存、电源模块、底 板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 基本结构框图如下： 接受 驱动 现场信号 受控元件 工作原理 工作方式 输入接口部件 中央处理单元 电 源 部 件 接口部件输出 6 1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输 入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。 2） 程序执行阶段： 用户程序扫描。 3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。 编语言 采用面向控制过程，面向问题，简单直观的 写横语言，常用的有：梯形图，语句表，功能图等。 1. 梯形图：由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。 主要特点： 1）自上而下，从左到 右的顺序排列，两列垂直线为母线。每一逻辑行，起使左母线。 2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器” 3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。 4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。 叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。例： 下图是三菱公司的 列产品的最简单的梯形图例 ： 010 7 它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个 令，用以 结束程序。 梯形图与助记符的对应关系： 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为： 地址 指令 变量 0000 000 0001 010 0002 001 0003 000 0004 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图 基本指令 1 输入输出指令（ 下面把 条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件 以列表的形式加以说明： 符号 功 能 梯形 图表示 操作元件 8 ） 常开触点与母线相连 X， Y， M， T， C,S 反）常闭触点与母线相连 X， Y， M， T， C,S 出） 线圈驱动 Y， M， T， C， S,F 令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。 令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于 输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次 。 地址 指令 数据 0000 0001 触点串连指令（ 并联指令（ 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 ） 常开触点串联连接 X， Y， M， T， C,S 非） 常闭触点串联连接 X， Y， M， T， C,S ） 常开触点并联连接 X， Y， M， T， C， S 或非） 常闭触点并联连接 X， Y， M， T， C， S 令用 于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。 用于一个触点的并联连接指令。 地址 指令 数据 0002 0003 0004 005 9 3 电路块的并联和串联指令（ 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 或） 电路块并联连接 无 与） 电路块串联连接 无 含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以 令开始，而支路的终点要用 令。 后不带操作元件号，因此， 令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个 令，用这 种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出 指令，但这时 令最多使用 7 次。 将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用 令，各并联电路块的起点，使用 令；与 令一样， 令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个 令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用令，最多使用 7 次。 000 001 003 10 地 址 指 令 数 据 0000 001 002 003 0004 005 006 0007 008 0009 0010 4 程序结束指令（ 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 束） 程序结束 无 在程序结束处写 上 令， 执行第一步至 间的程序，并立即输出处理。若不写 令， 以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用 令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以将令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的 令。 结束 11 其他的一些指令，如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、空操作、跳转指令等，同学们可以参考一些课外书，在这里我们不详细介绍了。 下面同学们可练习由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。并由后面的 件传输到 ，实时运行。 通灯毕业论文 编程器件 一般情况下， X 代表输入继电器， Y 代表输出继电器， M 代表辅助继电器， T 代表定时器， C 代表计数器， S 代表状态继电器， D 代表数据寄存器， 表传输等。 第 四 章 梯形图的设计与编程方法 3 1 控制要求 信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。 3 2 控制时序 交通灯示意图如图 1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方 向各 6个灯，分为红、黄、绿三种颜色。工作时序如图 2所示，假设东西向较忙，绿灯时间是南北向的 2倍 (40s)。按下起动按钮后，南北向绿灯亮维持 20s， 20北黄灯闪烁 3次，计 6S，期间，东西向红灯也亮，并维持 26s； 26西方向绿灯亮 40s，后东西向黄灯闪烁 3次，计 6s，期间，南北向红灯也亮，并维持 46到停止按钮被按下为止。 12 通灯毕业论文 硬件及外围元器件 根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱 动按钮 止按钮 黄绿色信号灯各 4 只，输入输出端口接线如图 3所示。由图可见：起动按钮 0端，停止按钮 西方向的绿灯接于输出继电器 西方向黄灯接于输出继电器 西方向的红灯接于输出继电器 北方向绿灯接于输出继电器 北方向的黄灯接于输出继电器 北方向红灯接于输出继电器 输出端的 出端的电源为交流 13 220V。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中 间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。 3 4 I/O 分配表 14 第 五 章 程序设计 4 1 梯形图 15 4 2 令图 16 17 18 19 4 4 软件设计 采用步进梯形指令双流程编程实现，应用并联分支结构，其状态转移图如图 4所示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作分成两个流程同时起动，分别运行各自的时序动作，相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合，不会出现差错。现仅以南北方向的动作简单分析一下工作原理，东西方向工作过程基 本相同，在此不再赘述。系统起动时，利用 统处于等待状态。当启动按钮 4同时起动， 东西方向以下不分析 )， 20常开接点的闭合使状态进入 时 5起动， s， 62，在 动 2，此时南北黄灯灭， ， 果 次，状态转到 果 次，状态转入 样就做到 了南北方向黄灯闪烁 3次的要求。南北方向黄灯闪烁 3次后，系统进入 下次闪烁作好准备，同时起动 5， 460状态，至此南北方向的一个循环执行完，此时东西方向也应该完成，在 两个方向都完成后 (必须都完成 )，又重新进入 11，如此反复工作。在任何时候按下停止按钮 复位相关状态和计数器，系统自动停止。 第 六 章 通灯毕业论文 设计总结 通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许 多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝 好机会。毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声。在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种 20 提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活 中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上 的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 一个月 的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思 考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 21 谢 辞 当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。提笔写下 “ 谢辞 ” ，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦从此展开新的画卷。尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的人值得感激。他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都是一笔宝贵的财富。 三 年的大学 生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆 。 在这份大学的最后一页里 ，首先感谢党、感谢学院给我们提供这