智能交通灯毕业设计2.doc

- 0 - error!error! 能能 交交 通通 灯灯 系（部）系（部）: : 机电工程系机电工程系 专专 业业 : : 0909 级机电一体化级机电一体化 姓姓 名名 : : 李李 双双 印印 学学 号号 : : 0 0 9 9 0 0 2 2 0 0 1 1 0 0 2 2 1 1 4 4 指导教师指导教师: : 张张 红红 - 1 - 目目 录录 摘要-3 第一章 plc 的特点及应用 -5 1.1 概述 -5 1.2 plc 的特点 -5 1.3 plc 的应用 -5 2.1 plc 的分类 -7 2.2 plc 的结构 -7 2.3 plc 的工作原理 -9 2.4 plc 汇编语言 -9 2.5 plc 的基本指令 -11 2.6 plc 交通灯毕业设计编程器件 -15 第三章第三章 梯形图的设计与编程方法梯形图的设计与编程方法 -1515 31 控制要求 -15 32 控制时序 -15 33 plc 交通灯毕业设计硬件及外围元器件 -16 第四章程序设计-18 41 plc 交通灯毕业设计梯形图-18 43 软件设计-24 结束语-25 谢 辞-25 参考文献参考文献-2626 - 2 - 摘摘 要要 本模拟路灯支路控制系统由 8 位单片机 stc89c52 组成，通过对周边环境的检测以 及人为的定时设定，实现对路灯单元控制器的开关控制。该系统能够实现全自动化控 制，实现了路灯的自动开启与关闭，达到环保节能的目的。该系统通过八位七段数码 管显示时钟，显示亮度和准确度高。 关键词：单片机关键词：单片机 支路控制系统支路控制系统 定时设定定时设定 自动化控制自动化控制 stc89c52stc89c52 准确度准确度 - 3 - abstract the simulation control system consists of eight street branch stc89c52 scm, through the surrounding environment and the detection of the timing settings, lamp switch control unit controller. the system can realize the automatic control, realized the lamp to be opened and closed, the purpose of energy- saving environmental protection. this system through 7 8 digital display clocks, luminance tube with high precision and accuracy. key words: scm slip control system time setting automatic control stc89c52 accuracy - 4 - 第一章第一章 plcplc 的的特点及应用特点及应用 1.11.1 概述概述 可编程控制器（programmable controller）是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（programmable logic controller） ，简称 plc，它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 pc。但是为了避免与个人计算机（personal computer）的简称混淆， 所以将可编程控制器简称 plc。 1.21.2 plcplc 的特点的特点 1.2.11.2.1 可靠性高，抗干扰能力强；可靠性高，抗干扰能力强； 1.2.21.2.2 通用性高，使用方便；通用性高，使用方便； 1.2.31.2.3 程序设计简单，易学，易懂；程序设计简单，易学，易懂； 1.2.41.2.4 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便； 1.2.51.2.5 系统设计周期短；系统设计周期短； 1.2.61.2.6 安装简便，调试方便，维护工作量小；安装简便，调试方便，维护工作量小； 1.2.71.2.7 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生 产产。 1.31.3 plcplc 的应用的应用 目前，plc 在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。 1.3.11.3.1 开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制 这是 plc 最基本、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。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。 - 5 - 1.3.21.3.2 模拟量控制模拟量控制 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（analog）和数字 量（digital）之间的 a/d 转换及 d/a 转换。plc 厂家都生产配套的 a/d 和 d/a 转换模 块，使可编程控制器用于模拟量控制。 1.3.31.3.3 运动控制运动控制 plc 可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 plc 厂家的产品 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。 1.3.41.3.4 过程控制过程控制 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， plc 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid 调节是一般闭环控制系统中 用得较多的调节方法。大中型 plc 都有 pid 模块，目前许多小型 plc 也具有此功能模 块。pid 处理一般是运行专用的 pid 子程序。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。 1.3.1.3. 5 5 数据处理数据处理 现代 plc 具有数学运算（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。 1.3.61.3.6 通信及联网通信及联网 plc 通信含 plc 间的通信及 plc 与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 plc 厂商都十分重视 plc 的通信功能，纷纷推出各自 的网络系统。新近生产的 plc 都具有通信接口，通信非常方便。 第二章第二章 plcplc 的结构及原理的结构及原理 2.12.1 plcplc 的分类的分类 2.1.12.1.1 按按 plcplc 的结构形式分类的结构形式分类：1）整体式；2）模块式。 - 6 - 2.1.22.1.2 按按 plcplc 的的 i/oi/o 点数分类：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。 2.1.32.1.3 按按 plcplc 功能分类功能分类：抵挡型，中挡型，高档型。 2.22.2 plcplc 的结构的结构 plc 实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，plc 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 plc 包括 cpu 板、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 plc 包括 cpu 模块、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。 2.2.12.2.1 结构框图结构框图 plc 采用典型的计算机结构，由控制器（中央处理单元 cpu 存储器） ，输出接口电 路)，输入接口电路，电源和编程器等部分组成， 其基本结构框图如下： 接受 驱动 现场信号 受控元件 2.2.22.2.2 各部分作用各部分作用 1)中央处理单元（cpu） cpu 是 plc 的核心部件，与一般计算机中的 cpu 起着一样的作用。 2)存储器 存储器分两部分,一部分是系统存储器,另一部分是用户存储器。系统存储器主要存 放系统运行和控制程序；用户存储器主要提供用户编制的控制程序。 3）输入/输出接口电路 4）编程器 plc 编程器的主要功能输入用户自己编写的控制程序，并可用它进行程序的编辑和监视 输 入 接 口 部 件 中央处理单元 cpu 板 电 源 部 件 接 口 部 件 输 出 - 7 - 用户程序的执行情况。 5）电源 plc 的输入电源一般使用直流 220 伏电源和交流 24 伏电源。 2.32.3 plcplc 的工作原理的工作原理 2.3.1.plc2.3.1.plc 的工作方式的工作方式 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） 用户程序执行阶段：逐条进行指令执行，结果送输出状态寄存器。 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。 2.42.4 plcplc 汇编语言汇编语言 采用面向控制过程，面向问题，简单直观的 plc 编写横语言，常用的有：梯形图， 语句表，功能图等。 2.4.12.4.1 梯形图：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。 - 8 - 2.4.2.2.4.2.语句表：语句表：又叫指令表，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 fx2n 系列产品的最简单的梯形图例： x000 x001 y000 x010 它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个 end 指令，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 0000ldx000 0001orx010 0002andx001 0003outy000 0004end 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图 2.52.5 plcplc 的基本指令的基本指令 1) 输入输出指令（ld/ldi/out） 下面把 ld/ldi/out 三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件 end - 9 - 以列表的形式加以说明： 符号 功 能 梯形图表示 操作元件 ld（取） 常开触点与母线相连 x，y，m，t，c,s ldi（取反）常闭触点与母线相连 x，y，m，t，c,s out（输出） 线圈驱动 y，m，t，c，s,f ld 与 ldi 指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。 out 指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。 x000 y000 地址 指令 数据 0000 ld x000 0001 out y000 2) 触点串连指令（and/andi） 、并联指令（or/ori） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 and（与） 常开触点串联连接 x，y，m，t，c,s andi（与非） 常闭触点串联连接 x，y，m，t，c,s or（或） 常开触点并联连接 x，y，m，t，c，s ori（ 或非） 常闭触点并联连接 x，y，m，t，c，s and、andi 指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。 or、ori 是用于一个触点的并联连接指令。 x001 x002 y001 地址 指令 数据 0002 ld x001 x003 0003 andi x002 - 10 - 0004 or x003 0005 out y001 3) 电路块的并联和串联指令（orb、anb） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 orb（块或） 电路块并联连接 无 anb（块与） 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 ld 或 ldnot 指令开始，而支路的终点要用 orb 指令。orb 指令是一 种独立指令，其后不带操作元件号，因此，orb 指令不表示触点，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 orb 指令，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 orb 的指令，但这时 orb 指令最多使用 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 anb 指令，各并联电 路块的起点，使用 ld 或 ldnot 指令；与 orb 指令一样，anb 指令也不带操作元件， 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 anb 指令，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 anb 指令，最多使用 7 次。 anb x000 x002 x003 y006 x001 x004 x005 orb x006 x003 地 址 指 令 数 据 0000 ld x000 - 11 - 0001 or x001 0002 ld x002 0003 and x003 0004 ldi x004 0005 and x005 0006 or x006 0007 orb 0008 anb 0009 or x003 0010 out y006 4 )程序结束指令（end） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 end（结束） 程序结束 无 在程序结束处写上 end 指令，plc 只执行第一步至 end 之间的程序，并立即 输出处理。若不写 end 指令，plc 将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此， 使用 end 指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以将 end 指令插在各程 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 end 指令。 其他还有一些指令，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。 由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。并由后面的 gpp 软件传输到 plc 中，实时运行。 2.62.6 plcplc 交通灯毕业设计编程器件交通灯毕业设计编程器件 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，spm 代 表专用辅助继电器，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 结束 - 12 - 存器，mov 代表传输等。 第三章第三章 梯形图的设计与编程方法梯形图的设计与编程方法 3 31 1 控制要求控制要求 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 32 2 控制时序控制时序 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，20s后，南北黄灯闪烁3次，计 6s，期间，东西向红灯也亮，并维持26s；26s后，东西方向绿灯亮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46so接下去周而复始，直到停止按钮 被按下为止。 3 33 3 plcplc 交通灯毕业设计硬件及外围元器件交通灯毕业设计硬件及外围元器件 根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱fx系列plc、起动按钮sb1、停止按 钮sb2、红黄绿色信号灯各4 只，输入输出端口接线如图3所示。由图可见：起动按钮sb1接于输入继电器x0端， 停止按钮sb2接于输入继电器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器y5端，东西方向黄 灯接于输出继电器y4端，东西方向的红灯接于输出继电器y3端，南北方向绿灯接于输 出继电器y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器y1，南北方向红灯接于输出继电器 y0。将输出端的com1及com2用导线相连，输出端的电源为交流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 34 4 i/oi/o 分配表分配表 - 13 - 输入 输出 器件 器件号 功能说明 器件 器件号 功能说 明 0 x0 启动按钮 g1 y0 东西向 绿灯 y1 y1 东西向 黄灯 r1 y2 东西向 红灯 g2 y3 南北向 绿灯 y2 y4 南北向 黄灯 1 x5 停止按钮 r2 y5 南北向 红灯 第四章第四章 程序设计程序设计 - 14 - 4 41 1 plcplc 交通灯毕业设计交通灯毕业设计梯形图梯形图 - 15 - 4 42 2 plcplc交通灯毕业设计交通灯毕业设计指令图指令图 - 16 - - 17 - - 18 - - 19 - 4 43 3 软件设计软件设计 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m8002开机脉冲自动进入xo状态，系统处于等待状态。当启动按钮 sb1按下时，xo11接通， y1和y4同时起动，y1使南北绿灯亮，y4使东西红灯亮(东西方 向以下不分析)，x0起动的同时to开始计时，20s后利用 常开接点的闭合使状态进入 t4，此时y3和y5起动，t4使南北黄灯亮，t1计时6s，6s后进入t2，在t3状态下，起动 co和t2，此时南北黄灯灭，co计数加1，t2时间到时，如果co,j-数不到3次，状态转到 t0循环，如果co计数到3次，状态转入t4，这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t4状态，在t4状态下，为下次闪烁作好准备，同时 起动y3和y5，y1使南北红灯亮，亮46s后进入x0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x0和x11，如此反复工作。 在任何时候按下停止按钮sb2，xl接通，并复位相关状态和计数器，系统自动停止。 - 20 - 结束语结束语 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。