【JP085】十字路口交通信号灯PLC控制系统[C][三菱]
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共56页)
编号：671256
类型：共享资源
大小：1.81MB
格式：RAR
上传时间：2016-06-21
上传人：棒***
认证信息
个人认证
康**（实名认证）
湖北
IP属地：湖北
50
积分
- 关 键 词：
-
jp085
十字路口
交通
信号灯
plc
控制系统
三菱
- 资源描述：
-
【JP085】十字路口交通信号灯PLC控制系统[C][三菱],jp085,十字路口,交通,信号灯,plc,控制系统,三菱
- 内容简介：
-
s 08 012本科学生毕业设计 十字路口交通信号灯 制系统 设 计 题 目 : 十字路口交通信号灯 院 系 名 称 : 机电工程学院 专 业 班 级 : 机械 08 学 生 姓 名 : 苏迎斌 导 师 姓 名 : 窦建华 职 称 : 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一二年六月 黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 随着社会的发展和进步以及人民生活水平的提高，上路的车辆越来越多，但相应的公路设施却没有相应的改善 ， 这就导致了城市交通拥堵问题突出，而且拥堵的地方多是十字路口等车辆汇集处。 如何改善交通灯控制系统，以适应现在的交通状况，成为竞相研究的课题，本文对该问题给予了深刻地研究。 本文十字路口交通灯控制系统主要用于处理十字路口车辆及行人通过的问题，使其减少相互干扰，提高了十字路口的通行能力。 本文总结了交通灯控制技术的发展，讨论了基于 十字路口交通信号灯控制系统的设计可行性。根据 工作原理并结合城 市交通的实际状况，本文提出了以三菱公司 生产 的 排了四个方向的直行、左转红黄绿灯，人行道红绿灯以及倒计时数码管的具体配置；设计完成了 I/索了基于红外遥控的十字路口交通信号灯的无线强通控制方案并设计了具体的硬件电路及软件控制程序。 关键词 ：十字路口；信号灯； 菱；无线控制器 黑龙江工程学院本科生毕业设计 s of in s on t to of s at of as to a to it is to of to of of to LC of as of on of ; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘 要 . . 第 1 章 绪 论 . 1 言 . 1 题的背景 . 1 题研究的目的意义 . 2 内外现状及未来发展趋势 . 3 外发展现状 . 3 内发展现状 . 4 来发展趋势 . 4 题研究的主要内容 . 5 第 2 章 控制系统总体方案与技术要求 . 8 统的基本要求 . 8 号灯的基本构成 . 8 本控制要求 . 9 结构及原理 . 12 分类 . 12 基本结构及原理 . 12 计的基本原则 . 13 选用 . 14 章小结 . 15 第 3 章 信号灯控制系统的设计 . 16 号灯结构设计 . 16 作时序图 . 16 编程控制器 I/O 端口 分配 . 18 黑龙江工程学院本科生毕业设计 序梯形图 . 20 号灯的 部连线图 . 25 计时数码管的设计 . 26 序梯形图 . 26 码管的 部连线图 . 29 章小结 . 31 第 4 章 信号灯无线遥控系统的设计 . 32 号灯无线遥控系统的原理 . 32 统结构及原理 . 33 统的组成 . 33 统的工作方式 . 35 件选则 . 36 射系统的设计 . 36 键系统 . 36 钟电路 . 38 射电路 . 38 收系统的设计 . 39 章小结 . 40 结论 . 42 参考文献 . 43 致谢 . 46 附录 . 47 附录 1 信号灯程序指令表 . 47 附录 2 数码管显示程序指令表 . 49 附录 3 红外遥控程序 . 51 附录 4 信号灯仿真程序 . 54 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 言 可编程控制器（ 于微型计算机的一种，并且最早为工业控制应用而设计制造。由于其在最初功能上只可实现定时、计数以及逻辑控制等功能，故也被称为可编程逻辑控制器（ 简称 具有 可靠性高，功能完善，抗干扰性好、 结构简单、编程方便、体积小、重量轻等优点，是一种专门用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统 并且 主要用来代替继电器实现逻辑控制。 微处理器为基础，综合 了计算机技术、自动控制技术、网络技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制自动化装置。 随着现代技术的发展，该装置在功能及构造上己经远远超过了早期的 交通问题是现代社会发展的一个重要表现，同时也是社会发展的重要依托。交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济与生活的各个方面。无论是在古代还是现代，交通运输都具有十分重要的经济意义和战略意义。在现代经济高速发展的今天，交通问题己经被许多国家和地区提上了日程。如何高效、快捷地出行，是关乎人们生产和日常生活的重要问题。而与之相关的方方面面也就自然而然地成 为了人们所研究和关注的焦点。 本课题通过深入地研究 功地将 步解决了交通拥堵问题。系统地设计了基于 包括具体信号灯配置、硬件与软件的设计在内的控制环节进行了深刻研究，并且探索了手持式无线遥控装置对于信号灯的控制。 题的背景 随着社会的发展和进步以及人民生活水平的提高，上路的车辆越来越多，但相应的公路设施却没有相应的改善。这就导致了城市交通拥堵问题突出，而且拥堵的地方多是十字路口等车辆汇集处。 在世界各 大城市，交通堵塞尤为严重，尽管人们发明了红绿灯，修建了立交桥，但是交通堵塞问题始终没有解决，使之成为世界性的难题。但城市中的交通堵塞状况严重与否还是或多或少地反映出所在城市的经济发达程度和所处的发展阶段。大多数人选择汽车的初始动机主要是为了出行快捷和节省时间，然黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 而由于交通堵塞所造成的出勤的低效率，往往使得人们的愿望与实际结果产生较大的差异 。 目前国内城市人口密集区，机动车和非机动车数量讯速增长，严重匮乏且陈旧的道路交通设施、布局不尽合理的城市路网已经不堪重负， 这些都 导致 了 城区交通拥堵频繁、交通秩序混乱等问题 。特别是早晚 行车 流量高峰期，道路人流、车流量基本处于饱和或超饱和状态，车辆行驶缓慢，加上 小 商贩占道摆摊设点、车辆 随意停乱放，使得 蚕食、侵占道路现象比较突出， 而 “行车难、停车难”已越来越成为中心城区内的一种常态，是城市交通管理的难点和热点。随着城镇人口不断增长，机动车、非机动车拥有量还会逐年递增，城市安全设施建设的滞后性凸显，交通违法事 故 、治安事件 时 有发生，城市安全防控已成为 了 整个社会 所 关注的焦点。从相关部门的事后查处的结果来看， 造成这些现象 其中的 一个重要原因就是机动车驾驶员在交警视线 外违法行 驶的情况非常普遍 ，交通参与者 的 交通安全意识 普遍偏低。随意违法的问题 也在很大程度上反映了我区交通秩序管理缺乏科技手段 给予 支撑的问题， 这些都成为我区道路交通事故处在多发态势的主要原因 。 面对日益严重的交通拥堵问题，想要仅仅依靠行政措施是远远不够的。解决交通问题还应该 利用科技力量对城市交通进行有效的管理，如何对异常的交通拥堵等交通事件进行有效的 监督 管理，是城市实现智能交通时需要考虑的重点之一。 利用交通灯对车流进行管理，无疑是最为便捷且最为行之有效的方法。眼下一个极为迫切的问题就是如何优化目前的交通信号灯系统。 题研究的 目的意义 交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济与生活的各个方面。在世界范围内，随着人口密度高速增长，城市化的脚步不断加快，交通问题日渐严重。龙其在国际性大都市，拥挤的交通己经造成了巨大的能源损失和环境污染，同时也给人们的生活带来了巨大的困扰。在我国这个情况尤为突出。 这就说明了交通路口的车辆指挥工作是极为重要的一环，而疏导交通的主要工具 往的交通灯大都采用继电器或单片机来实现，虽然简单可控成本低，但同时也存在着功能少，可靠性较差，维护量很大等缺点。 目前我国的交通信 号灯主要靠单片机甚至是更初级的控制方式。该控制方式虽然简单易行，但由于单片机工作稳定性差、易受外界干扰、可实现功能少且联网性差，己越来越不能适应现代化都市对于交通控制的需求。而国内外到目前为止尚无完善的黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 解决方案，这就为 和单片机控制的十字路口信号灯相比，用 时其内部定时器资源非常丰富，可对交通灯进行精确控制。 合了计算机技术、自动控制技术、网络技术和通讯 技术发展而来的一种新型工业控制自动化装置。可靠性高，功能完善，抗干扰性好、具有结构简单、编程方便、体积小、重量轻等优点，是一种专门用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统。 要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源丰富，可实现精确控制，且具有通讯联网功能，可以将相关路口统一调度管理。 并且 由于 此通过 。另外因为 以可以将同一条道路上的交通灯组成局域网进行 的 统一调度管理 ，这样 就 可以缩短车辆等候时间， 进而 实现科学化管理。 该课题的提出和研究有利于填补国内外 分发挥 也正是因为如此，如何充分地利用 控制优势，使其适应现在的交通状况，成为竞相研究的课题。 内外现状及未来发展趋势 外发展现状 在交通信号灯的控制方面，国外尤其是欧美等发达国家， 制的交通信号灯在大中城市甚至是小城填也早己数见不鲜。在日常出行中，高质量的交通信号无疑也对车的智能控制和减少交通拥堵上起到了至关重要的作用。而 且由于 有高可靠性和超长寿命的优点，平时并不需要人工维护，这在人力资源奇缺的西方发达国家来说，是节约劳动力的最好方式。 目前，世界上 大约 有 200 家 产 厂商， 400 多品种的 品，按地域 来说可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品 ， 各流派 品 也 都各具 自己的 特色 。如日本主要发展中小型 小型 计 先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位 ,以 基础的红绿灯在各大城市并不少见，各个 产公司也因此大获其利。就这一角度来说，以 制的信号灯将极具竞争力。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其 在 应用 方面 受到 了 限制。但近十多年 以 来， 应用面 却 越来越广 。究 其 原因 ，主要是 一方面由于微处理器芯片 有 关 的 元件价格大 为 下降， 这 使得 成本 迅速 下降；另一方面 功能大大增强， 也能 够 解决复杂的计算 以及 通信问题。 应用范围通常可分成 5 种类型 ，它们分别是： 顺序控制 、 运动控制 、 过程控制 、 数据处理 和 通信网络 。 在工业自动化领域中，国外的 经成为大多数自动化系统的设备基础，由于综合了计算机和自动化技术， 发展更是日新月异，现在己经 很大程度 地超过了其 刚刚 出现时的技术水平。 内发展现状 虽然 我国工业企业的自动化程度 还 普遍较低 ， 不仅 产 是凤毛麟角 ，如机械行业 80%以上的设备仍 然 采用传统的继电器和接触器进行控制。 没有得到充分发挥 ， 有 着 很大的应用空间。 虽然 我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分 的 小型企业 还 尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。 对于交通灯这种技术要求不太高的控制，与 无人问津。 近几年来，随着 上路的车辆越来越多， 与此同时 城市交通拥堵问题 日益 突出， 城市交通问题己成为了关乎人民正常生活与否的重要一环。合理的交通控制方法能有效的缓解交通拥挤、减少尾气排放及能源消耗、缩短出行延时，改善我国独有的交通问题，所以对交通信号控制方法的研究具有重大意义。 当前我国的十字路口信号灯还主要靠单片机控制，该控制方式虽然简单易行，但由于单片机工作稳定性差、易受外界干扰、可实现功能少且联网性差，己越来越不适应现代化都市对于交通的需求。本文要研究的由 运应而生。 可靠性及长寿命为其在交通信号灯的控制上 提供 了 巨大的发展空间。 我国在 “十五 ”规划中 就 已明确提出了 “用信息化带动工业化 ”的发展计划，大量传统产业的自动化改造将为 我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，按目前的经济形势分析，我国将迎来一个 来发展趋势 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 和单片机控制的十字路口信号灯相比，用 时其内部定时器资源非常丰富，可对交通灯进行精确控制。由于 均配有实时时钟，因此通过 。另外因为 以可以将同一条道路上的交通灯组成局域网进行 的 统一调度管理，这样 就 可以缩短车辆等候时间， 进而 实现科学化管理。 正是由于 城市的交通系统是一种时刻变化且非线性的系统。以往的交通控制方面的研究多倾向于实际操作的考虑而非基于理论控制的方法。近年来，随着众多研究控制理论的学者教授的参与，城市交通的自动控制领域方面的研究出现了新的思路 和方法，人工智能是新的研究方法之一。 人工智能是将 用模糊控制与神经网络控制的技术进行十字路口交通信号灯控制能够取得比定时控制更为有效的结果。这是今后的交通信号灯的主要研究方向。将模糊控制和神经网络控制两者结合起来用于十字路口交通信号灯的控制将很有可能成为今后交通信号灯控制研究的重点，所以对其进行一次系统全面的研究是十分必要的。 题研究的主要内容 本设计主要研究了基于 十字路口交通信号灯控制。十字路口信号灯系统的具体构成元素包括：东、西、南、北方向装有主干道直行 “红绿黄”灯和左转“红绿黄”灯，人行道红、绿灯和四个数码管倒计时显示装置以及手持式无线控制器。 统的信号灯的设计主要是各个方向的红、黄、绿灯信号。对于南北方向上某一行车方向的信号灯输出，本设计共设置了三组信号灯，其中两组车信号灯，分为直行红、黄、绿灯和左转红、黄、绿灯，另外一组是人行道上的红、绿灯。南北向和东西向灯均以 120s 为一个循环周期，以南北向红黄绿灯来说 （ 1） 直行红黄绿灯，该组信号灯的 3个灯以绿灯（ 35s） 黄灯 (5s) 红灯（ 80s）依次循环。 （ 2） 左转红黄绿灯，该组信号灯的 3个灯以红灯（ 35s） 绿灯（ 15s） 黄灯 (5s) 红灯（ 60s）依次循环。 （ 3） 人行道红绿灯，各自以红灯（ 35s） 绿灯（ 85s）依次循环，并且与直黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 行方向与左转方向绿灯状态相反。 东西方向信号灯与南北向配置相同，但亮、灭状态相反。 即在某一方向为绿灯时，另一方向为红灯或黄灯。 数码显示主要是为了显示各个信号灯的倒计时时间，由于系统对于信号灯倒计时的显示并无特殊要求，故本设计采用了七段数码管。对于普通七段数码管， 其供电电压为 24V 时即可正常工作，故 电源采用外部接入直流 24V 供电。数码管一端接外部电源，一端接 。 本设计中四个方向数码管共设置了四组，分别是南北方向和东西方向，每一方向各设两组，且每一方向的两组数码管显示示内容完全相同，所以其对应的输入端共用一个输入信号。对于某一组数码管，又分为了个位数字显示和十位显示。每组数码管分别用来显示直行、左转灯当中的绿、黄灯倒计时时间以及处于绿、黄灯间隔中的红灯的倒计时时间。 对于手动无线强通的设计，本文主要是通过 实现的。本设计在南北方向和东西方向车道上各配置了一个点动按键式红外遥控器，通过单片机的发射发出红外信号并通过接收端接收后译码，并将信号送至 而起到开关的作用。 对于无急车时，按照正常循环时序控制。当有急车来时，打开急车强通开关，不管原先信号状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯亮，直到急车通过为止。当断开强通开关时， 正常时序时进行控制。急车强通控制只能响应一条路上来的控制信号，基两条交叉路均有信号到来，则先响应先来的一方，再响应另外一方。 遥控接收器是根据接收到的不同频率的红 外光信号，由 无线遥控系统就其组成来说，主要分为发射电路、接收电路及外围控制电路等部分。最后通过接收电路的输出端与 该设计的特点是对于紧急通过的车辆，可以进行人性化管理，确保该车顺利通过，最大限度地利用 分发挥信号灯应有的作用。 本设计的研究技术路线如图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 图 计技术路线 第 2 章 控制系统总体方案与技术要求 研究了解信号灯的工作原理和动作规律 查阅相关资料并选择适合本课题的技术 确定 技术路线 实现 制系统设计的基本要求并设计出控制程序 依照自己的设计做出总体布局设计 完成 制 编写毕业论文 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 系统的基本要求 信号灯的基本构成 十字路口交通的具体的交通灯分布如图 十字路口的东、西、南、北方向装有主干道直行“红绿黄”灯和左转“红绿黄”灯，人行道红、绿灯和四个计数器以及手持式无线控制器。 图 通灯分布 1. 南北主干道 南北主干道的交通灯有 6个，分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、直行绿灯和直行黄灯。 2. 东西主干道 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 东西主干道的交通灯也是 6个，分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、直行绿灯和直行黄灯。 3. 人行道 南北向人行道和东西向人 行道各 2个，分别是红灯和绿灯。 4. 计时器 分为南北向和东西向计时器，分别显示南北和东西方向的倒计时时间。 5. 无线控制器 可以实现人工对某一方向信号灯的强通控制。 本控制要求 交通信号灯控制系统的要求是能够实现“正常循环运行”和“无线手动强通控制”两种控制方式。 1. 正常循环运行 交通信号灯的正常循环运行逻辑流程图如图 体控制要求如下： （ 1） 按下启动按钮后，交通信号灯系统开始工作。先亮南北方向绿灯和东西方向的红灯，再亮东西方向绿灯和南北方向红灯，然后再亮南北方向绿灯和东西 方向的红灯，如此一直循环运行。 （ 2） 南北向主干道直行绿灯先亮 35s，再亮直行黄灯 5s，然后是直行红灯亮 80s；同时南北向左转红灯先亮 40s，其次左转绿灯亮 15s，然后是左转黄灯亮 5s。 （ 3） 东西主干道直行红灯先亮 60s，其次是直行绿灯亮 35s，最后是直行黄灯亮 5s；同时东西向左转红灯亮 100s,其次是左转绿灯亮 15s，最后是左转黄灯亮 5次循环。 （ 4） 南北向和东西向人行道均设有红灯、黄灯、绿灯。人行道上的红、黄、绿灯与同方向主干道上的直行红、黄、绿灯运行方式相同。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 图 通灯正常循环运行流程图 2. 无线手动强通控制 无线手动强通控制是为了适应警车、救护车等急车所设计的，它可以实现对某一方向灯的开关控制，其逻辑流程图如图 体控制要求如下： （ 1）强通控制受无线遥控开关控制。无急车时，按照正常循环时序控制。当有急车来时，打开急车强通开关，不管原先信号状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯亮，直到急车通过为止。当断开强通开关时， 正常时序时进行控制。 （ 2）急车强通控制只能响应一条路上来的控制信号，基 两条交叉路均有信号到来，则先响应先来的一方，再响应另外一方。 （ 3） 当无线强通停止按钮按下后，该信号将原先的强通电路关闭，同时 个通路以初始状态为起始点开始循环运行，进入原先的运行状态之中，道路恢复通车。由于该过程对时间的要求并无限制，所以该系统同时还可以作为交通故障及道路施工时关闭交通来用。 开始 南北直行绿灯亮 35S 南北直行黄灯亮 5s 南北直行红灯亮 80s 南北左转红灯亮 40s 南北左转绿灯亮 15s 南北左转黄灯亮 5s 东西直行红灯亮 60s 东西直行绿灯亮 35s 东西直行 红灯亮 20s 东西左转红灯亮 100s 东西左转绿灯亮 15s 东西左转黄灯亮 5s 南北左转 红灯亮 60s 东西直行 黄灯亮 5s 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 图 无线手动强通控制的逻辑流程图 3. 倒数计时功能的实现 在路中央四个方向均设置一组数码管，每组 2个。信号灯程序启动后，随着信号灯的亮 灭，七段数码管构成的倒计时钟也随之显示信号灯的亮灭时间。 (1)南北方向 该方向上共有两组共 6个信号灯，分别控制直行和左转方向的行车。 在该方向，先显示直行绿灯的接通时间 35s，然后进入黄灯倒数 5次是左转绿灯显示 15s,后是左转黄灯 5s，最后是红灯显示 60s，此次工作循环节束，进入下一开始 正常运行 按下南北强通铵钮 南北方向绿灯亮， 东西方向红灯亮 按下东西强通停止按钮 南北方向绿灯亮， 南北方向红灯亮 按下南北强通停止按钮 按下东西强通按钮 东西方向强通失效 南北方 向强通失效 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 循环。 （ 2）东西方向 在该方向，先显示红灯接通时间 60s,然后是直行绿灯显示 35s，其次是直行黄灯显示 5s，后是左转绿灯显示 15s，最后是左转黄灯显示 5s，此次工作循环节束，进入下一循环。 结构及原理 分类 1. 按 I/（ 1） 小型 （ 2） 中型 （ 3） 大型 . 按结构型式可分为： （ 1） 整体式 （ 2） 模块式 （ 3） 叠装式 . 按功能可分为： （ 1） 低档机； （ 2） 中档机； （ 3） 高档机 可编程控制器的硬件结构主要由微处理器、存储器、电源、 I/展接口、外设接口和编程器等构成。 式和组合式两种结构，整体式 I/示面板、内存块以及电源等。所有这些元素组合成为一个不可拆解的整体。模块式 源模块、内存、机架等，这些硬件设施可以按不同的排列组合形成一定功能的模板。 内部工作过程大致可分为如下阶段： (1)输入采样阶段 在此阶段 中 ， 方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/入采样结束后， 立即 转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段 中，即使输入状态和数据发生变化， I/据和状态 也不会 因此而 改变。 (2)程序执行阶段 在用户程序执行阶段， 由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图 )。在扫描 一条梯形图 的同 时，又总是先扫描梯形图左边的 控制线路，并黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 按 照 先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算 得出 的结果，刷新该逻辑线圈在系统 对应位的状态；或者 是 刷新该输出线圈在 I/ 所 对应位的状态； 又 或者 是 确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 （ 3） 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， 此期间， ， 和外接电路， 再经输出放大 电路驱动相应的外设 。 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 制系统时，应遵循以下基本原则： 1、最大限度地满足被控对象的控制要求 如何 充分发挥 功能，最大限度地满足被控对象的控制要求， 这 是设计 标 ，这也是设计中最 为 重要的一条原则。要求设计人员在设计 前就要深入现场 来 进行调查 和 研究，收集控制现场的 各方 资料 以及 相关先进的国内、国外资料。 2、保证 制系统 的 安全可靠 保证 制系统能够长期可靠、安全、稳定 地 运行， 这 是设计控制系统的重要原则。 要求设计者在系统 的 设计、元器件 的 选择、软件 的 编程上要全面考虑，以确保控制系统 能够 安全可靠 地运行 。例如： 保证 序不仅在正常条件下运行，而且在各种 非正常情况下如突然掉电再上电、按钮按错等 ，也能正常工作。 3、力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能 够 提高产品的 数 量和 质 量，带来巨大的经济效益和社会效 益，但新工程的投入 和 技术的培训 以及 设备的维护也将导致运行资金的 急剧 增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的 经济 效益，另一方面也要注意不断地降低工程的 造价 成本。 这些 要求设计者不仅应该使控制系统简单 并且兼具 经济 性的特点 ， 而且还 要使控制系统的使用和维护方便、成本低， 而 不 能一味盲目 地 追求高指标。 4、适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断 提高， 所以 设计时要适当考虑到今后控制系统 的 发展和完善的需要。这就要求在选择 输入 /输出模块、 I/O 点黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 数和内存容量时，要适当 地 留有 余 量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 在可编程逻辑控制器系统 的 设计时，首先应 该 确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器 的 设计 和 选型。工艺流程的特点和应用要求 就 是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备应 该 是 高度 集成的、标准的，按照 其 易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则 来选用 型 号，而且 所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有成熟可靠的系统 和 投运业绩 的 各类产品 ， 与其 系统硬件、软件配置及功能应 该和 控制要求相适应。 展到 了 今天，已经形成了大、中、小各种规 模的系列化产品。可以用于各种规模的工业 监测和 控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 多 还 具有完善的数据运算能力， 因而 可用于各种数字控制领域。以超小型 例，新近出产的品种底部尺寸 几乎 小于 100量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积 十分 小 从而 很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备 。 近年来 功能单元大量涌现， 这 使 得 透到了温度控制、 位置控制 和各种工业控制中。加上 信能力的增强及人机界面技术的 快速 发展，使用 成 的 各种控制系统变得非常容易。 于 存储逻 辑代替接线逻辑 从而 大大减少控制设备外部的接线， 这 使 得 控制系统设计及建造的周期大为缩短， 与此 同时维护也变得 更加 容易起来 。 最 重要的是使同一设备经过 了 改变程序改变 使得 生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 目前生产可编程控制的器的厂家很多，并且每个厂家本身生产的产品也不尽相同，但就其基本构造和指令都相近，因此只需从中选择一款适合控制系统要求的 本文采用的是三菱公司的 中 输入点 ： 64， 输出点： 64， 晶体管输出 。 于第三代小型可编程控 制器，集高速、高性能及高容量于一身。作为一种新型 有自身一些独有特点，下列是关于 均无故障时间 （ 高达 30 万小时。一些使用冗余 平均无故障工作时间则更长。从 外部 电路来说，使用 成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到 了 数百甚至数千分之一，故障 率 也就 因此 大大降低。此外， 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可以 及时 地 发出警报信息。 从 能来看，该型号 理速度 达到了 且内置了高达黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 64K 的大容量 储器。 高内存 大幅增加了内部软元件的数量，强化了指令的功能，提供了多达 209 条应用指令，包括像与三菱变频器通讯的指令， 算指令，以及 产生随机数指令等等。晶体管输出型的基本单元内置了 3 轴独立最高 100定位功能，并且增加了新的定位指令 ； 带 索的原点回归（ ，中断单速定位（ 表格设定定位（ 从而使得定位控制功能更加强大，使用更 加地 方便 ； 内置 了 6 点同时 100高速计数功能，双相计数时可以进行 4 倍频计数 ，大大地提升了运行速度。 此外该型号 有一些其它特殊功能： 于定位。 块用于定位。 X 系列之前的定位模块。 章小结 本章提出了信号灯系统的总体构思，并且提出了 十字路口信号灯系统的具体构成元素：东、西、南、北方向装有主干道直行“红绿黄”灯和左转“红绿黄”灯，人行道红、绿灯和四个计数器以及手持式无线控制器。并且通过对 要求出发选择了 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 第 3 章 信号灯 控制系统的设计 号灯结构设计 本文以十字路口信号灯的 制为主进行研究。该课题中的十字路口信号灯包括南北方向左转和直行红黄绿灯和人行道红绿灯各两组，东西方向左转红黄绿灯以及人行道红绿灯各两组；东西、南北方向各有两组七段数码管显示屏，由于同一方向控制时间相同，所以该方向两组数码管显示时间完全相同。本节设计主要围绕各个信号灯的工作时序图和具体的 制程序来做介绍，同时分配了各个信号灯以及数码管的 口。 工 作时序图 1 南北方向 对于该方向，信号灯配置为左转红黄绿灯和直行红黄绿灯以及人行道红绿灯各两组。直行红黄绿灯控制直行车辆，同时左转红黄绿灯控制左转车辆，两组信号灯状态相反，分别在不同时段放行直行以及左转的车辆。本文采用的是以 120信号灯工作时序如图 对于直行红黄绿灯，该组信号灯的 3个灯以绿灯（ 35s） 黄灯 (5s) 红灯（ 80s）依次循环。 对于左转红黄绿灯，该组信号灯的 3个灯以红灯（ 40s） 绿灯（ 15s） 黄灯 (5s) 红灯（ 60s）依次循环。 对于人行道红绿灯，本设计配置了红灯和绿灯两种状态，且该红、绿灯各自均以红灯（ 60s） 绿灯（ 60s）依次循环，并且与直行方向与左转方向绿灯状态相反。即对于某一车道，当直行及左转红灯均亮时该侧的人行道绿灯才亮，当任一直行或左转绿灯亮时该人行道都显示为红灯亮。该循环方式保证了车、人的有序通过，并充分保证了行人的人身安全。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 图 北方向信号灯工作时序图 2 东西方向 东西方向的信号灯工作与南北方向呈对称方式，行车与南北方向道路交替进行，其工作时序如图 对 于东西直行红黄绿灯，该组信号灯的 3个灯以红灯（ 60s） 绿灯 (35s) 黄灯（ 5s） 红灯（ 20s）依次循环。 对于东西左转红黄绿灯，该组信号灯的 3个灯以红灯（ 100s） 绿灯 (15s) 黄灯（ 5s）依次循环。 对于东西侧人行道红绿灯，各自以绿灯（ 60s） 红灯（ 60s）依次循环，并且与直行方向与左转方向绿灯状态相反。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 图 西方向信号灯工作时序图 编程控制器 I/O 端口 分配 由于本设计所选用的 输入点 ： 64， 输出点： 64， 晶体管 输出 。而本设计中的输入输出点数共为 52 点，均在 基本输入输出点数范围之内，所以无需进行I/O 扩展， 在设计时只需赋与其不同的端口地址即可。 本设计当中的 6 个外部控制按钮的具体 I/O 端口分配方式如表 示。 的外部输入控制按钮总共分为 6 个，分别是系统启动按钮、系统停止按钮、南北无线黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 手动强通启动按钮、南北无线手动强通停止按钮、东西手动强通启动按钮、东西手动强通停止按钮。各个按钮均占用 1 个 入端口，当 常运行时，各个输入按钮均独立工作。 表 外部输入控制按钮 I/O 端口分配 启动 停止 南北强通 启动 南北强通 停止 东西强通 启动 东西强通 停止 001 003 005 统的信号灯输出量主要是由各个方向的红、黄、绿灯所构成的。对于南北方向上某一行车方向的信号灯输出，本设计共设置了三组信号灯，其中两组车辆信号灯，分为直行红、黄、绿灯和左转红、黄、绿灯，另外一组是人行道上的红绿灯。另一方行车方向上信号灯的设置与该方向完全相同；对于东西方向，由于其行车与南北方向对称，所以其信号灯的设置也与南北向相同 。信号灯输出的 I/O 端口分配方式如表 示： 表 信号灯输出的 I/O 端口分配 南北直行绿灯 西直行绿灯 北直行黄灯 西直行黄灯 北直行红灯 西直行红灯 北左转绿灯 西左转红灯 北左转黄灯 西左转绿灯 北左转红灯 西左转黄灯 北人行绿灯 西人行绿灯 北人行红灯 西人行红灯 本设计 中四个方向数码管共设置了四组，分别是南北方向和东西方向，每一方向各设两组，且每一方向的两组数码管显示示内容完全相同，所以其对应的输入端共用一个输入信号。对于某一组数码管，又分为了个位数字显示和十位显示。 由于本设计中的显示装置为七段数码管，每个数码管有 7 个输入端与 输出黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 端口相连，所以本设计当中的四组数码管共占用 28 点输出。数码管输出的 I/O 端口分配如表 示： 表 数码管输出的 I/O 端口分配 南北组数码管个位 a 东西组数码管个位 a b b c c d d e e f f g g 北组数码管十位 a 东西组数码管十位 a b b c c d d e e f f g g 程序梯形图 本设计的梯形图设计力求简单、高效，在 完成设计要求的同时，尽量简化系统，充分利用系统资源。 在南北直行方向，当开始按钮启动后，首先启动直行绿灯输出，并设置定时器 5s 后动作，接通直行黄灯，断开直行绿灯的通路，同时启动定时器 5s 后 通直行红灯，断开直行黄灯通路，同时启动定时器 北方向的程序梯形图如图 示： 对于南北左转方向，当开始按钮启动后，在直行黄灯启动 5s 后左转绿灯启动，同时启动定时器 15s 后启动左转黄灯并断开左转绿灯通路，同时启动定时器 5于左转红灯，本设计采用左 转红灯通路上串入左转绿灯和左转黄灯的常闭开关控制的方法，既可以简单地对左转红灯进行控制，同时还保证了红灯和绿灯不会同时亮，提高了系统安全性。 对于无线强通控制，当强通开关 下后，通过 常开及常闭开关强行接通直行方向绿灯，同时强行断开其它方向通路。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 对于人行道信号灯，本设计采用直行及左转红、黄、绿灯的常开及常闭开关直接控制其红灯和绿灯的通路，也大大简化了系统，符合设计的可靠性和经济性等要求。 图 南北方向程序梯形图 （ a） 续图 （ b） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 (b) 续图 （ c） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 (c) 东西方向的梯形图构成与南北方向相同，但启动次序不同，本文不加以详细论述。具体梯形图程序如图 示： 图 南北方向程序梯形图 (a) 续图 （ b） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 (b) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 号灯的 部连线图 信号灯的 部连线较为简便，信号灯输出一端直接接 输出端，另一端在并上一个 24V 的直流电源后接入 接地端 信号灯的 部连线图 如图 示： 图 信号灯的 部连线图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 计时数码管的设计 在实 际的交通控制中，仅有信号灯是远远不够的，还需要系统将各个时序阶段的具体运行时间显示出来。本节将就如何实现数码显示及数码管的外部接线作详细介绍。序梯形图 本设计中四个方向数码管共设置了四组，南北方向和东西方向各两组，每一方向的两组数码管显示均相同。对于某一组数码管，又分为了个位数字显示和十位显示，对于该组数码管，又分别显示直行、左转时两个灯切换之间的时间。 该段程序的设计，主要是通过 据寄存器来实现。开始时，南北直行绿、南北直行黄、南北直行红、东西直行绿、东西直行黄、东西直行红分别在其电 路接通时发送给显示电路一个脉冲信号，同时中间继电器 隔 1s 发送一个脉冲信号。当显示电路收到信号后首先将 零， 并且每秒加 1，然后用要显示的数依次减去的数字并发送到寄存器 的数字分别取个位和十位发送到寄存器 4，最后用 令将 的数字显示到数码管上。 该方向程序的梯形图设计如图 示： 图 南北方向程序梯形图 (a) 续图 （ b） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 (b) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 28 该方向程序的梯形图设计如图 示： 图 东西方向程序梯形图 (a) 续 图 （ b） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 29 (b) 码管的 部连线图 对于数码管的连线，南北向、东西向的两组数码管的各接头依次接在 出端的 上，另一端再并上一个 24V 的直流电源后接入 接地端 线图如图 示： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 30 N - 128 M 0 1图 数码管的 部连线 黑龙江工程学院本科生毕业设计 31 章小结 本章 在就上一章课题提出以及信号灯控制的具体要求后对系统进行了具体、全面地研究 。本章研究了 信号灯的具体配置、时序要求、端口分配、梯形图程序的设计以及 部连线；对于数码管显示，主要研究了数码管的显示原理、控制程序和外部连线等问题，己完成了交通信号灯控制系统设计的大部分。对于系统的仿真， 本设计选用三菱公司 的 序 开发工具进行 仿真模拟 ，具体程 序见附录 4。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 32 第 4 章 信号灯 无线遥控系统的设计 号灯无线遥控系统的原理 随着电子技术的不断发展及人们生活的便捷性的要求不断提高，遥控技术也应运而生，并在近几年得到了长足的进步。目 前市场上出现了越来越多的红外线遥控家电设备及工控设备。这些都在逐渐地改变着人们的生活方式。红外线遥控是目前 为止 使用最广泛的一种通信和遥控手段。红外线遥控装置由于其具有体积小、功耗低、功能强以及成本低等特点，从而广泛地应用在了彩电、摄相机、空调甚至于手机上。在工业控制中，在高压、有毒气体、高辐射以及粉尘等恶劣条件下，采用红外线遥控不仅安全可靠还要能够有效地隔离电气干扰。 无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式等等。由于无线电式遥控方式很 容易对其它电视机和无线电通讯设备造成干扰，而且，系统本身 的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量 地 使用。 超声波式 频带较窄， 且 易受噪声干扰，系统抗干扰能力差 以及声控式识别正确率比较低，制造难度大而也未能大量采用。红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息，信号易获得。同时随着电子技术的发展，以及单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。另外，红外遥控还兼具很多的优点， 例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅 能够 实现多路信息的 连续 控制，增加遥控功能， 很大程度上 提高信号传输的抗干扰性，减 少 了很 误动作，而且功率消耗低； 而且， 红外线不会向室外泄露，不会产生信号 干 扰；传输效率高、反应速度快、工作稳定可靠等。 所以现在很多无线遥控方式都是采用的红外遥控方式。 红外遥控器由于 其 受遥控距离、角度等影响，使用效果不 太 好， 若是 采用调频或调幅发射接收编码，则可 以大大 提高遥控距离，并且没有角度 的 影响。红外遥控发射可以用在 于 室内红外遥控中，它不影响周边环境 而且 不干扰 其它 电器设备。 但是 由于它 无法穿透墙壁，所以不同房间的家用电器可使用通用遥控器而不会产生相互干扰 ;很重要的是 电路调试简单，只要按给定 的 电路连接无误，一般 不需任何调试即可 正常地 投入工作 ;编解码容易，可进行多路遥控。现在红外遥控在家用电器、室内近距离遥控中得到了 极为 广泛的应用。另外模块还可以用在其他红外遥控系统中，应用前景十黑龙江工程学院本科生毕业设计 33 分广阔。 统结构及原理 从光学的角度而言，红外线是频率低于红色光的不可见光，红外线的无线光谱的整个频率中只占有很小一个频率段，波长为 100 微秒之间。红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性并没有多大的区别，但是由于任何有热量的物体都会有能量产生，所以红外的利用非常广泛。当今红外技术的一个很重要的分支，便是红外通信 技术的应用。该应用的发展非常广泛而迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出十分成熟的特点。而目前最常见的应用形式就是各种各样的遥控器。 单片机红外遥控器主要由单片机、红外遥控发射电路、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。此外还有电源电路及其它一些外部电路构成。 就其工作原理来说， 当有键按下时，系统延时一段时间防止干扰，然后启动振荡器，键编码器取得键码后从 取得相应的指令代码 。 遥控器一般采用电池供电，为了节省电量和提高抗干扰能力，指令代码都是经 32 56围内的载波调制后输出到放大电路，驱动红外发射管 可
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号