交通灯控制器设计

1、武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书目录1 设计任务及设计思路21.1 设计任务21.2设计思路22 设计方案与方案选择22.1 单片机设计方案22.2 PLC设计方案22.3 方案选择23 可编程控制器（PLC）概述33.1 可编程控制器的历史背景33.2 可编程控制器的定义33.3 可编程控制器的功能34 PLC梯形图设计与仿真44.1梯形图设计44.2梯形图仿真运行55 人机界面(HMI)设计与仿真85.1HMI显示界面设计85.2HMI仿真运行85.3 画面cycle宏指令106 控制与调试116.1梯形图控制与调试116.2 HMI控制与调试117总结12参考文献13交通灯控制器设

2、计1 设计任务及设计思路1.1 设计任务设计交通灯控制器实现南北和东西方向的交通控制，利用控制键对通行时间进行控制，可更改方向与通行时间的调整。分别显示东西、南北方向的红、黄、绿指示灯，并且显示通行与等待时间。1.2设计思路交通灯系统启动后，信号灯系统开始工作。首先东西方向红灯亮25秒，同时南北方向绿灯亮15秒，绿灯闪烁5秒，黄灯亮5秒。 然后南北方向红灯亮25秒，同时东西方向绿灯亮15秒，绿灯闪烁5秒，黄灯亮5秒。如此循环实现路口交通灯显示。在整个过程中东西方向和南北方向均有倒计时显示。2 设计方案与方案选择2.1 单片机设计方案使用protues软件画出控制原理图，采用AT89S

3、52单片机。使用Keil软件进行控制程序的编写，通过控制P0P3口的输入输出电平控制四个方向LED灯的亮灭来模拟东西、南北方向的交通灯工作，数码管显示倒计时来模拟东西、南北向交通灯的倒计时。2.2 PLC设计方案使用台达WPLsoft软件设计PLC梯形图并仿真运行。使用台达DOPsoft设计出交通灯控制的人机界面（HMI）模拟运行交通灯的工作画面。2.3 方案选择由于PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，通用性强，编程与程序修改方便，维护调试方便等特点，可以根据实际需要及时调整运行。所以本次设计我采用可编程控制器PLC进行交通灯控制器的设计。3 可编程控制器（PLC）概述3.1 可编程控制器的历史

4、背景1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。3.2 可编程控制器的定义可编程控制器是一种数字式的电子仪器，可以存储某些逻

5、辑、定序、定时、计数和四则运算等特殊功能指令，用以控制机械和生产过程。3.3 可编程控制器的功能1、数据采集与输出。 2、控制功能。 包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。 3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。 4、输入/输出接口调理功能。 具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5、通信、联网功能。 现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通

6、信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制"的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。4 PLC梯形图设计与仿真4.1梯形图设计图4.1 梯形

7、图总图4.2梯形图仿真运行开始运行的前半周期：南北方向红灯亮25秒，如下图：图4.2 南北方向红灯亮同时东西方向绿灯亮15秒后闪烁5秒，如下图：图4.3 东西方向绿灯亮图4.4 东西方向绿灯闪烁东西方向绿灯闪烁5秒后黄灯亮5秒，如下图：图4.5东西方向黄灯亮后半周期：东西方向红灯亮25秒，如下图：图4.6 东西方向红灯亮同时南北方向绿灯亮15秒后闪烁5秒，如下图：图4.7 南北方向绿灯亮图4.8 南北方向绿灯闪烁南北方向绿灯闪烁5秒后黄灯亮5秒图4.9 南北方向黄灯亮执行完一个周期后返回开始位置循环执行图4.10 返回程序5 人机界面(HMI)设计与仿真5.1HMI显示界面设计图5.1 HMI

8、显示界面5.2HMI仿真运行开始运行的前半周期：南北方向红灯亮25秒，同时东西方向绿灯亮15秒、闪烁5秒后东西方向黄灯亮5秒，如下图：图5.2 东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮图5.3 东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮后半周期东西方向红灯亮25秒，同时南北方向绿灯亮15秒、闪烁5秒后南北方向黄灯亮5秒，如下图：图5.4 东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮图5.5东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮5.3 画面cycle宏指令LABEL 1BITOFF $100.1 BITOFF $101.1BITON $102.1BITON $103.1BITOFF $104.1BITOFF $105.1$200 = 20

9、$201 = 25FOR 15DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXTFOR 5DELAY 500BITNOT $102.1DELAY 500BITNOT $102.1$200=$200-1$201=$201-1NEXTBITOFF $102.1BITON $101.1$200 = 5FOR 5DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXTBITON $100.1 BITOFF $101.1BITOFF $102.1BITOFF $103.1BITOFF $104.1BITON $105.1$200 = 25$201 = 20FOR 1

10、5DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXTFOR 5DELAY 500BITNOT $105.1DELAY 500BITNOT $105.1$200=$200-1$201=$201-1NEXTBITOFF $105.1BITON $104.1$201 = 5FOR 5DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXTGOTO LABEL 16 控制与调试6.1梯形图控制与调试通过调整梯形图延时程序“TMR Tn1 Kn2”中的n2可调整交通灯的亮灯时间。如东西方向绿灯亮灯时间从15秒改为60秒，相应的程序改为“ TMR T10 K600”。

11、6.2 HMI控制与调试通过调整宏指令的延时课调整交通灯的亮灯时间。如南北方向绿灯亮灯时间从15秒改为60秒，相应的宏指令改为：FOR 60DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXT7总结在本次能力拓展课程设计中，我综合运用目前所学的电路原理、电气控制与可编程控制器（PLC）等专业基础课知识及台达WPLsoft、DOPsoft仿真软件，较好地设计出了课题，符合要求。通过解决设计过程中出现的问题，提高了我发现问题、分析问题和解决问题的能力，使理论知识更好地与实践相结合。相比以前单纯的理论知识，课设激发了我对专业知识的学习热情，在研究分析并设计所选课题过程中，通过查阅书本资料，通过网络查询，通过询问老师与同学等方式解决问题，巩固了我对各学科知识的学习方法与渠道。能力拓展课程设计是专业课程知识综合应用的实践训练。通过这次课程设计，我深深地体会到要进行课程设计，需要认真地、脚踏实地做好每一步，为今后能在社会中稳定地工作、生存打下坚实的基础。电路仿真过程是一个学习且运用的过程，通过这次课程设计的仿真，我能更加熟练地使用PLC仿真软件，对以后的学习、工作有很大帮助。通过本次课程设计，我对目前所学专业课程书中出现的知识有了更深层次的了解，比如延时设计、PLC步进指令的运用等。将书中知识在生产、生活中实践与应用，为今后构建智能化社会提供了有力保障