十字路口交通灯的控制及声控报警电路设计

黔南民族职业技术学院机电工程系毕业设计毕业设计题目：十字路口交通灯的控制姓名：程飞专业：机电设备维修与管理班级：高职机管班指导教师：任务书颁发日期教研室主任签名：第一章前言11.1课题背景11.2研究目的和意义11.3本文的主要工作2第二章PLC的简介32.1PLC的概述32.2PLC的发展历程32.3PLC的发展趋势42.3PLC的发展趋势42.4PLC的应用5第三章PLC的结构及原理73.1PLC的分类73.2PLC的工作原理73.3PLC汇编语言9西门子S7-200系列PLC的基本指令104.1逻辑取及输出线圈指令（LD、LDI、OUT）104.2单个触点串联指令（AND、ANI）10S7-200系列PLC的定时器指令11第五章西门子PLC的几种编程语言介绍125.1设计步骤和简介125.2可编程控制器的维护和故障诊断12第六章十字路口交通灯的设计146.1十字路口交通灯的设计目的146.2PLC的选型186.3十字路口交通灯的梯形图19结论24致谢25参考文献第1章前言1.1课题背景 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。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。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程控制器交通灯控制系统的特点：①脱机手动工作；②联机自动就地工作；③上机控制的单周期运行方式；④由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；⑤自动启动、自动停机控制方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。本系统采用PLC是基于以下四个原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；②编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；③抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。1.3本文的主要工作第一章，回顾交通灯的历史，随着社会经济的发展，交通管制的要求越来越高，采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了交通灯控制系统，才会满足稳定可靠的交通控制系统需求。第二章，叙述了可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述可编程程序控制器的各种优点、卓越性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。第三章，结合交通灯控制系统的要求，进行硬件、程序设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。第四章，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。关键词：交通灯PLC程序设计第二章PLC的简介2.1PLC的概述可编程控制器（PeogammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制称作可编程逻辑控制器（ProgrammbleLogicController）,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，这装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这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（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。2.2PLC的发展历程在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：1970—1980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。1980—1990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。1990—2000年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。2.3PLC的发展趋势从当前产品技术性能来看，PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。①体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现代PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经与早期的PLC有了很大的不同，PLC体积被大幅度缩小。②性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面。可编程序控制器在我国的发展状况如下：(1)我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：①可编程序控制器的初级认识阶段（70年代后期到80年代初期）国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于70年代后期到80年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约200多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型DDC系统。继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。②可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80年代初期到90年代初期）80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。③可编程序控制器的广泛发展阶段（90年代初期到现在）进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面：(2)政府重视可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于1991年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于1993年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。2.4PLC的应用目前，PLC在国外以广泛应用于钢铁、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，使用情况大致可归为以下几类。开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，即可用于单台设备的控制，也可用于多台机群控制及自动化流水线。如：注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀生产线等。模拟量控制在工业生产过程当中，有许多练习变化的量，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的控制。3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模块相连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同步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。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，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调试是一般闭环控制系统中用的较多的调节方法。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。5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩形运算、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，可以完成数据的采取、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，可以完成数据的控制操作，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。随着计算机的发展，工厂自动化网络得很快，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。7存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为了保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。8经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较满意的产品。输入输出点对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时从分考虑，使整个系统有较合理的比较的性能价格比。9PLC接地良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制干扰，PLC一般最好单独接地，与其他设备分别使用各自的接地装置，PLC的接电线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻要小于100Ω，接地线的截面应大于2mm。另外，PLC的CPU单元必须接地，若使用了I/O扩展单元等，则CPU单元应与它们具有共同的接地体，而且从任一单元的保护接地端到地的电阻都不能大于100Ω第三章PLC的结构及原理3.1PLC的分类1按plc的结构形式分类：①整体式；②模块式。2按plc的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plc的功能分类：低档型、中档型、高档型。2.2PLC的结构：PLC实质上是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、地板和机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 PLC的基本结构框图如下：3.2PLC的工作原理PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，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/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者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，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。PLC的扫描工作过程如图2-2、图2-3所示 用户用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读读图2-2PLC的扫描工作过程图输入刷新输入刷新程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新图2-3PLC的扫描周期图3.3PLC汇编语言西门子PLC的几种编程语言

采用面向控制的过程，面向问题，简单直观的PLC编写，常用的有：梯形图、语句表功能图等。

不同的商家的PLC有不同的编程语言，但就某个商家而言，PLC的编程语言也就那么几种。下面，以西门子PLC的编程语言为例，说明一下，各种编程语言的异同。

1、顺序功能图（SFC－Seauential

Fuction

Chart）这是位于其它编程语言之上的图形语言，用来编程顺序控制的程序（如：机械手控制程序）。编写时，工艺过程被划分为若干个顺序出现的步，每步中包括控制输出的动作，从一步到另一步的转换由转换条件来控制，特别适合于生产制造过程。2、梯形图（LAD－LAdder

Diagram）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。没以逻辑行，起使左母线。②而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”。每个梯级刘贵的是概念电流，从左到右，其两端母线设有电源。输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接通继电器，晶体及晶闸管才嫩实现。*梯形图与助记符号的对应关系：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（含其它处理）；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。3、语句表（STL－STatement

List）是一种类似于微机汇编语言的一种文本编程语言，由多条语句组成一个程序段。语言表适合于经验丰富的程序员使用，可以实现某些梯形图不能实现的功能。4、功能块图（FBD－Function

Block

Diagram）功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑，一些复杂的功能用指令框表示，适合于有数字电路基础的编程人员使用。功能块图用类似于与门、或门的框图来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框用“导线”连在一起，信号自左向右。西门子S7-200系列PLC的基本指令4.1逻辑取及输出线圈指令（LD、LDI、OUT）1指令用法LD：取指令，用于常开触点与母线连接。LDI：取反指令，用于常闭触点与母线连接OUT：线圈驱动指令，用于将逻辑运算的结果驱动一个指定线圈。指令用法说明LD、LDI指令用于将触点接到母线上，操作目标元件为X、Y、M、T、C、S。LD、LDI指令还可以与AND、ORB指令配合，用于分支回路的起点。OUT指令的目标元件为X、Y、M、T、C、S和功能指令线圈。OUT指令可以连续使用若干次，相当于线圈并联。4.2单个触点串联指令（AND、ANI）1指令用法AND：与指令。用于单个触电的串联，完成逻辑“与”运算，助记符号为AND****为触点地址。ANI：与反指令。用于常闭触点的串联，完成逻辑“与非”运算，助记符号为完ANI****为触点地址。2指令用法说明①AND、ANI指令均用于单个触点串联，串联触点数目没有限制。该指令可重复多次使用。指令目标元件为X、Y、M、T、C、S。②OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令称为纵接输出。③串联触点的数目和纵接的次数虽然没有限制，但用于图形编程器和打印机功能有限制，因此尽量做到一行不超过10个触点和一个线圈，连接输出总共不超过24行。串联和并联指令是用来描述单个触点与其他触点或触点组组成的电路关系的。指令名称指令符功能操作数取LDbit读入逻辑行或电路块的第一个常开接点Bit:I,Q,M,SM,T,C,V,S取反LDNbit读入逻辑行或电路块的第一个常闭接点与Abit串联一个常开接点与非ANbit串联一个常闭接点或Obit并联一个常开接点或非ONbit并联一个常闭接点电路块与ALD串联一个电路块无电路块或OLD并联一个电路块输出=bit输出逻辑行的运算接果Bit:Q,M,SM,T,C,V,S置位Sbit,N置继电器状态未接通Bit:Q,M,SM,T,C,V,S复位Rbit,N使继电器复位为断开表S7-200系列的基本逻辑指令、1类型、编号及辨率TON——接通延时TONR——有记忆接通延时TOF——断电延时梯形图LAD语句表功能操作码操作数TONTxxxPT使能=1计数带设定值实（一直计数到32757），定时器=1。使能=0复位（定时器=0）。一般用于电一时间间隔的定时TOFTxxxPT使能=1，定时器位=1，计数器复位（清零）。使能由I到O负跳变，计数器开始计数，到设定值时（停止计数）定时器位=0.TONRTxxxPT使能=1,计时器开始计数，计数到设定值时，计数器位=1。是能断开，计数器停止计时，计数器位仍为1，使能计数位在为1时，计数器在原来的技术基础上计数。表S7_200系列的定时器指令三种辨率（时基）：1ms、10ms、100ms——分别对应不同的定时器好。定时器的六个要素：①指令格式（时基、编号等）预置值——PT;使能——IN;复位——三种定时器不同；当前值——Txxx；定时器状态（位）——可由触点显示；定时值=时基X预置值PT。有定时器的计时间隔与程序的扫描周期并不同步定时器可能在其实基（1ms、0ms、00ms）内任何时间启动，所以，为避免计时器时间丢失，一般要求设置PT预置值必须大于最小需要的时间间隔。例如：使用10ms时基定时器实现140ms延时（时间间隔），则PT应设置为15（10msX15=150ms）第五章西门子PLC的几种编程语言介绍5.1设计步骤和简介PLC的工作方式和通用微机不完全一样，因此用PLC设计自动控制系统与微机的控制系统的开发过程也不完全一样。需要根据PLC的特点，以程序形式来体现其控制功能。设计可按照下图中几个步骤进行。1．确定控制对象及控制范围

详细了解被控对象的控制要求，确定必须完成的动作及完成的顺序，归纳出工作循环和状态流程图。

2．PLC型号的选定

根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。

3．硬件设计

根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电器控制系统总装配图和接线图。

4．软件设计

（1）在进行硬件设计的同时可以同时着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在程序设计的时候建议将使用的软继电器（内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途以便于程序设计、调试和系统运行维护，检修时候查阅。

（2）程序初次调试也成为模拟调试。将设计好的程序通过程序编辑工具下载到PLC控制单元中。由外接信号源加入测试信号，通过各种状态指示灯了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，消除缺陷，直到满足设计的要求为止。5．现场调试

在初调试格的情况下，将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接的正确无误的情况下即可送电。把PLC控制单元的工作方式布置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。试运行无问题后可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，并做备份（至少应该作2份）。5.2可编程控制器的维护和故障诊断为了保障系统的正常运行，定期对PLC系统进行检查和维护是必不可少的，而且还必须熟悉一般故障诊断和排除方法。

4.2.1检查与维护

1.定期检查

PLC是一种工业控制设备，尽管在可靠性方面采取了许多措施，但工作环境对PLC影响还是很大的。所以，通常每个半年时间应对PLC做定期检查。如果PLC的工作条件不符合表1规定的标准，就要做一些应急处理，以便使PLC工作在滚规定的标准环境。

2.日常维护

PLC除了锂电池和继电器输出触点外，基本没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机存储器（RAM），计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约5年，当锂电池的电压逐渐降低达一定程度时，PLC基本单元上电池电压跌落指示灯亮。提示用户注意，有锂电池所支持的程序还可保留一周左右，必须更换电池，这是日常维护的主要内容。

调换锂电池步骤：

①在拆装前，应先让PLC通电15S以上（这样可使作为存储器备用电源的电容器充电，在锂电池断开后，该电容可队PLC做短暂供电，以保护RAM中的信息不丢失）；

②断开PLC的交流电源；

③打开基本单元的电池盖板；

④取下旧电池，装上新电池；

⑤盖上电池盖板；

更换电池时间要尽量短，一般不允许超过3min。如果时间过长，RAM中的程序将消失。

第六章十字路口交通灯的设计6.1十字路口交通灯的设计目的一、十字路口交通灯的来源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。城市交通系统控制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，它是现代交通监控指挥系统中在重要的组成部分。随着城市机动车辆的不断增加，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，它们也曾经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。而城市高速道路在结构上的特点，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，最大限制利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道和匝道、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等待解决的主要问题。交通信号灯的出现，是交通得以有效管制，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控制的控制系统的工作原理，给出了简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。二、十字路口交通灯的设计目的①学习利用PLC技术来实现十字路口交通灯的控制方法。②在了解和掌握PLC基础上，通过十字路口交通灯的控制，进一步的提高编程能力和调试能力，特别是掌握一般的程序设计方法。③掌握PLC与外部电器的接线。④建立正确的设计思路，掌握工程设计的一般程序四、控制要求信号扽受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮是，信号灯系统开始工作，并周而复始的循环工作，当按下停止按钮是，系统将停止在初始状态，所以信号灯都熄灭。五、控制时序交通灯示意图如图1所示，在东西南北三个方向（其中南北方和东西方向右只装绿灯）分别安装信号灯，三个方向共二十八个灯，分为红、黄、绿三种颜色，在在个路口处的两边人行道上装上分别为红、绿的灯一共八个灯。工作时序如图2所示，按下启动按钮后，假设两方的繁忙都一样，南北向左绿灯亮（Y0）维持18s，18s后，南北向左黄灯(Y1)闪烁两次，计时2s，期间，南北直线行驶红灯(Y5)亮80s，东西方向的人行道红灯(X8)亮80s，18s后南北方向直线行驶绿灯(Y3)亮38s，38s后，南北方向直线行驶黄灯(Y4)直线行驶黄灯闪烁两次，计时2s，期间，东西方向左行驶红灯(X2)亮100s；东西方直线行驶红灯(X5)亮80s，80s后东西方向向左行驶绿灯(X0)亮18s，18s后，东西方向左黄灯（X1）闪烁2s，2s后，南北方向的人行道绿灯(Y7)亮40s，同时东西方向直线行驶绿灯(X3)亮38s，38s后，东西方向直线行驶黄灯(X4)闪烁2s，期间东西人行道红灯(X8)亮80s，接下去周而复始，直到停止按钮被按下为止。时序图六、PLC交通灯毕业论文硬件及外围元器件根据交通灯的信号的控制要求，所用的器件有：西门子S7-200系列PLC、启动按钮SB1、停止按钮SB2、绿色交通灯16个、黄色交通灯8个、红色交通灯12个输入/输出的接线如图2、3所示。由图可见：对启动、停止按钮进行了明确的符号表示，使我们能进一步的看懂图的意思，I/O分配变能清楚的出现在我们的面前。名称符号名称符号启动按钮SB1停止按钮SB2南北方向左行驶绿灯Y0东西方向左行驶绿灯X0南北方向左行驶黄灯Y1东西方向左行驶黄灯X1南北方向左行驶红灯Y2东西方向左行驶红灯X2南北方直线行驶绿灯Y3东西方直线行驶绿灯X3南北方直线行驶黄灯Y4东西方直线行驶黄灯X4南北方直线行驶红灯Y5东西方直线行驶红灯X5南北方向右行驶绿灯Y6东西方向右行驶绿灯X6南北方向人行道绿灯Y7东西方向人行道绿灯X7南北方向人行道黄灯Y8东西方向人行道红灯X8十字路口交通灯的标记表十字路口交通灯plc接线图输入（I）输出(Q)SB1I0.0YOQ0.0SB2I0.1Y1Q0.1Y2Q0.2Y3Q0.3Y4Q0.4Y5Q0.5Y6Q0.6Y7Q0.7Y8Q1.0X0Q1.1X1Q1.2X2Q1.3X3Q1.4X4Q1.5X5Q1.6X6Q1.7X7Q2.0X8Q2.1I/O分配分配表6.2PLC的选型从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点1个，开关量输出点7个，如果选用CPU222/PLC，也需要扩展单元PLC，参照西门子S7-200系列特性（见附录），选用主机为CPU224（14输入/10继电器输出）。其外形图3-4如下：图3-4CPU224外形图输入电路采用了双向光电耦合器，24VDC极性可任意选择，1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。6.3十字路口交通灯的梯形图5结语本系统能根据车辆检测器输入至PLC的信息,自动调整十字路口红绿灯的时长,对疏导交通流量、提高道路通行能力会有明显的效果。他交通灯智能控制系统相比,本系统的优点为:(1)智能控制方案更简单,易于编程;(2)具有交通信号倒计时功能;(3)硬件电路设计更合理,特别是倒计时电路的设计,既满足了LED数码管工作的要求,又最大限度地节约了PLC的输出点,有利于降低系统成本。第4章系统检测与调试4.1检测与调试大体思路流程如下：1、硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。①静态调试静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。②动态调试动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。2、软件调试：软件调试是通过对拥护程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试成功。结论交通信号灯控制系统的设计,我们以前学过，我想这个课题是很容易的。当真正做起来的时候，还是觉得有点困难的，有些东西以前学了，但现在用起来可能又有点疑问。就如画电气原理图吧，整体的构造脑海里都有一个整体的概念。而你要画出来的话，你可能会遇到细节上的问题，比如说按钮开关的方向是怎样，以及怎么划分区域等。遇到这些问题的时候都能让你主动去翻书，复习这些陌生的知识。我认为这是一种最好的学习方法——通过实践去检验自己的知识。这个只有你自己投入进去你才能发现自己知识点的欠缺。做为一名机电专业的学生对电器原理图的了解更应该有深刻的认识，知道它的重要性。要能看的懂，给你一张电气原理图，你要能够写出梯形图。查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事，需要耐心查找。在程序设计过程中，我对以前的编程方法做了归纳，之前我习惯用功能流程写程序，遇到难点的时候习惯翻书，对照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计法、电气原理图设计法、顺序控制设计法。特别多顺序控制设计有了一定的了解。这里面最经典我认为是单序列的编程方法、选择序列的编程方法和并行序列的编程方法这个三个是很值得研究的，也是一种格式。只要你能熟悉掌握，灵活应用的话，那么编程对你来说将变的非常容易。一个流程图无论多么复杂，都可以拆分上面的形式，然后就可以利用上面的方法编程了。当然对于简单的流程也可以用顺序设计。这种方法也是一种固定的格式，只要按照它的格式就可以写出正确的程序，它的优点可以说易懂，条理清晰。但结构多。对于活动步多的设计我想用这个设计比较烦琐。更加体会到PLC的可靠性高，抗干扰能力强，.通用性强，控制程序可变，使用方便等优点。更加熟悉了西门子编程软件使用方法与各种基本指令。这次的课程设计使我把可编程控制器的理论知识用在实践中，实现了理论和实践相结合，从中更懂得理论是实践的基础，实践又能检验理论的正确性，让我受益非浅，对我以后工作中遇到问题或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。致谢当我以学子的身份踏入黔南职业技术学院的那天起，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“致谢”，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，因为我的生命中友那些多可爱的人值得感谢。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。三年的大学生活不自不觉中就要结束了，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、感谢学院给我们这个能自我展示的平台，感谢我们的指导老师，你们从一开始的论文方向的选定，到最后的整论文的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我修改论文。谢谢我们的班主任，从大一到大二是你的悉心教导、孜孜不倦我们才能顺利的玩成学业。我感谢子啊我两年半的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们让我被感教师职业的伟大，交给我们知识，有不忘教育我们如何做人！在此，我还要敢写寝室的兄弟们在我完成论文的过程中给与我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这三年的生活。参考文献王曙光.S7-200PLC应用基础与实例.人民邮电出版社,2007严盈富.西门子S7-200PLC入门.人民邮电出版社,2007龙志文.SIMATIC子S7-200PLC原理及应用.机械工业出版社,2007刘永华.电气控制与PLC，北京航空航天大学出版社,2007罗宇航.流行PLC实用程序及设计（西门子S7-200PLC系列）.西安电子科技大学出版社,2007伊宏业.PLC可编程控制器教程.航空工业出版社,1997刘洪涛，黄海编.PLC应用开发从基础到实践.电子工业出版社,2007实验报告实验名称：声控报警电路设计实验学生：所属班级：班内序号：一，摘要近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，生活节奏的加快，人们对电子报警器的需求日益增加。电子报警器应用于安全防范，系统故障，交通运输，医疗救护等领域，和社会生产密不可分。例如声控报警系统在生活中处处可见，楼道里的声控节能灯，店铺联网报警器等等，其功能简单，成本较低，因而广泛应用于各种家用电器和小电子产品中。本课题基于应用需求，结合实验要求设计电路。报告介绍了简易的声控报警器的电路设计和电路的搭建调试。关键词：报警器；CD4011；无源蜂鸣器；LM358二，引言随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电子设备、电子仪器的出现日新月异，在市场上电子产品的竞争较为激烈。本课程设计利用驻极体式咪头作为声传感器获得电压，经LM358放大电路两级放大，然后通过电压比较器和多谐振荡器,输出驱动蜂鸣器和发光二极管工作报警。1，设计要求1，设计任务要求设计一个声控报警电路，在麦克风附近击掌（模拟异常响动），电路能发出报警声，持续时间大于5秒。声音传感器采用驻极体式咪头，蜂鸣器用无源式蜂鸣器。2，提高要求1，增加报警灯，使其闪烁报警；2，增加输出功率，提高报警音量，加强威慑力。2，电路设计1，系统组成框图2，系统总体设计思路驻极体式咪头作为声音传感器，将击掌产生的声音信号转化为电信号，微弱的电信号经过同相放大器放大后便于传输和驱动，放大信号进入同相比较器，比较器根据实验可以设置合理的比较电压VREF，当放大信号高于比较电压VREF时，放大器输出高电平促发方波振荡器开始工作，振荡产生的方波经三极管放大即可驱动无源式蜂鸣器发出报警声音。但由于一次拍手产生的电信号只有短暂的脉冲，故还需要在比较器后加入延时电路，减缓脉冲电压下降的速度来实现延时报警。3，单元电路设计思路声音采集单元设计原理简述驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜，当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。其膜片与金属极板之间的电容量比较小，因而它的输出阻抗值高，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。因为驻极体式麦克风内部结构含场效应管，所以驻极体话筒必须提供直流电压才能工作。本实验采用漏极输出型电路，电路图如下实际电路参数麦克风中的场效应管的UDS一般在1.5V~4.5V之间，而IDS一般在0.1mA~1mA之间。若供电电压VCC在6V~8V时，可知RD约在2.2K~5.1K之间。实验电路可预取2.8K。C为隔直电容，可采用22uF的电解电容。3，信号放大单元设计原理简述由驻极体式麦克风转化产生的电信号是微弱信号，经测量在击掌瞬间麦克风输出的最大值约为12mV，该信号必须经过放大器放大之后与比较器比较。该部分信号的放大由LM358来实现，用LM358构成一级放大约100倍，第二级电压跟随的形式。一级电路设计原理如下：第一级采用同相放大电路，输入信号从直流补偿电阻R1输入到运放的同相输入端。反馈网络为R2和R3，构成深度电压串联负反馈放大电路。根据分析集成运算放大电路的两个重要特点（“虚短”、“虚断”）可知：因为U+=U-=Ui（“虚短”，但不是“虚地”），I+=I-=0所以同相输入运算放大器中，当Rf=0或R1=∞时，Auf=1+（Rf／R1）=1，即输出电压与输入电压大小相等，相位相同，这种电路称为电压跟随器。实际电路参数麦克风的测量中，输出的电信号约为150mV，故初步设定放大倍数为100倍，使放大级输出约为1.5V。放大部分电路参数如图2.3.2（a）。再放大之后，紧跟一级电压跟随缓冲，电压跟随器参数如图2.3.2（b）所示。3，电压比较单元设计原理简述电压比较器是对两个模拟电压比较其大小,并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图2.3.3（a）所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，此固定不变的VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。在试验中合理设置参考电压便可以实现特定的电压比较。实验原理图即如下既此时有如下的电压输出关系，当VA>VB时,uo=+Uom为了便于电路组合之后的调试过程，特引入电位器分压，如图2.3.3（b）所示，信号从同相端输入，参考电压从2.3.4RC延时单元设计原理简述当有高电平加在电路输入端时，电容C开始充电，直到电容两端电压与充电电压相等。当充电电压下降至0时，电容C开始通过电阻R放电，直到电容C储存的电荷全部释放。通过这样快充慢放的过程实现电路电压下降的延时功能，具体电路图如下实际电路参数实验要求报警时间不低于5s，根据t=RC初步计算，可取电阻R=100k，电容C=0.01uF。预计报警时长持续10s左右。2.3.5方波振荡单元设计原理简述方波振荡器由门电路和阻容元件构成，它没有稳定状态，只有两个暂稳态，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，因此，常将矩形脉冲产生电路称作多谐振荡器。本实验中采用CD4011实现方波振荡，电路图如下。输入UO一个高电平时，该方波振荡器主要依靠电整一个周期的波形变化如下。而输入信号UO是整个振荡器的开关电平，当UO输入高于Vth的高电平时，振荡器正常工作输出方波；当UO输入低于Vth的低电平时，门G1始终输出高电平VOH，电路无法振荡输出方波。实际电路参数该多谐振荡器的振荡周期与时间常数RC、门电路的阀值电压Vth均有关系，频率稳定性较差。此处做理想近似计算。在T1期间G1输出高电平VOH，G2输出低电平VOL，电容C充电。为了便于计算，忽略门的输出电阻和输入端电流，则充电常数为RC。初值，终值为，稳态值，由此可得在T2期间G1输出低电平VOL，G2输出高电平VOH，电容C反向充电，VA从Vth+(VOH-VOL)开始下降，到t=t3时VA下降至Vth，初值VA（t1）=Vth+（VOH-VOL），终值为，稳态值VA（t2）=Vth，由此可得综上，振荡周期是欲使其驱动蜂鸣器和发光二极管，设置元件参数如下：5，无源式蜂鸣器报警单元设计原理简述无源蜂鸣器内部没有自带的振荡源，需要由前级输出的频率在2K-5K的方波来驱动。试验中加一晶体管放大再接蜂鸣器增加蜂鸣器的输入功率，以保证更好的实验效果。实际电路参数试验元件初置参数如图，采用NPN管8050和电阻R=2K。3，单元电路的组合设计单元电路在组合的时候还需要考虑各个单元之间的输入输出阻抗的平衡。先对各级之间组合的做如下连接说明：1，声音采集单元与信号放大单元之间连接要注意，LM358构成的放大单元的输入阻抗理想情况接近于无穷大，放大单元的输入阻抗作为声音采集系统的输出负载，导致声音采集单元输出的信号电流过小且和电压脉冲变化不明显，这将严重影响后级单元对信号的接收和处理。故在电压放大单元的输入端与地之间并一个小阻值电阻来减小声音采集单元的输出阻抗2，电压比较单元和延时单元之间要防止电容对前级电路放电，电流回流。故在电压比较单元和延时单元之间加一个1N4148二极管来实现单向导通，禁止电容对前级电路放电的影响。3，在方波振荡器和发光二极管之间需要串接一个2K左右的电阻来降低通过发光二极管的电流，保护发光二极管因电流过大而损坏。3，电路仿真1，单元仿真测试信号放大单元工作情况，基本要求实现对小信号放大倍数100倍。设计符合该单元放大一百倍的基本要求。图3.1.1（c）2，电压比较单元仿真电路能够实现参考电压的比较，并且在不同的参考电压之下电压比较器均能实现无滞回的同相电压比较功能。3，延时单元仿真延时电路要求实现高电平下降的延时功能，在仿真中即给延时电路输入一个短暂的高电平，检测输出会发现输出高电平缓慢下降。若出现发现下降缓慢且时间大于5S，则满足设计要求。在延时电路输出端可以看到明显的快速充电和断开开关后缓慢放电的过程。图3.1.2（c）4，方波振荡单元仿真方波振荡器要求在前级输入高点电平时，震荡输出一个高频的方波信号，以驱动后级的蜂鸣器发出报警。5，整体仿真测试模拟麦克风信号的输入，整体电路对该输入响应，最后应能检测出能驱动蜂鸣器的方波信号。4，电路搭建与调试模拟麦克风信号的输入，整体电路对该输入响应，最后应能检测出能驱动蜂鸣图3.2.24，电路搭建与调试1，信号放大单元搭建与调试信号放大单元采用LM358实现，其芯片封装管脚图如图4.1.1所示，该单元电路图如图4.1.2所示，图中设置R2=1K便于放大倍数的更改，更改电阻R1即可快速改变该单元的放大倍数，例如图示电路图中R1为100K，则有放大倍数为100倍，按图搭建电路如图4.1.3（a）所示，并设置R1=50k。输入信号的参数如图4.1.3（b）所示，频率为1KHz，峰峰值为20mV。输出波形如图4.1.3（c）所示，频率为1KHz，峰峰值为1V，即设计和搭建符合要求。最后需要注意，在级连调试时只需要更改R1阻值即可更改该单元的电压放大倍数。2，电压比较单元搭建与调试电压比较单元依旧是采用LM358来实现。3，方波振荡单元搭建与调试方波振荡的主要元件是CD4011,4，整体级联调试5，实验总结与探讨1，电阻阻值使用错误，最简单的事情是差错之后最难检查的事情，因而保险起见，在第一步时候就先用万用表确认阻值。2，电解电容方向错误，易发生爆炸。3，芯片管脚接错，因为管脚较密，故在连接时一定要细心。,6，实验元件与仪器资料1，驻极体式咪头构造与原理驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc＝1／2~tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通