PLC系統(tǒng)實訓?十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈控制? 專業(yè)：電氣優(yōu)創(chuàng) 班級： 0902 組員： 目錄一.摘要2二.十字路口帶倒計時的交通信號燈控制計的設計任務書31控制要求32設計任務4三.十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈控制總體設計過程51.綜述52程序設計的根本思路53順序功能圖64十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)電路75開關設計86交通信號燈控制的梯形圖程序8四.心得體會18參考書目19附錄資料CD4511應用電路20一.摘要當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設備都與計算機密切相關。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術的迅速開展，以及人工智能在控制技術方面的廣泛運用，智能設備有了很大的開展，是現(xiàn)代科技開展的主流方向。本文介紹了一個智能交通燈系統(tǒng)的設計。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能有：對某市區(qū)的四個主要交通路口進行監(jiān)控；各路口有固定的工作周期，并且在道路擁擠時中控中心能改變其周期；對路口違章的機動車能夠即時拍照，并提取車牌號。在世界范圍內(nèi)，一個以微電子技術，計算機和通信技術為先導的，以信息技術和信息產(chǎn)業(yè)為中心的信息革命方興未艾。而計算機技術怎樣與實際應用更有效的結合并有效的發(fā)揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當今計算機應用中空前活潑的領域。本文主要從單片機的應用上來實現(xiàn)十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車輛的正常運作。關鍵詞：交通燈控制 計算機技術 智能 單片機 十字路口交通燈二.十字路口帶倒計時的交通信號燈控制計的設計任務書1控制要求 采用PLC構成十字路口帶倒計時顯示的南北向和東西向交通信號燈的電氣控制。系統(tǒng)上電后，交通指揮信號控制系統(tǒng)由由一個3位轉換開關SA1控制。SA1手柄指向左45º時，接點SA1-1接通，交通指揮系統(tǒng)開始按常規(guī)正?？刂乒δ芄ぷ鳎凑杖鐖D11-9所示工作時序周而復始，循環(huán)往復工作。正常運行時，南北向及東西向均有兩位數(shù)碼管倒計時顯示牌同時顯示相應的指示燈剩余時間值。SA1手柄指向中間0º時，接點SA1-2接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈常亮，東西向紅燈常亮，數(shù)碼管顯示99不變。SA1手柄指向右45º時，接點SA1-3接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮，數(shù)碼管顯示99不變。控制信號說明見表11-5。圖11-9 十字路口交通燈正常工作時序表11-5 十字路口交通燈控制信號說明輸 入輸 出文字符號說 明文字符號說 明SA1-1交通燈正常工作控制開關H1南北向綠燈指示SA1-2南北向交通燈常綠控制開關H2南北向黃燈指示SA1-3東西向交通燈常綠控制開關H3南北向紅燈指示H4東西向綠燈指示H5東西向黃燈指示H6東西向紅燈指示H11南北向2位七段數(shù)碼顯示管H12東西向2位七段數(shù)碼顯示管2設計任務1) 根據(jù)控制要求，進行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括PLC硬件配置電路。2) 根據(jù)控制要求，編制交通信號燈PLC控制程序，有條件可以利用交通燈模型或模擬開關板調(diào)試程序，模擬運行。3) 編寫設計說明書，內(nèi)容包括： 設計過程和有關說明。 基于PLC的十字路口交通燈電氣控制電路圖。 PLC控制程序梯形圖和指令表。 電器元器件的選擇和有關計算。 電氣設備明細表。 參考資料、參考書及參考手冊。 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。 三.十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈控制總體設計過程1.綜述  隨著城市和經(jīng)濟的開展，交通信號燈發(fā)揮的作用越來越大，正因為有了交通信號燈，才使車流、人流有了標準，同時，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號燈不合理使用或設置，也會影響交通的順暢。交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行，黃燈表示警示。交通信號燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。交通信號燈用于道路平面交叉路口，通過對車輛、行人發(fā)出行進或停止的指令，使各同時到達的人、車交通流盡可能減少相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口暢通和平安。十字路口交通信號燈現(xiàn)場示意圖如圖3-1所示，南北和東西每個方向各有紅、綠、黃三種信號燈，為確保交通平安，要求如下。正?？刂茣r： 當東西方向允許通行綠燈時，南北方向應禁止通行紅燈；同樣，當南北方向允許通行綠燈時，東西方向應禁止通行紅燈。在綠燈信號要切換為紅燈信號之前，為提醒司機提前減速并剎車，應有明顯的提示信號：綠燈閃爍同時黃燈亮。信號燈控制系統(tǒng)啟動后應能自動循環(huán)動作。 交通燈現(xiàn)場示意圖2程序設計的根本思路交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行，黃燈表示警示。南北和東西每個方向各有紅、綠、黃三種信號燈。交通燈控制示意圖如圖2所示。正?？刂茣r：如圖1所示，它是按信號燈置1與置0兩種狀態(tài)繪制的，置1表示信號燈點亮。SA1手柄指向左45º時，接點SA1-1接通，東西向紅燈亮30s，南北向綠燈亮，25s后南北向綠燈閃爍3s，然后熄滅。在綠燈熄滅的同時，東西向黃燈亮2s，然后熄滅。在該燈熄滅的同時，南北向紅燈亮及東西向綠燈亮，以下的變化規(guī)律與上述相同。到南北向綠燈亮，東西向紅燈亮開始第二個循環(huán)，以后周而復始地循環(huán)動作。同時南北向及東西向均有兩位數(shù)碼管倒計時顯示相應指示燈的剩余時間值。非正常控制時：SA1手柄指向中間0º時，接點SA1-2接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈常亮，東西向紅燈常亮，數(shù)碼管顯示99不變。SA1手柄指向右45º時，接點SA1-3接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮，數(shù)碼管顯示99不變。3順序功能圖 4十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)電路 輸入輸出文字符號信號地址說明文字符號信號地址說明SA1-1I0.1交通燈正常工作控制開關H1Q0.1南北向綠燈指示SA1-2I0.2南北向交通燈常綠控制開關H2Q0.2南北向黃燈指示SA1-3I0.3東西向交通燈常綠控制開關H3Q0.3南北向紅燈指示H4Q0.4東西向綠燈指示H5Q1.0Q1.3東西向黃燈指示H6Q1.5Q1.7東西向紅燈指示數(shù)碼管1 數(shù)碼管2 AQ1.0AQ1.5BQ1.1BQ1.6CQ1.2C0(接地)DQ1.3DQ1.75開關設計圖5.1 轉換開關示意圖6交通信號燈控制的梯形圖程序主程序： 子程序time up28：子程序time up2：主程序指令表TITLE=程序注解Network 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注解LD SM0.1S M0.0, 1Network 2 LD I0.2= M2.0S Q0.2, 4S M0.0, 1R M5.1, 2R M5.6, 1Network 3 LD I0.3= M3.0R Q0.1, 2R Q0.5, 2S M0.0, 1R M5.1, 2R M5.6, 1Network 4 LD M0.0R M1.0, 6Network 5 LD M0.0A I0.1EUS M1.0, 1R M0.0, 1R T43, 21R M5.0, 8Network 6 LD I0.1A M1.0TON T37, 250CALL SBR0Network 7 LD M1.0A T37S M1.1, 1R M1.0, 1Network 8 LD I0.1A M1.1TON T38, 30CALL SBR0Network 9 LD I0.1A T38EUS M1.2, 1R M1.1, 1R T43, 21R M5.0, 8Network 10 LD I0.1A M1.2TON T39, 20CALL SBR1Network 11 LD I0.1A T39EUS M1.3, 1R M1.2, 1R T43, 21R M5.0, 8Network 12 LD I0.1A M1.3TON T40, 250CALL SBR0Network 13 LD I0.1A T40S M1.4, 1R M1.3, 1Network 14 LD I0.1A M1.4TON T41, 30CALL SBR0Network 15 LD I0.1A T41EUS M1.5, 1R M1.4, 1R T43, 21R M5.0, 8Network 16 LD I0.1A M1.5TON T42, 20CALL SBR1Network 17 LD I0.1A T42EUS M0.0, 1R M1.5, 1R T43, 21R M5.0, 8Network 18 LD M2.0O M1.0LD M1.1A SM0.5OLD= Q0.1Network 19 LD M1.2= Q0.2Network 20 LD M3.0O M1.3O M1.4O M1.5= Q0.3Network 21 LD M3.0O M1.3LD M1.4A SM0.5OLD= Q0.4Network 22 LD M1.5= Q0.5Network 23 LD M2.0O M1.0O M1.1O M1.2= Q0.6Network 24 LD M5.0O I0.2O I0.3= Q1.4Network 25 LD M5.1= Q1.1Network 26 LD M5.2= Q1.2Network 27 LD M5.3O I0.2O I0.3= Q1.3Network 28 LD M5.5O I0.2O I0.3= Q1.5Network 29 LD M5.6= Q1.6Network 30 LD I0.2O I0.3= Q1.7Network 31 Network 32 Network 33 子程序time up28指令表TITLE=子例行程序注解Network 1 Network 2 LD I0.1LPSAN T61TON T53, 80TON T54, 70TON T55, 60TON T56, 50TON T57, 40TON T58, 30TON T59, 20TON T60, 10LPPTON T61, 80Network 3 / LD T52EU= M4.0Network 4 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注解LD T61A I0.1LPSAN M4.0TON T43, 90TON T44, 80TON T45, 70TON T46, 60TON T47, 50TON T48, 40TON T49, 30TON T50, 20TON T51, 10LPPTON T52, 100Network 5 / LD T61AN T50LD T61AN T51OLDLDN T60AN T61OLD= M5.3Network 6 LDN T49ON T48ON T47ON T46A T50A T51LDN T59ON T58ON T57ON T56A T60OLD= M5.2Network 7 LDN T49ON T48LDN T45ON T44A T46A T47OLDA T50A T51LDN T59ON T58LDN T55ON T54A T56A T57OLDA T60OLD= M5.1Network 8 LDN T51A T61LDN T49LDN T47A T48OLDLDN T45A T46A T48OLDLDN T43A T44A T46A T48OLDA T50A T51OLDLDN T59LDN T57A T58OLDLDN T55A T56A T58OLDLDN T53A T54A T56A T58OLDA T60OLD= M5.0Network 9 LDN T61= M5.6Network 10 LDN T52A T61= M5.5Network 11 子程序time up2指令表TITLE=子例行程序注解Network 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注解LD I0.1TON T59, 10TON T60, 20Network 2 LDN T60= M5.1Network 3 LDN T59A T60= M5.0四.心得體會本次課程設計的作品是十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈控制，由我們?nèi)藞F隊共同完成。此次課程設計提高了我們查閱資料、選用公式和完成方案的能力。剛一接手題目，我們很迷茫，不知從何入手，而且準備工作也是缺乏。只得耐心地查閱各種相關資料，分析題目的側重點。在初步方案的構思中，慎重考慮設計方法，推敲過后才有定計。仔細閱讀搜集的資料，防止不利因素后，才形成我們獨特的方案。這一過程，我們團隊的分工合作得到很大考驗。此次課程設計讓我們明白了團隊合作的重要性。個人的能力、精力總是有限的，專注的領域也是不同的，這時分工合作顯得尤其重要。合理的工作分配，讓隊員們充分發(fā)揮專長，縮短了完成題目的時間，加深了查閱資料的深度，提高了完成作品的效率。當然，這些也離不開設計方案的集思廣益。而在完成作品的過程中，也加深了隊員間的了解。友誼的氣氛中，也使工作輕松起來?？傊?，團隊合作不是口上說說而已，真正體驗后才知那是何等高效的境界。此次課程設計讓我們的知識從理論上升到了應用層次。書本上我們學到了很多，但是卻有點一知半解，而只有自己親自體驗過后才能明白透徹，真正掌握。我們回憶過去的知識，才猛然發(fā)現(xiàn)理論與實際是如此的不同。很多知識在用中不得不考慮實際條件，在這一過程也加深了我們對原有知識的了解。所以，這是對我們知識的穩(wěn)固，也使我們溫故而知新。并且在本次設計中，遇到了很問題，但通過團隊的一起努力，終于得到圓滿的解決。比方在硬件選型中片子的選擇，數(shù)碼管用共陰極的好事共陽極的。還有在片子的連接中，是不是所有腳都要連上都要連上的，還有如何排查是器件壞了還是接觸不好引起的顯示異常用萬用表測量，等等?？傊敬握n程設計使我們綜合能力得到大大提高，這是一次難忘的體驗，將深深影響我們。參考書目?PLC編程及應用?廖常除著機械工程出版社?數(shù)字電子技術根底?閻石著高等教育出版社?數(shù)字電子技術試驗指導書?電子教研室沈陽化工大學附錄資料CD4511應用電路CD4511是一個用于驅動共陰極 LED 數(shù)碼管顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅動器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6時，a段消隱；顯示數(shù)“9時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計數(shù)顯示電路，假設要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300的限流電阻。用CD4511實現(xiàn)LED與單片機的并行接口方法如下列圖：CD4511 引 腳 圖其功能介紹如下：             BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅消隱狀態(tài)，不顯示數(shù)字。            LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。             LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。            A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。             a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。           CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作1. CD4511的引腳 CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅動LED。其引腳圖如3-2所示。 各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示   a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。 2. CD4511的工作原理 1. CD4511的工作真值表如表3-2 2. 鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)。 當LE為“0電平導通，TG2截止；當LE為“1電平時，TG1截止，TG2導通，此時有鎖存作用。如圖3-33譯碼 CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數(shù) 據(jù)B、C進行組合，得出、四項，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或 非門譯碼。 4消隱 BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。消隱控制電路如圖3-4所示。 消隱輸出J的電平為 J= =C+BD+BI如不考慮消隱BI項，便得J=B+CD據(jù)上式，當輸入BCD代碼從1010-1111時，J端都為“1電平，從而使顯示器中的字形消隱。輸        入 輸        出 LEBILIDCBAabcdefg顯示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111100000000消隱 0111111000000消隱 111XXXX鎖       存 鎖存 表3-2 CD 4511的真值表 8421 BCD 碼對應的顯示見下列圖          ：選用共陰極數(shù)碼管，對于 CD4511 ，它與數(shù)碼管的根本連接方式如下列圖 ：LED數(shù)碼管的結構及工作原理沈紅衛(wèi)  LED數(shù)碼管LED Segment Displays是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。LED數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖。  圖1 這是一個7段兩位帶小數(shù)點 10引腳的LED數(shù)碼管 圖2 引腳定義     每一筆劃都是對應一個字母表示 DP是小數(shù)點.  數(shù)碼管分為共陽極的LED數(shù)碼管、共陰極的LED數(shù)碼管兩種。下列圖例舉的是共陽極的LED數(shù)碼管，共陽就是7段的顯示字碼共用一個電源的正。led數(shù)碼管原理圖示意：  圖3 引腳示意圖  從上圖可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個條件：1、是要在VT端3/8腳加正電源；2、要使a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0電平。這樣才能顯示的。 共陽極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結構原理圖圖4：   圖4 共陽極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結構原理圖共陰極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結構原理圖：   圖5 共陰極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結構原理圖 表1.1 顯示數(shù)字對應的二進制電平信號顯 示 數(shù) 字abcdefg01111110101100002110110131111001401100115101101160011111711100008111111190001101 LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。       A、靜態(tài)顯示驅動： 靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進位轉換器進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O口多，如驅動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×840根I/O口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O口才32個呢。故實際應用時必須增加驅動器進行驅動，增加了硬體電路的復雜性。 B、動態(tài)顯示驅動： 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制翻開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。     透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。