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1、 课程设计课程名称： PLC原理与应用 题 目： 基于PLC交通灯控制系统 系、专业： 电气自动化 目 录摘要3一、系统总体方案设计31.1 系统设计任务规定31.2系统总框图41.3系统工作原理41.4 方案论证与比较41.4.1 PLC控制交通灯41.4.2 FPGA控制方式51.4.3 单片机8255扩展方式61.4.4单片机74LS164扩展方式6二、硬件设计 72.1 PLC简介72.2 红绿灯显示电路设计82.3 倒计时电路92.4报警提示电路9三、软件设计103.1程序设计思想103.2系统程序流程图103.3 PLC梯形图编程长处11四、系统调试与仿真11五、心得体会12参照文
2、献13附录1整机原理图14附录2本交通灯设计系统源程序14摘要：本文阐述了基于PLC交通灯模仿控制系统，该系统依照实际公路交通灯状况进行东西和南北方向切换控制，通过数码管显示和箭头批示来指挥车辆轮流流通，采用高亮度数码管和发光二极管模仿交通灯实际状况。该系统具备贴近生活、实用性强、操作简朴、扩展性好等特点。核心词：PLC；交通灯；模仿控制一、系统总体方案设计1.1系统设计任务规定1.1.1任务 设计并制作一种能对东、西、南、北方向进行控制和显示一种自动化交通灯系统。1.1.2规定（1）基本规定控制功能：能分别对东、西、南、北四个方向进行合理控制，其中向右转规定可以始终通行；显示功能：能实现显示
3、当前倒数时间。采用七段LED数码管来显示；报警功能：当其中某个方向灯坏了或者某个线路有问题时，可以及时报警。（2）发挥某些能实时测定车辆数量；能依照车辆数量合理变更不同通行方案；其她功能。1.2 系统总框图FX0N信号灯控制倒计时显示键盘报警输出图1.2.1 系统总方框图1.3 系统工作原理本系统采用FXON系列PLC作为主控器，设计最小交通灯模仿系统。硬件方面：红绿灯批示、倒计时显示采用高亮度发光二极管和数码管。软件方面：使用PLC普通I/O口进行数据传送，完毕数码管送数和红绿灯箭头批示，实现模仿交通灯指挥系统。南北方向倒计时显示和红绿灯批示状态一致，东西方向倒计时显示和红绿灯批示状态一致。
4、因而可以用7个I/O口作为数码管送数。用6个I/0口作为红绿黄灯批示信号传送，用一种普通I/O口输出一种CMOS逻辑电平点亮右行绿灯，使右行车辆始终可以通行；用一种普通I/O口作为报警信号输出提示。1.4 方案论证与比较方案一：PLC控制交通灯此方案选用三菱FX0N系列PLC作为核心控制器。PLC可编程控制器核心是一台微型计算机，它是专为工业环境应用而设计制造计算机。它具备高可靠性丰富输入/输出接口，并且具备较强驱动能力；它采用一类可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定期，计数与算术操作等面向顾客指令，并通过数字或模仿式输入/输出控制各种类型机械或生产过程;该控制系统由启
5、动按钮、复位按钮、PLC控制器件、东西通道灯批示与计时、南北通道灯批示与计时、定期器构成。它采用模块化构造，编程简朴，安装简朴，维修以便。如图所示是PLC硬件系统构造框图输入电路电源ROMCPURAM输出电路编程器或外围设备图1.4.1 系统构造框图方案二：FPGA控制方式 此方案采用FPGA作为主控器，采用状态设计，每来一种时钟1Hz脉冲倒计时数码减一和箭头批示；用500HZ时钟频率扫描数码管显示，用12MHZ时钟分频成两个时钟频率。FPGA除了完毕交通灯控制、存储和显示功能外，还可进行人机交互，实现定期器延时可调。交通灯控制系统原理框图如图1.5.2所示。它重要由箭头批示、倒计时显示、语音
6、提示、FPGA控制器、键盘、定期器、译码器和秒脉冲信号发生器等某些构成。秒脉冲发生器是该系统中定期器和控制器原则时钟信号源，译码器输出两组信号灯控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统重要某些，由它控制定期器和译码器工作。状态转换过程：表1.4.1 状态转换过程状态直行灯（南北）左转灯（南北）直行灯（东西）左转灯（东西）有效状态时间红黄绿红黄绿红黄绿红黄绿S010010010000160S110010011000140S210010000100130S31001100110010S410000110000115S51101100100015S600100110000145S70110
7、111000015 图1.4.2交通灯控制系统原理框图方案三：单片机8255扩展方式此方案采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能依照实际车流量通过8051芯片P1口设立红、绿灯批示；红绿灯循环点亮，倒计时显示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并也许过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简朴、扩展功能强。总体方框1.4.3下： 图1.4.3 总体方框图方案四：单片机 74LS164扩展方式本设计采用MSC-51系列单片机AT89S51和串入并出
8、移位寄存器74LS164作为重要控制器件。只需用普通I/O口模仿时钟和数据传送口即可对74LS164进行送数控制。依照实际交通灯控制系统本设计共需12个普通I/O口，留有大量I/O口来扩充其她创新设计和优化设计。方案比较：方案一该设计采用PLC控制器件作为系统控制核心，模块化构造，编程简朴，安装简朴由于PLC可靠性高，抗干扰能力强，适应性好，功能完善，接中多样，程序简朴。方案二该设计采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统控制核心，由于FPGA具备强大资源，使用以便灵活，易于能扩展进行功，特别是结合了EDA，可以达到很高效率，系统各种部件如分频器电路，定期器电路，译码器电路等，都可以集成到
9、一块芯片上，大大减小了系统体积，并且提高了系统稳定性，但硬件设计复杂成本较高，适合大型系统设计和实际应用系统设计。方案三该电路本设计采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，单片机技术比较成熟，开发过程中可以运用资源和工具丰富、价格便宜、成本低。但此方案占用硬件资源多、调试过程复杂。方案四采用单片机 74LS164扩展方式。此方案通用性强，硬件设计容易，编程简朴，功能强大，也可日后扩展其她功能模块，但电路图过于复杂，设计难度大，调试过程复杂。综合比较后，拟定采用第一种方案设计。二、硬件设计2.1PLC简介PLC即可编程控制器（Pro
10、grammable logic Controller，是指以计算机技术为基本新型工业控制装置。PLC是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采用一类可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定期，计数与算术操作等面向顾客指令，并通过数字或模仿式输入/输出控制各种类型机械或生产过程. “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。它采用可以编制程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模仿式输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。PLC及其关于外围设备都应当按易于与工业控制系统形成一种整体
11、，易于扩展其功能原则而设计。”PLC引脚示意图如下： 图2.1.1 FXON引脚图2.2 红绿灯显示电路设计此显示电路为公共模块。由1位高亮度共阴极数码管构成，所有段码位选都设计为高电平点亮；红绿灯批示由高亮度发光二极管构成，电路设计成均压均流形式，以保证二极管发光亮度同样。如图所示是电路原理图：图2.2.1 红绿灯显示电路2.3倒计时电路 图2.3.1 倒计时电路2.4报警提示电路 图2.4.1 报警电路三、软件设计3.1程序设计思想本交通灯设计使用FX0N系列PLC作为主控器。采用梯形图作为编程语言，发挥梯形图灵活性和模块化来优化设计。采用并行通信，使数据一位接一位地顺序传送，通信线路简朴
12、，特别合用远距离通信。本系统使用FX0N系列PLC普通I/O口进行数据传送，完毕数码管送数和红绿黄灯批示，实现模仿交通灯指挥系统。南北方向倒计时显示和红绿灯批示状态一致，东西方向倒计时显示和红绿灯批示状态一致。东西南北方向红绿灯批示，因此红绿黄灯批示用6个I/O口传送数据，再用一种I/O口输出一种低电平点亮右行灯，让右行车辆始终通行。3.2系统程序流程图 开始初始化倒计时显示与红绿灯批示子程序按键解决子程序报警子程序红绿灯批示子程序倒计时显示子程序图3.2.1 主程序流程图3.3 PLC梯形图编程长处PLC梯形图程序普通采用顺序控制设计办法。这种编程办法很有规律，很容易掌握。对于复杂控制系统，梯形图设计时间比设计继电器系统电路图时间要少得多。 梯形图是使用得最多可编程序控制器编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制
