交通灯及监视电路课程设计文档格式.doc

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2012年10月17日

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河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）

交通灯设计

摘　　要

交通灯在我们的日常生活中发挥着极其重要的作用。

随着科技的发展，社会的进步，越来越先进，越来越智能化的交通灯渐渐地成为了主流。

其中基于可编程控制器（PLC）设计的交通灯更是受到了设计者的青睐。

可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计它主要采用梯形图语言进行程序设计，具有编程方法简单易学，性价比高，可靠性高等优点。

FX系列可编程控制器体积小，功能强，且具有很高的适应性和网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，是我国使用最为广泛的PLC系列产品之一[1]。

另外PLC可与外接电路很方便的进行连接[2]，为此我们给交通灯加上一外接故障监视电路以使设计更为实用完善。

本文选用可编程控制器开发箱来进行PLC部分的设计，选用组合逻辑电路来完成监视电路部分的设计。

关键词：

PLC；

交通控制；

监视电路

THEDESIGNOFTRAFFICLIGHT

ABSTRACT

Trafficlightplaysanespeciallyimportantroleinourdailylife.Withthedevelopmentoftechnologyandtheprogressofsociety,thetrafficlightswhicharemoreadvancerandmuchsmarterbecomemaintrend.What’smore,thetrafficlights,designedbasedonPLC,getmorewelcomebydesigner.

ProgrammableLogicControllerisadigitalcomputingoperationofelectronicsystems,whichisespeciallydesignedforapplicationsinindustrialenvironments.Itismainlyusesladderlanguagetohaveprogramdesign.Besides,italsohasmanyadvantageslikecost-effectiveandhigh-reliability.What’smoreitsprogrammingmethodiseasytolearntoo.FXseriesprogrammablecontrollers,oneofthemostwidelyusedPLCseries,havesmallervolumesandmorepowerfulfunctionsthanotherproductsandtheyalsohavehighadaptabilityandstrongnetworkcommunicationfunctions,sotheycanmeettheneedsofthemostsystems,whichhaveahighrequestsonPLC.Inaddition,PLCcanconnecttoexternalcircuitconveniently,soweplusanexternalfaultmonitoringcircuittomakethedesignmoreperfect.

Keywords:

PLC;

trafficcontrol;

monitoringcircuit

目　　录

１　交通灯信号控制系统..................................1

１.1　十字路口交通灯控制实际情况...........................1

１.2　十字路口交通灯状态的分析.............................1

１.3　主程序流程图........................................2

１.4　十字路口交通灯时序图................................2

２　可编程控制器部分设计................................4

２.1　可编程控制器选择....................................4

２.2　设程序.............................................5

２.3　PLC设计部分实际操作................................6

３　监视电路部分设计....................................8

３.1　设计内容...........................................8

３.2　电路仿真..........................................10

４　总结...............................................12

参考文献...............................................14

１　　交通灯信号控制系统

1.1　十字路口交通灯控制实际情况

信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

南北方向

交通灯状态

红灯亮25S

绿灯亮25S

绿灯闪3S

黄灯亮2S

东西方向

绿灯亮20S

红灯亮30S

表1-1　　十字路口交通状态转换表

1.2　十字路口交通灯状态的分析

十字路口交通灯如下图所示，将12个交通灯进行编号，然后可知这12个交通灯共有六个状态如下：

状态1：

南北红灯（1、7）亮，东西绿灯（6、12）亮。

状态2：

南北红灯（1、7）继续亮，东西绿灯（6、12）闪。

状态3：

南北红灯（1、7）继续亮，东西黄灯（5、11）亮。

状态4：

东西红灯（4、10）亮，南北绿灯（3、9）亮。

状态5：

东西红灯（4、10）继续亮，南北绿灯（3、9）闪。

状态6：

东西红灯（1、7）继续亮，南北黄灯（2、8）亮。

其中红、黄、绿灯的实际意义如下：

●禁止通行灯（亮时为红色）

●准备禁止通行灯（亮时为黄色）

●直通灯（亮时为绿色）

图1－1　　十字路口交通灯状态图

１.2　主程序流程图　

图1-2　　主程序流程图

１.4　十字路口交通灯时序图

　　图1-3　　主程序流程图

2　　可编程控制器部分设计

2.1　可编程控制器选择

　　由于条件限制，本次设计采用现成的PLC实验开发仪进行PLC部分的设计及仿真

开发部分附图如下：

图2-1　　主机

图2-2　　交通灯输入端口

图2-3　　交通灯控制面板

2.2　设计程序

2.3　PLC设计部分实际操作

（1）如上图所示，在开发仪面板上按如下步骤连接线路：

面板上的南北红、黄、绿灯R、Y、G分别接主机的输出点Y2、Y1、Y0，东西方向红、黄、绿灯分别接主机的输出点Y5、Y4、Y3，下框中的SD接主机的输入端X0面板上的东西南北三组红绿黄三色发光二极管模拟十字路口的交通灯。

（2）将梯形图下载到可编程控制器中，调试运行所涉及的程序。

（3）观测实验结果，记录如下：

　　开关打开后，南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，20s后绿灯由亮变为闪烁，闪烁3s后绿灯熄灭，黄灯亮。

黄灯亮2s后，黄灯熄灭，红灯亮，同时南北方向绿灯亮。

20s后绿灯变为闪亮。

3s后绿灯熄灭，黄灯亮。

2s后黄灯熄灭（一周期完成），东西方向红灯亮，同时绿灯亮，周而复始。

若关上开关后，交通灯在运行完一周期后熄灭。

３　　监视电路部分设计

3.1　设计内容

3.1.1　设计要求

设计一个逻辑电路[3]用来监视交通信号灯的工作状态，在正常工作状态下，任何时刻只有一盏灯亮，若出现其他情况，则电路发生故障，这时就要求发出故障信号，以提醒维修人员前去修理。

3.1.2　逻辑抽象

取红黄绿三盏灯的状态为输入变量，分别用R，A，G表示，并规定灯亮时为1，否则为0.取故障信号为输出变量，并以Z表示之，并规定正常工作状态下Z为0，发生故障时Z为1.

3.1.3　逻辑真值表

表3-1逻辑真值表

R

A

G

Z

1

3.1.4　逻辑函数式

由真值表化简可得逻辑函数式如下

Z=RAG+RA+RG+AG

3.1.5　电子元器件的选用

为了使电路尽可能简单。

本着元器件最少的原则，本文主要选用与或非门组成的逻辑电路

3.1.6　初步电路图

图3-1　　监控电路逻辑图

3.1.7　分压电路的设计

由于直接由PLC开发仪输出的电压较大不能直接作为监控电路的输入，所以就需要在监控电路的输入端加一个分压电路。

分压电路[4]是一种常用的电路，其设计方法多样，简单的可由电组串联构成，复杂的可选用已有的集成原件来实现，例如78系列原件。

虽然由电阻来完成分压简单易行，但考率到它的不稳定性，所以不予适用。

本次设计采用7805集成元件来完成分压（在实际操作中由于7805分的电压较大，容易过热而损坏，所以可以为其串联一个7812来分担一部分电压），分压电路电路图如下：

图3-2　　分压电路

3.２　电路仿真

本文使用Proteus软件进行电路仿真[5]，仿真结果如下所示

（1）监视电路仿真图如下

图3-3　　监视电路仿真图

（2）监视电路仿真结果图如下

图3-4　　结果图

（3）分压电路仿真结果图

图3-5分压电路仿真图

４　　总结

4.1难点分析

虽然本次课程设计较为简单，但是在本次交通灯设计过程中还是有很多问题迎面而来，下面只挑几个重要的简单的叙述一下。

4.1.1　软件的使用

本次课程设计主要设计到Protel99SE和Proteus软件的使用，虽然在之前自学过一些关于这两个软件的知识，但是在实际画图中还是遇到了诸如电子元器件找不到等的一些低级问题，好在有同学和网络的帮助使得这些问题一一解决。

4.1.2　PLC开发仪与监视电路接口的问题

PLC开发仪端口的输出电压是24v的，而监视电路一般使用的电压在5v左右，因此在两者的连接处就需要一个分压电路来降低PLC端口的输出电压以使得