PLC电梯控制系统的设计与实现项目可行性研究报告Word格式.docx
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1引言
今天l、红绿灯安装在各个道口上l、已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段.但这一技术在19世纪就已出现了.
1858年l、在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红l、蓝两色的机械扳手式信号灯l、用以指挥马车通行.这是世界上最早的交通信号灯.1868年l、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l、安装了世界上最早的煤气红绿灯.它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成l、红色表示“停止”l、绿色表示“注意”.1869年1月2日l、煤气灯爆炸l、使警察受伤l、遂被取消.
1914年l、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l、安装在纽约市5号大街的一座高塔上.红灯亮表示“停止”l、绿灯亮表示“通行”.
1918年l、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l、一种是把压力探测器安在地下l、当车辆接近时,红灯便变为绿灯；
另一种是用扩音器来启动红绿灯l、司机遇红灯时按一下喇叭l、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l、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l、推迟汽车放行l、以免发生交通事故.
信号灯的出现l、使交通得以有效管制l、对于疏导交通流量、提高道路通行能力l、减少交通事故有明显效果.1968年l、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l、面对绿灯的车辆可以直行l、左转弯和右转弯l、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l、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l、面对黄灯的车辆不能越过停车线l、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.
随着经济的发展l、交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题.道路拥挤现象日趋严重l、造成的经济损失越来越大l、并一直保持大比例的增长.现在交通系统已不能满足经济发展的需求.由于生活水平的提高l、人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求.在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务l、有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量.并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失l、同时也减小了工作人员的劳动强度.
中国车辆数量不断增加l、交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用.智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源.使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制l、带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用.
2交通管理方案论证
2.1设计任务
东西（A）、南北（B）两干道交于一个十字路口l、各干道有一组红、左转绿、绿三个指示灯l、指挥车辆和行人安全通行.红灯亮禁止通行l、绿灯亮允许通行.红灯的设计时间为40秒l、绿灯及左转绿灯各为20秒.设A道和B道的车流量相同.
2.2方案介绍
把设计任务细化为四个状态l、其对应状态：
如图1
A道为40秒红灯l、B道绿灯20秒
A道为20秒红灯l、B道左转20秒绿灯
A道为20秒绿灯l、B道为40秒红灯
A道左转20秒绿灯l、B道为20秒红灯
图1状态转换图
整个交通灯控制由四个状态组成l、可以用程序设计实现l、也可用时序逻辑实现.以下方案就是分别用了这两种方法.
方案1设计思想：
采用分模块设计的思想l、程序设计实现的基本思想是一个计数器l、选择一个单片机l、其内部为一个计数l、是十六进制计数器l、模块化后l、通过设置或程序清除来实现状态的转换l、由于每一个模块的计数多不是相同l、这里的各模块是以预置数和计数器计数共同来实现的l、所以要考虑增加一个置数模块l、其主要功能细分为l、对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数l、如图中A道和B道,分别为次干道的置数选择和主干道的置数选择.以主干道为例l、简述其设计思想.如前分析l、已经确定该系统有四个状态l、而置数子模块可定要将下一状态的预置数准备好l、所以很容易得到主干道的置数表如：
表1
状态
主干道预置数
次干道预置数
00
40
20
01
20（左转）
10
11
表1置数表
由该表l、就可以通过程序循环的方法设计该模块l、主要思想是通过数据判断指令、跳转指令实现l、由主控制器计时和中断产生的四个状态去译码l、从而得到不同的输出l、即预置数l、由上分析可用一个计数器和跳转指令去完成的预置数.
而红绿灯的显示也是一样l、由状态分析可以得出红绿灯的变化表如：
表2
主干道灯显示
次干道灯显示
红灯
绿灯
左转绿灯
表2红绿灯变化表
通过这张表就可以用组合电路实现该功能了l、可以用数据选择器的思想l、在本系统中l、直接通过门电路的译码l、接下来就是计数模块了l、其主要的功能细分为l、要从预置数开始递减计数l、一个状态结束l、通过判断l、通知主控制模块l、使之进入下一模块.还有一个必须考虑到的就是l、预置数必须在下一个状态来之前准备好l、而红绿灯的状态变化l、必须和计数状态同步l、于是引起预置数变化的程序要超前于系统本身的状态变化l、所以l、系统中的两个状态转换时l、在上一状态结束时设置预置数l、而控制红绿灯的是随着系统本身状态的变化而变化l、体现在本子电路中就是有两组电路去判断符合的状态.
方案2设计思想：
状态转换表如：
表3
00（15S）
01（05S）
黄灯
10（15S）
11（05S）
表3状态转换表
本方案分三步：
（1）要建立三路信号灯的控制系统l、本设计采用7408芯片通过组合逻辑控制三路灯的显示关系.
（2）建立显示控制系统l、本设计采用74190芯片倒计时控制l、每个方向用两片相连实现l、另外用74153芯片l、因为分析中设置的时间末位均为5l、所以只要用一片74153对高位置位l、将低位的初值预置锁定为5l、而高位则根据需要由反馈部分提供预置值.
（3）建立反馈和细节连接部分l、本部分主要解决显示和灯控的同步问题本系统采用倒计时系统减为0l、如当系统减为0时通过两个D触发器得到两个变量l、即为开头分析中的状态l、通过它的变化得到不同的逻辑关系l、驱动74153控制哪组灯亮（对应关系如表所示）l、另外他还要同步反馈到显示系统的置数环节.
注意：
本实验中若采用更复杂的四片74190控制主干道的两组灯l、再用八片74153分别对74190置数可实现任意数值的交通灯系统.另外对7408片子的控制红灯的端口用一个与门将一端再接一个频率一定的方波l、使一边为黄灯时l、另一边的红灯在闪烁.
方案比较：
方案1（以下称1）用了模块设计l、而方案2（以下称2）采用的是一般设计l、相比之下1有较强的可读性和较强的可修改性l、而2则在设计上显得较简单l、设计纯朴l、便于测试l、它的优势则在于提供了一条较为便捷的解决方案.2首先将许多逻辑关系简化到极点l、而后将其一起集成用较少的芯片去完成所需功能.
我们从中可以得出的是l、我们最终的设计应该尽量使用模块化设计.对工程设计人员来说l、将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处l、但另外我们又需将设计简单化l、因此我觉得在设计初期尽可能的简单化设计l、而一旦设计的各项测试通过了l、在有可能的条件下将设计模块化l、所以本设计以第一方案为主进行.
3交通灯系统硬件设计
3.1单片机概述
单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的.单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上.
通常l、单片机由单个集成电路芯片构成l、内部包含有计算机的基本功能部件：
中央处理器、存储器和I/O接口电路等.因此l、单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合l、便可成为一个单片机控制系统.
单片机经过1、2、3、3代的发展l、目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展l、它们的CPU功能在增强l、内部资源在增多l、引脚的多功能化l、以及低电压、低功耗.
可以说l、二十世纪跨越了三个“电”的时代l、即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代.不过l、这种电脑l、通常是指个人计算机l、简称PC机.它由主机、键盘、显示器等组成.还有一类计算机l、大多数人却不怎么熟悉.这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机.顾名思义l、这种计算机的最小系统只用了一片集成电路l、即可进行简单运算和控制.因为它体积小l、通常都藏在被控机械的“肚子”里.它在整个装置中l、起着有如人类头脑的作用l、它出了毛病l、整个装置就瘫痪了.现在l、这种单片机的使用领域已十分广泛l、如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等.各种产品一旦用上了单片机l、就能起到使产品升级换代的功效l、常在产品名称前冠以形容词——“智能型”l、如智能型洗衣机等.现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品l、不是电路太复杂l、就是功能太简单且极易被仿制.究其原因l、可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上.
目前单片机渗透到我们生活的各个领域l、几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹.导弹的导航装置l、飞机上各种仪表的控制l、计算机的网络通讯与数据传输l、工业自动化过程的实时控制和数据处理l、广泛使用的各种智能IC卡l、民用豪华轿车的安全保障系统l、录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制l、以及程控玩具、电子宠物等等l、这些都离不开单片机.更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了.它主要是作为控制部分的核心部件.因此l、单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师.
3.2系统构成
电路板一块l、AT89S51单片机一片l、74HC164芯片八片l、七段数码管八个.74LS04反向器一片l、发光二极管13个（8个绿的l、4个红的用于交通控制l、1个用于标识电源）l、7805三端稳压电源一个l、一个按键l、一条数据下载线.
系统结构框图如：
图2
图2系统结构框图
系统各部分工作：
（1）程
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