PLC课程设计---十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制

1、PLC系统实训十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制 专业：电气优创 班级： 0902 组员： 刘嘉祺 （09130308） 沈政委 （09130317） 徐兴松 （03130322） 目录一.摘要2二.十字路口带倒计时的交通信号灯控制计的设计任务书31控制要求32设计任务4三.十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制总体设计过程51.综述52程序设计的基本思路53顺序功能图64十字路口交通信号灯控制系统电路75开关设计86交通信号灯控制的梯形图程序8四.心得体会18参考书目19附录资料（CD4511应用电路）2028一.摘要当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因

2、此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口进行监控；各路口有固定的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期；对路口违章的机动车能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，

3、也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。关键词：交通灯控制 计算机技术 智能 单片机 十字路口交通灯二.十字路口带倒计时的交通信号灯控制计的设计任务书1控制要求 采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图11-9所示工作时序周而复始，循环往复工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯

4、剩余时间值。SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。控制信号说明见表11-5。图11-9 十字路口交通灯正常工作时序表11-5 十字路口交通灯控制信号说明输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1交通灯正常工作控制开关H1南北向绿灯指示SA1-2南北向交通灯常绿控制开关H2南北向黄灯指示SA1-3东西向交通灯常绿控制开关H3南北向红灯指示H4东西向绿灯指示H5东西向黄灯指示H6东西向红灯指

5、示H11南北向2位七段数码显示管H12东西向2位七段数码显示管2设计任务1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制交通信号灯PLC控制程序，有条件可以利用交通灯模型或模拟开关板调试程序，模拟运行。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的十字路口交通灯电气控制电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。 三.十字路口带倒计时显示的交通信

6、号灯控制总体设计过程1.综述  随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路

7、口畅通和安全。十字路口交通信号灯现场示意图如图3-1所示，南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯，为确保交通安全，要求如下。正常控制时： 当东西方向允许通行（绿灯）时，南北方向应禁止通行（红灯）；同样，当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯）。在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：绿灯闪烁同时黄灯亮。信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。 交通灯现场示意图2程序设计的基本思路交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。交通灯控制示意图如图2所示。正常控

8、制时：如图1所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，东西向红灯亮30s，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3s，然后熄灭。在绿灯熄灭的同时，东西向黄灯亮2s，然后熄灭。在该灯熄灭的同时，南北向红灯亮及东西向绿灯亮，以下的变化规律与上述相同。到南北向绿灯亮，东西向红灯亮开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。非正常控制时：SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄

9、指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。3顺序功能图 4十字路口交通信号灯控制系统电路 输入输出文字符号信号地址说明文字符号信号地址说明SA1-1I0.1交通灯正常工作控制开关H1Q0.1南北向绿灯指示SA1-2I0.2南北向交通灯常绿控制开关H2Q0.2南北向黄灯指示SA1-3I0.3东西向交通灯常绿控制开关H3Q0.3南北向红灯指示H4Q0.4东西向绿灯指示H5Q1.0Q1.3东西向黄灯指示H6Q1.5Q1.7东西向红灯指示数码管1 数码管2 AQ1.0AQ1.5BQ1.1BQ1.6CQ1.2C0(接地)DQ1.3DQ1

10、.75开关设计图5.1 转换开关示意图6交通信号灯控制的梯形图程序主程序： 子程序（time up28）：子程序（time up2）：主程序指令表TITLE=程序注解Network 1 / 网络标题/ 网络注解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 I0.1EU

11、S 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,

12、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 M

13、1.5, 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

14、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,

15、 50TON T57, 40TON T58, 30TON T59, 20TON T60, 10LPPTON T61, 80Network 3 / LD T52EU= M4.0Network 4 / 网络标题/ 网络注解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

16、= 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 T5

17、1OLDLDN 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 / 网络标题/ 网络注解LD I0.1TON T59, 10TON T60, 20Network 2 LDN T60= M5.1Network 3 LDN T59A T60= M5.0四.心得体会本次课程设计的作品是十字路口带

18、倒计时显示的交通信号灯控制，由我们三人团队共同完成。此次课程设计提高了我们查阅资料、选用公式和完成方案的能力。刚一接手题目，我们很迷茫，不知从何入手，而且准备工作也是不足。只得耐心地查阅各种相关资料，分析题目的侧重点。在初步方案的构思中，慎重考虑设计方法，推敲过后才有定计。仔细阅读搜集的资料，避免不利因素后，才形成我们独特的方案。这一过程，我们团队的分工合作得到很大考验。此次课程设计让我们明白了团队合作的重要性。个人的能力、精力总是有限的，专注的领域也是不同的，这时分工合作显得尤其重要。合理的工作分配，让队员们充分发挥专长，缩短了完成题目的时间，加深了查阅资料的深度，提高了完成作品的效率。当然

19、，这些也离不开设计方案的集思广益。而在完成作品的过程中，也加深了队员间的了解。友谊的氛围中，也使工作轻松起来。总之，团队合作不是口上说说而已，真正体验后才知那是何等高效的境界。此次课程设计让我们的知识从理论上升到了应用层次。书本上我们学到了很多，但是却有点一知半解，而只有自己亲自体验过后才能明白透彻，真正掌握。我们回顾过去的知识，才猛然发现理论与实际是如此的不同。很多知识在用中不得不考虑实际条件，在这一过程也加深了我们对原有知识的了解。所以，这是对我们知识的巩固，也使我们温故而知新。并且在本次设计中，遇到了很问题，但通过团队的一起努力，终于得到圆满的解决。比如在硬件选型中片子的选择，数码管用共

20、阴极的好事共阳极的。还有在片子的连接中，是不是所有脚都要连上（都要连上的），还有如何排查是器件坏了还是接触不好引起的显示异常（用万用表测量），等等。总之，本次课程设计使我们综合能力得到大大提高，这是一次难忘的体验，将深深影响我们。参考书目PLC编程及应用廖常除著机械工程出版社数字电子技术基础阎石著高等教育出版社数字电子技术试验指导书电子教研室沈阳化工大学附录资料（CD4511应用电路）CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511

21、 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9

22、这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。用CD4511实现LED与单片机的并行接口方法如下图：CD4511 引 脚 图其功能介绍如下：             BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管

23、其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。            LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。             LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值

24、。            A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。             a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。           CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作1. CD4511的引脚 CD4

25、511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。 各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示   a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。 2. CD4511的工作原理 1. CD4511的工作真值表如表3-2 2. 锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。 当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时

26、，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-3（3）译码 CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数 据B、C进行组合，得出、四项，然后将输入的数据A、D一起用或 非门译码。 （4）消隐 BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。 消隐输出J的电平为 J= =（C+B）D+BI如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D据上式，当输入BCD代码从1010-1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。输        入 输

27、        出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01110110000000消隐 01111000000000消隐 01

28、111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111XXXX锁       存 锁存 表3-2 CD 4511的真值表 8421 BCD 码对应的显示见下图          ：选用共阴极数码管，对于 CD4511 ，它与数码管的基本连接方式如下图 ：LED数码管的结构及工作原理沈红卫  LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的

29、器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用LED数码管内

30、部引脚图。  图1 这是一个7段两位带小数点 10引脚的LED数码管 图2 引脚定义     每一笔划都是对应一个字母表示 DP是小数点.  数码管分为共阳极的LED数码管、共阴极的LED数码管两种。下图例举的是共阳极的LED数码管，共阳就是7段的显示字码共用一个电源的正。led数码管原理图示意：  图3 引脚示意图  从上图可以看出，要是数码管显示数字，有两个条件：1、是要在VT端（3/8脚）加正电源；2、要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低电平或“0”电平。这样才能显示的。 共阳极L