交通灯课程设计-十字路口交通信号灯PLC控制系统

摘要本课程设计是针对近年来城市交通拥挤现象，特别是驾驶员违章严重，交通事故频发等问题所设计的十字路口交通灯控制系统。随着科技的发展，可编程控制器系统的应用正在不断地走向深入，同时带动控制检测的发展，该设计主要是运用可编程控制器系统来实训一个十字路口交通信号灯PLC控制系统。十字路口交通信号灯是城市的一项重要的设施，本次设计的十字路口交通信号灯PLC控制系统能使交通灯根据高峰时段，正常时段和晚上时段的控制规律进行控制。它不仅能够让城市的运行有规律，是城市的出行更加方便，同时对降低城市污染，环境建设起到了不可低估的作用。

关键词：交通灯PLC可编程控制器目录设计背景11.1背景概述11.2可逻辑控制器简介1设计要求2系统的总体设计方案33.1系统简介33.2控制方案33.3输入输出分析及I/O点计算4设计内容54.1十字路口交通灯的原理分析及示意图54.2十字路口交通控制的时序分析54.3十字路口交通灯控制的系统流程图74.4十字路口交通灯控制器件表8课程设计心得10参考文献11附录：系统程序编写12设计背景1背景概述随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。马路上经常会看到这种现象:一旦整个路口的交通信号灯出现故障，若没有交警的及时疏导，该路口就会塞得一塌糊涂，甚至造成严重的交通事故。原交通信号灯控制大都采用继电器或单片机实现，存在着功能少，可靠性差，维护量大等缺点，越来越不能适应城市道路交通高速发展的要求。另外，根据人车流量的多少，可能随时增加路口的交通信号，比如增加转弯或人行道交通信号，原有系统的制约性就更加明显了。为了弥补原交通信号灯系统存在的以上缺点，我们引入了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。本文对十字路口交通信号灯控制系统，运用可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，能基本达到控制要求。系统仅实现了小型PLC系统的一个雏形，在完善各项功能方面都还需要进一步的分析，研究和调试工作。如果进一步结合工业控制的要求形成一个较为成型的产品，则需要做更多，更深入的研究。1.2可编程逻辑控制器简介可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,简称PLC）根据国际电工委员会（IEC）在1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其做了如下定义:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算求运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整天，易于扩充其功能的设计原则。可编程逻辑控制器作为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领悟发挥着愈来愈大的作用。设计要求交通灯的控制要求：（1）系统工作受开关控制，启动开关ON则系统工作，启动开关OFF则系统停止工作。（2）控制对象有八个：东西方向红灯两个，南北方向红灯两个：东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个：东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个：东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个；（3）正常时间段和高峰期设置不同的控制方案，晚间时段东，南，西，北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按闪0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。系统总体的设计方案3.1系统简介本系统是一个十字路口交通灯的PLC控制系统，利用西门子公司的s7-300可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制。本系统具有一定的智能性，即它可以对交通灯按高峰期，正常期及晚间几个时段进行分段控制。3.2控制方案高峰期的控制方案为:（1）南北方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；（2）南北方向绿灯亮35秒，东西方向红灯继续亮；（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；（5）东西方向绿灯亮25秒，南北方向红灯继续亮；6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步，依次循环。正常时段的控制方案为:（1）南北方向左转弯灯和南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；（2）南北方向绿灯亮30秒，东西方向红灯继续亮；（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；（5）东西方向绿灯亮30秒，南北方向红灯继续亮；（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。晚间控制方案为：东，南，西，北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。3输入输出分析及I/O点数估算输入信号为2个开关信号，分别为启动信号和停止信号。输出信号为8个信号，分别为东西方向红灯，黄灯，绿灯，左转弯灯和南北方向红灯，黄灯，绿灯，左转弯灯。系统I/O分配表输入设备输入编号点输出设备输出编号点启动开关I00001东西红灯Q00001停止开关I00002南北红灯Q00002时钟控制信号1I00003东西黄灯Q00003时钟控制信号2I00004南北黄灯Q00004时钟控制信号3I00005东西绿灯Q00005南北绿灯Q00006东西左转弯灯Q00007南北左转弯灯Q00008设计内容4.1十字路交通灯的原理分析及示意图本系统的控制对象有八个，分别为东西方向红灯，南北方向红灯，东西方向黄灯，南北方向黄灯，东西方向绿灯，南北方向绿灯，东西方向左转弯灯，南北方向左转弯灯，各为两个。本控制系统规律为高峰时段和正常时段进行控制，晚上时段按警告方式运行。图1十字路口交通信号灯的示意图4.2十字路口交通灯控制的时序分析正常时段（6:30-7:30；8:15-16:30;19:00-21:00):南北绿灯亮维持25秒，闪烁5秒后南北黄灯亮5秒，然后熄灭，同时南北红灯亮，东西左转弯绿灯亮5秒闪烁5秒后，东西方向绿灯亮，同时东西方向红灯熄灭，25秒后东西方向绿灯闪烁5秒后熄灭，东西黄灯亮5秒后熄灭，同时东西方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮同时南北方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮5秒后熄灭。

高峰时段（7:00-8:15；16:30-19:00):南北绿灯亮维持30秒，闪烁5秒后南北黄灯亮5秒，然后熄灭，同时南北红灯亮，东西左转弯绿灯亮5秒闪烁5秒后，东西方向绿灯亮，同时东西方向红灯熄灭，20秒后东西方向绿灯闪烁5秒后熄灭，东西黄灯亮5秒后熄灭，同时东西方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮同时南北方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮5秒闪烁5秒后熄灭，同时南北绿亮。

晚间时段（21:00-6:30）：东，南，西，北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按闪0.4秒，亮0.6秒的规律反复循环。图2各时段运行分配时序图图3高峰时段运行时序图图4正常时段运行时序图4.3十字路口交通灯控制系统流程图4.4十字路口交通灯控制器件表表2十字路口交通灯系统器件表器件名称功能数据寄存器D(D200)存放修改数据300/250数据寄存器D(D201)存放修改数据200/250数据寄存器D(D3D4D5)预放读入时分秒数据寄存器D(D20D21)预存6:300数据寄存器D(D30D31)预存7:00数据寄存器D(D40D41)预存8:15数据寄存器D(D50D51)预存16:30数据寄存器D(D60D61)预存19:00数据寄存器D(D70D71)预存21:00中间辅助继电器M(M3M1)统计出两段晚间期中间辅助继电器M(M6M9)统计出两段高峰期中间辅助继电器M(M4M7M1)统计出三段正常期中间辅助继电器M(M20)控制晚间期中间辅助继电器M(M21)控制正常期中间辅助继电器M(M22)控制高峰期中间辅助继电器M(M100)控制子程序开启定时器T(T0/T1，T2)东西方向左转绿灯闪10S定时器T(T0/T1，T2)东西方向绿灯亮25S定时器T(T6)东西方向红灯/黄灯闪5S定时器T(T7/T8,T9)南北方向左转绿灯闪10S定时器T(T10/T11，T12)南北方向绿灯亮30S定时器T(T13)南北方向黄灯亮5S定时器T(T14/T15)晚间0.4/0.6S闪烁课程设计心得课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.通过这次计算机控制系统的设计，使我提高了可编程控制器和PLC程序编写的能力。同时我们的设计和平时的日常出行息息相关，也让我懂得做一个文明公民，能够去为这个城市的环境发展而努力，在此感谢我们的王老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。我也希望学校以后能多安排课程设计，这对我们学习专业课程只是会有很大的帮助，更能激起我们对专业课学习的热爱。参考文献[1]熊幸明，陈艳，张丹，刘湘澧.电气控制与PLC北京：机械工业出版社2011.1[2]周志峰.计算机控制技术北京：清华大学出版社2014[3]张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用北京：高等教育出版社2010.5[4]华人民中共和国道路交通安全法实施条例第五十一条/z/q155067960.htm系统的程序编写附录一:正常时期交通灯程序备注：因时间关系高峰期与正常时期程序亮灯方式完全一致，程序相同，只是程序中通电延时计时器时间设置不同，故省略。附录二：晚间程序编写基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的