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基于 十字路口交通信号灯控制系统设计 1 设计主要内容及要求 计目的： 编程序控制器（ 20 世纪 60 年代在美国诞生，在我国的发展与应用已有 30 多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高工业装备电气自动化水平的重要设备和强大支柱。因此， 术已成为电气自动化专业技能型人才必不可少的重要技能，通过实践，可以帮助学生加深对理论知识消化吸收，提高 程技能。 本要求 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 南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒。到 20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。到2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。 东西红灯亮维持 30 秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。要求完成以下项目： 1、画出 交通信号灯时序状态示意图 2、画出交通灯的控制流程图 3、完成 可编程控制器 I/O 端口分配和外部接线图 4、完成十字路口交通信号灯 制梯形图编程 挥部分 自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 计过程的基本要求 （ 1）基本部分必须完成，发挥部分可任选； （ 2）符合设计要求的报告一份，其中包括 总体设计框图 、电路原理图各一份； （ 3）报告的电子档需全班统一存盘上交。 程设计论文的基本要求 （ 1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于4000 字。图纸为 有插图不允许复印。 （ 2）装订顺序：封面、任 务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（ 总体设计框图 与电路原理图） 。 3 时间进度安排 顺序 阶段日期 计 划 完 成 内 容 备注 1 解主要设计内容，安排学生查阅资料 打分 2 查整个设计总体设计概况 打分 3 导学生进行传感器的选择和 用的注意事项 打分 4 查学生核心内容的设计情况 打分 5 辩、写报告 打分 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 2014要 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的 存储器 ，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入 (I)和输出 (O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。 可编程序控制器 (为一种以微电脑技术为核心的自动控制装置，它将传统的继电器 工业自动化，机电一体化以及传统的工业控制方面，得到了广泛的应用， 发挥着越来越大的作用。已被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源等各种行业。它可靠性高、功能完善、抗干扰性好，具有结构简单、重量轻等优点。是一种专门用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统。城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。采用 制交通信号灯，主要是考虑其具有对使 用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。 目前， 广泛应用于工业控制中，但是在交通控制方面应用方面还不是很广泛。用于交通控制还有很大的潜能， 其可方便操作、可方便编程调试等特点，使得其有逐步取代以往的单片机在交通灯中的地位的趋势。 利用德国西门子公司的 200 实现交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求的分析，结合西门子 控制性能，通过系统时序图的分析，对交通灯系统进行了软、硬件设计，实现了十字路口交通灯的合理控制的功能，通过实验证明该方法设 计的系统简单、经济实用、远行可靠，具有很高的实用价值。 关键字： 通灯控制 设计 调试 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 目录 基于 十字路口交通信号灯控制系统设计 . I 摘要 . 录 . 3 1 设计任务描述 . 4 计要求 . . 4 本要求 . 4 挥部分 . 4 2 设计思路 . 5 3 设计与分析 . 6 计框图 . 6 计分析 . 6 4 硬件部分 . 8 I/O 分 配 . 8 统的硬件结构图 . 9 接线形式 . 10 5 软件设计部分 . 11 形图 . 12 句表 . 15 6 述 . 18 件结构 . 18 央处理单元 (. 18 储器 . 19 入 /输出模块 . 20 图 . 22 图 . 22 7 元件清单 . 23 小结 . 23 致 谢 . 24 参考文献 . 25 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 1 设计任务描述 计题目： 基于 十字路口交通信号灯控制系统设计 计要求 . 计目的 可编程控制器是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、记数和算术运算等功能。用来对各种机械或生产过程进行控制。 自 1969 年第一台可控编程控制器问世以来，目前可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。 编程序控制器（ 20 世纪60 年代在美国诞生，在我国的发展与应用已有 30 多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高工业装备电气自动化水平的重要设备和强大支柱。因此， 术已成为电气自动化专业技 能型人才必不可少的重要技能，通过实践，可以帮助学生加深对理论知识消化吸收，提高 程技能。 本要求 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，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒。到 20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。 东西红灯亮维持 30 秒。南北绿灯亮维 持 25 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。要求完成以下项目： 1、画出 交通信号灯时序状态示意图 2、画出交通灯的控制流程图 3、完成可编程控制器 I/O 端口分配和外部接线图 4、完成十字路口交通信号灯 制梯形图编程 挥部分 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 2 设计思路 按照交通灯系统控制要求下，结合西门子 列可编程控制器的特性（见附录）， 选择适合的型号。设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个 动按钮动作 ，系统工作。 首先，南北方向道路处于禁止通行的状态，东西方向道路处于允许通行的状态。 南北方向道路亮红灯状态过程中，南北红灯亮 25S,需计时器设定延时 25 秒，才会转入下一状态南北绿灯亮；同时，东西方向道路也一起亮绿灯 20S,需计时器设定延时 20 秒，才会转下一状态东西绿灯闪烁；东西绿灯闪烁 3S，需振荡器或脉冲源（秒 /次）动作使东西绿灯闪烁，还需要计时器设定延时 3 秒，才会转下一状态东西黄灯亮；东西黄灯亮 2S,需计时器设定延时 2 秒，才会转入下一状态东西红灯亮。 其次，东西方向道路处于禁止通行的状态，南北方向道路处 于允许通行的状态。 东西方向道路亮红灯状态过程中，东西红灯亮 30S,需计时器设定延时 30 秒，才会转入下一状态东西绿灯亮；同时，南北方向道路也一起亮绿灯 25S,需计时器设定延时 25 秒，才会转下一状态南北绿灯闪烁；南北绿灯闪烁 3S，需振荡器或脉冲源（秒 /次）动作使南北绿灯闪烁，还要需计时器设定延时 3 秒，才会转下一状态南北黄灯亮；南北黄灯亮 2S,需计时器设定延时 2 秒，才会转入下一状态南北红灯亮。 如此循环下去。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 3 设计与分析 计框图 计分析 开始 南北红灯亮，东西绿灯亮 南北红灯亮，东西绿灯闪 南北红灯亮，东西绿灯亮 东西红灯亮，南北绿灯亮 东西红灯亮，南北绿灯闪 东西红灯亮，南北绿灯亮 开始 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 图 1 十字路口交通示意图 这 12 个交通灯共有 6 个状态： 南北红灯（ 1 7）亮 东西绿灯（ 6 12）亮 南北红灯（ 1 7）继续亮 东西绿灯（ 6 12）闪 南北红灯（ 1 7）继续亮 东西绿灯（ 5 11）亮 东西红灯（ 4 10）亮 南北绿灯（ 3 9）亮 东西红灯（ 4 10）继续亮 南北绿灯（ 3 9）闪 东西红灯（ 1 7） 继续亮 南北绿灯（ 2 8）亮 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 4 硬件部分 I/O 分配 交通灯控制系统共有一个输入点：启动按钮。输出信号有东西方向、南北方向两组指示灯驱动信号以及东西方向、南北方向的车辆运行指示灯驱动信号甲、乙。由于每一方向的指示灯中，同种颜色的指示灯运行情况相同，为节省输出点数，采用并联输出法。由此确定，系统所需的输入点数为 1，输出点数为 8，全部为开关量。 O 点分配如表一所示。 表一 （乙） 西车灯（甲） 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 统的硬件结构图 根据系统对 I O 口量的需求，选用 200 来完成设计，系统的硬件结构如图 2 所示。 2 系统的硬件结构 检测装置 交通灯 计数器 时器 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 接线形式 如图 3 所示 图 3 线图 端口 接入系统开关的传送信号，端口 起报警作用的信号灯，端口 口 东西绿灯，端口 东西黄灯，端口 东西黄灯， 南北黄灯。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 5 软件设计部分 控制系统的程序可分为两个模块：开始模块和十字路口信号灯控制模块。其中十字路口信 号灯控制模块是主模块。时间设定由定时器 (T)完成，通过不同的定时器的交替触发和定时来控制各个车道每个信号灯的亮灭时间。时间的设定可根据实际状况分时设置。根据控制任务要求，运用 件设计交通灯系统的梯形图程序， 如图 4。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 形图 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 句表 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 序图 图 4 十字路口交通灯时序 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 6 述 件结构 质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元 (如下图 2示 。 4件结构 央处理单元 (中央 处理单元 ( 查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器状态，并能诊断用户程序中语法错误。当 入运行时，首先它以扫描方式接收现场各输入装置状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，命令解释后按指令规定执行逻辑或算数运算结果送入I/所有用户程序执行完毕之后，最后将 I/此循环运行，直到停止运行。 进一步提高 靠性，近年来对大型 采用双 成冗余系统，或采用三 样，某个 个系统仍能正常运行。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 储器 存放系统软件存储器称为系统程序存储器。存放应用软件存储器称为用户程序存储器。 1、 用存储器类型 （ 1） 这是一种读 /写存储器 (随机存储器 )，其存取速度最快，由锂电池支持。 （ 2） 是一种可擦除只读存储器。断电情况下， 存储器内所有内容保持不变。紫外线连续照射下可擦除存储器内容 )。 （ 3） 是一种电可擦除只读存储器。使用编程器就能很容易对其所存储内容进行修改。 3 2、 储空间分配 各种 存储空间一般包括以下三个区域： （ 1）系统程序存储区 （ 2）系统 储区（包括 I/O 映象区和系统软设备等） （ 3）用户程序存储区 4 系统程序存储区：系统程序存储 区中存放着相当于计算机操作系统系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化 ，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该 能。 系统 储区：系统 储区包括 I/O 映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。 5 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 （ 1） I/O 映象区： 入运行后，输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，输出刷新阶段才将输出状态和数据送至相应外设。它需要一定数量存储单元 (存放 I/O 状态和数据 ，这些单元称作 I/O 映象区。一个开关量I/O 占用存储单元中一个位（ 一个模拟量 I/O 占用存储单元中一个字（ 16个 整个 I/关量 I/拟量 I/ （ 2）系统软设备存储区 ： I/O 映象区区以外，系统 储区还包括 辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）存储区。该存储区又分为具有失电保持存储区域和无失电保持存储区域，前者 内部锂电池供电，数据不会遗失；后者当 电时，数据被清零。 用户程序存储区 ：主 要用来存放用户的应用程序。所谓用户程序时指使用户根据工程现场的的产生过程和工艺要求编写的控制程序。次程序由使用者通过编程器输入到 便于用户随时修改。也可将用户程序存放在 。 入 /输出模块 输入 /输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的借口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量（压力、流量、温度、电压、电流）等，都要通过输入模块送到于这些信号电平各式各样，而可编程控制器 处理的信息只能是标准电平 ，所以输入模块还需将这些信号转换成 够接受和处理的数字信号。输入模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能接收的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。可编程控制器有多种输入 /输出模块其类型有数字量输入 /输出模块和模拟量输入 /输出模块。这些模块分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有不同的参数等级，主要有数字量输入 /输出模块和模拟量输入输出 /模块，部件上都设有接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于 部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存 电路。数字量输入模块带有广电耦合 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 电路，其目的是把 提高 字两输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。模拟量输入 /输出模块主要用来实现模拟量与数字量之间的转换，即 A/。由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入 /输出模块与 中央处理器连接。模拟量输入模块 A/D 转换后的二进制数字量，经光电耦合器和输出锁存器宇 。现在标准量程的模拟电压主要是 0 5 伏和 0 10 伏两 种。另外还有： 0 0 5 + 10 +10V， 0 10。模拟量输入模块接收标准量程的模拟电压或电流猴，把它转换成 8未、 10未或 12位的二进制数字信号，送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给执行机构。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 图 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 7 元件清单 小结 到了课程设计的时候，我们组分到了：基于 面对这个题目根据老师课堂讲的内容很快就确定了设计的方向，并与同学们名称 型号 数量 备注 计算机 1 可编程控制器 西门子 数据线 1 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 的合作解决遇到的问题。通过这次设计，我意识到了 程技术在现实中的广泛应用，并了解到自己学习中的不足之处，看到了理论与实践的差距。 通过一周的 计实践。我学会了 基本编程方法，对 工作原理和使用 方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到 的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对 理解得到加强，看到了实践与理论的差距。 通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的 阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。 通过此次课设，让我了解了 形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于 计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。实践不同于理论，理论上可行的设计，在考虑实际条件的种种影响下，必须有所取舍，有侧重，才能事半功倍，纸上得来终觉浅 ，绝知此事要躬行。 致 谢 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做学而不思则怠 ,做事要学思结合。 仅需要编程能力，更是要求设计者了解控制电路的时序关系，作用原理，在接到题目之后，通过查询资料对题目的所需要的编程器件，设计思路有了一定准备，但还是遇到了很多问题，感谢祝老师给予的及时指导和帮助，能够跳出我们的思维局限性，从更高的，宏观的层面和维度来分析问题， 给出中肯和针对性的建议，通过和同学的讨论，更是使我完善了自己能力的不足之处，并能使我们一起提高。感谢学校老师给我们提供实践的机会和条件，能够锻炼自己的实际动手能力，不仅停留在理论层面的学习，更要将所学转化为一种能力和素质，培养自己的工程实践经验，从最基础的课程设计做起，为实际动手操作，打实基础，因为只有实践，才能出真知。 参考文献 1 王永华 用技术 京航空航天大学出版社，2013 2 赵景波等 7械工业出版社， 2010 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 3 龚威，张树臣，王瀛 . 实例解读西门子 国电力出版社 ,2013 4 李国丽，朱维勇电子技术实验指导书合肥：中国科技大学出版社， 2000
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