基于plc的交通灯控制系统

课

程

设

计

课程名称：PLC的原理与应用

题目：基于PLC的交通灯控制系统系、专业：电气自动化

目录

摘要 (3)

一、系统总体方案设计 (3)

1.1 系统设计任务要求 (3)

1.2系统总框图 (4)

1.3系统工作原理 (4)

1.4 方案论证与比较 (4)

1.4.1PLC控制交通灯 (4)

1.4.2FPGA控制方式 (5)

1.4.3单片机8255扩展方式 (6)

1.4.4单片机74LS164扩展方式 (6)

二、硬件设计..............................................................................72.1 PLC简介.................................................................................72.2 红绿灯显示电路设计..................................................................82.3 倒计时电路..............................................................................92.4 报警提示电路 (9)

三、软件设计 (10)

3.1程序设计思想 (10)

3.2系统程序流程图 (10)

3.3 PLC梯形图编程优点 (11)

四、系统调试与仿真 (11)

五、心得体会 (12)

参考文献 (13)

附录1整机原理图 (14)

附录2本交通灯设计系统源程序 (14)

摘要：本文论述了基于PLC的交通灯模拟控制系统, 该系统根据实际公路交通灯情况进行东西和南北方向的切换控制，通过数码管显示和箭头指示来指挥车辆的轮流流通，采用高亮度数码管和发光二极管模拟交通灯的实际情况。该系统具有贴近生活、实用性强、操作简单、扩展性好等特点。

关键词：PLC; 交通灯; 模拟控制

一、系统总体方案设计

1.1系统设计任务要求

1.1.1任务

设计并制作一个能对东、西、南、北方向进行控制和显示的一个自动化交通灯系统。

1.1.2要求

（1）基本要求

①控制功能：能分别对东、西、南、北四个方向进行合理的控制，其中向右转要求能够一直通行；

②显示功能：能实现显示当前倒数的时间。采用七段LED数码管来显示；

③报警功能：当其中某个方向的灯坏了或者某个线路有问题时，能够及时报警。

（2）发挥部分

①能实时测定车辆的数量；

②能根据车辆的数量合理变更不同的通行方案；

③其他功能。

1.2 系统总框图

图1.2.1 系统总方框图

1.3 系统工作原理

本系统采用FXON系列PLC作为主控器，设计的最小交通灯模拟系统。

硬件方面：红绿灯指示、倒计时显示采用高亮度发光二极管和数码管。

软件方面：使用PLC的普通I/O口进行数据传送，完成数码管送数和红绿灯箭头指示，实现模拟交通灯指挥系统。

南北方向倒计时显示和红绿灯指示状态一致，东西方向倒计时显示和红绿灯指示状态一致。因此可以用7个I/O口作为数码管送数。用6个I/0口作为红绿黄灯指示信号的传送，用一个普通I/O口输出一个CMOS逻辑电平点亮右行绿灯，使右行车辆一直可以通行；用一个普通I/O口作为报警信号输出提醒。

1.4方案论证与比较

方案一：PLC控制交通灯

此方案选用三菱FX0N系列PLC作为核心控制器。PLC可编程控制器核心是一台微型计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有高可靠性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程;该控制系统由启动按钮、复位按钮、PLC控制器件、东西通道的灯指示与计时、南北通道的灯指示与计时、定时器组成。它采用模块化结构，编程简单，安装简

单，维修方便。

如图所示是PLC硬件系统结构框图

图1.4.1 系统结构框图

方案二：FPGA控制方式

此方案采用FPGA作为主控器，采用状态设计，每来一个时钟1Hz脉冲倒计时数码减一和箭头指示；用500HZ的时钟频率扫描数码管显示, 用12MHZ时钟分频成两个时钟频率。FPGA除了完成交通灯控制、存储和显示功能外，还可进行人机交互，实现定时器延时可调。交通灯控制系统的原理框图如图1.5.2所示。它主要由箭头指示、倒计时显示、语音提示、FPGA控制器、键盘、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

状态转换过程：

表1.4.1 状态转换过程

图1.4.2交通灯控制系统的原理框图

方案三：单片机8255扩展方式

此方案采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O 接口芯片8255A 为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯指示；红绿灯循环点亮，倒计时显示（交通灯信号通过PA 口输出，显示时间直接通过8255的PC 口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可能过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。总体方框1.4.3下：

状态 直行灯（南北） 左转灯（南北） 直行灯（东西） 左转灯（东西） 有效状态 红 黄 绿 红 黄 绿 红 黄 绿 红 黄 绿 S0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 60 S1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 40 S2 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 30 S3 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 S4 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 15 S5 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 5 S6 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 45 S7

0 1

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1

1

1

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