交通燈控制器設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)能力拓展訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)說明書目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)思路21.1 設(shè)計(jì)任務(wù)21.2設(shè)計(jì)思路22 設(shè)計(jì)方案與方案選擇22.1 單片機(jī)設(shè)計(jì)方案22.2 PLC設(shè)計(jì)方案22.3 方案選擇23 可編程控制器（PLC）概述33.1 可編程控制器的歷史背景33.2 可編程控制器的定義33.3 可編程控制器的功能34 PLC梯形圖設(shè)計(jì)與仿真44.1梯形圖設(shè)計(jì)44.2梯形圖仿真運(yùn)行55 人機(jī)界面(HMI)設(shè)計(jì)與仿真85.1HMI顯示界面設(shè)計(jì)85.2HMI仿真運(yùn)行85.3 畫面cycle宏指令106 控制與調(diào)試116.1梯形圖控制與調(diào)試116.2 HMI控制與調(diào)試117總結(jié)12參考文獻(xiàn)13交通燈控制器設(shè)

2、計(jì)1 設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)思路1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)交通燈控制器實(shí)現(xiàn)南北和東西方向的交通控制，利用控制鍵對通行時(shí)間進(jìn)行控制，可更改方向與通行時(shí)間的調(diào)整。分別顯示東西、南北方向的紅、黃、綠指示燈，并且顯示通行與等待時(shí)間。1.2設(shè)計(jì)思路交通燈系統(tǒng)啟動(dòng)后，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作。首先東西方向紅燈亮25秒，同時(shí)南北方向綠燈亮15秒，綠燈閃爍5秒，黃燈亮5秒。 然后南北方向紅燈亮25秒，同時(shí)東西方向綠燈亮15秒，綠燈閃爍5秒，黃燈亮5秒。如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)路口交通燈顯示。在整個(gè)過程中東西方向和南北方向均有倒計(jì)時(shí)顯示。2 設(shè)計(jì)方案與方案選擇2.1 單片機(jī)設(shè)計(jì)方案使用protues軟件畫出控制原理圖，采用AT89S

3、52單片機(jī)。使用Keil軟件進(jìn)行控制程序的編寫，通過控制P0P3口的輸入輸出電平控制四個(gè)方向LED燈的亮滅來模擬東西、南北方向的交通燈工作，數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)來模擬東西、南北向交通燈的倒計(jì)時(shí)。2.2 PLC設(shè)計(jì)方案使用臺(tái)達(dá)WPLsoft軟件設(shè)計(jì)PLC梯形圖并仿真運(yùn)行。使用臺(tái)達(dá)DOPsoft設(shè)計(jì)出交通燈控制的人機(jī)界面（HMI）模擬運(yùn)行交通燈的工作畫面。2.3 方案選擇由于PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，通用性強(qiáng)，編程與程序修改方便，維護(hù)調(diào)試方便等特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需要及時(shí)調(diào)整運(yùn)行。所以本次設(shè)計(jì)我采用可編程控制器PLC進(jìn)行交通燈控制器的設(shè)計(jì)。3 可編程控制器（PLC）概述3.1 可編程控制器的歷史

4、背景1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC，在美國通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可行性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。3.2 可編程控制器的定義可編程控制器是一種數(shù)字式的電子儀器，可以存儲(chǔ)某些邏

5、輯、定序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和四則運(yùn)算等特殊功能指令，用以控制機(jī)械和生產(chǎn)過程。3.3 可編程控制器的功能1、數(shù)據(jù)采集與輸出。 2、控制功能。 包括順序控制、邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等。 3、數(shù)據(jù)處理功能。包括基本數(shù)學(xué)運(yùn)算、比較、對字節(jié)的運(yùn)算、PID運(yùn)算、濾波等。 4、輸入/輸出接口調(diào)理功能。 具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)，具有溫度、運(yùn)動(dòng)等測量接口。 5、通信、聯(lián)網(wǎng)功能。 現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái) PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通

6、信，外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器的信號(hào)處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成"集中管理、分散控制"的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機(jī)。 6、支持人機(jī)界面功能。提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 7、編程、調(diào)試等，并且大部分支持在線編程。4 PLC梯形圖設(shè)計(jì)與仿真4.1梯形圖設(shè)計(jì)圖4.1 梯形

7、圖總圖4.2梯形圖仿真運(yùn)行開始運(yùn)行的前半周期：南北方向紅燈亮25秒，如下圖：圖4.2 南北方向紅燈亮同時(shí)東西方向綠燈亮15秒后閃爍5秒，如下圖：圖4.3 東西方向綠燈亮圖4.4 東西方向綠燈閃爍東西方向綠燈閃爍5秒后黃燈亮5秒，如下圖：圖4.5東西方向黃燈亮后半周期：東西方向紅燈亮25秒，如下圖：圖4.6 東西方向紅燈亮同時(shí)南北方向綠燈亮15秒后閃爍5秒，如下圖：圖4.7 南北方向綠燈亮圖4.8 南北方向綠燈閃爍南北方向綠燈閃爍5秒后黃燈亮5秒圖4.9 南北方向黃燈亮執(zhí)行完一個(gè)周期后返回開始位置循環(huán)執(zhí)行圖4.10 返回程序5 人機(jī)界面(HMI)設(shè)計(jì)與仿真5.1HMI顯示界面設(shè)計(jì)圖5.1 HMI

8、顯示界面5.2HMI仿真運(yùn)行開始運(yùn)行的前半周期：南北方向紅燈亮25秒，同時(shí)東西方向綠燈亮15秒、閃爍5秒后東西方向黃燈亮5秒，如下圖：圖5.2 東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮圖5.3 東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮后半周期東西方向紅燈亮25秒，同時(shí)南北方向綠燈亮15秒、閃爍5秒后南北方向黃燈亮5秒，如下圖：圖5.4 東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮圖5.5東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮5.3 畫面cycle宏指令LABEL 1BITOFF $100.1 BITOFF $101.1BITON $102.1BITON $103.1BITOFF $104.1BITOFF $105.1$200 = 20

9、$201 = 25FOR 15DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXTFOR 5DELAY 500BITNOT $102.1DELAY 500BITNOT $102.1$200=$200-1$201=$201-1NEXTBITOFF $102.1BITON $101.1$200 = 5FOR 5DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXTBITON $100.1 BITOFF $101.1BITOFF $102.1BITOFF $103.1BITOFF $104.1BITON $105.1$200 = 25$201 = 20FOR 1

10、5DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXTFOR 5DELAY 500BITNOT $105.1DELAY 500BITNOT $105.1$200=$200-1$201=$201-1NEXTBITOFF $105.1BITON $104.1$201 = 5FOR 5DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXTGOTO LABEL 16 控制與調(diào)試6.1梯形圖控制與調(diào)試通過調(diào)整梯形圖延時(shí)程序“TMR Tn1 Kn2”中的n2可調(diào)整交通燈的亮燈時(shí)間。如東西方向綠燈亮燈時(shí)間從15秒改為60秒，相應(yīng)的程序改為“ TMR T10 K600”。

11、6.2 HMI控制與調(diào)試通過調(diào)整宏指令的延時(shí)課調(diào)整交通燈的亮燈時(shí)間。如南北方向綠燈亮燈時(shí)間從15秒改為60秒，相應(yīng)的宏指令改為：FOR 60DELAY 1000$200=$200-1$201=$201-1NEXT7總結(jié)在本次能力拓展課程設(shè)計(jì)中，我綜合運(yùn)用目前所學(xué)的電路原理、電氣控制與可編程控制器（PLC）等專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)及臺(tái)達(dá)WPLsoft、DOPsoft仿真軟件，較好地設(shè)計(jì)出了課題，符合要求。通過解決設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題，提高了我發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，使理論知識(shí)更好地與實(shí)踐相結(jié)合。相比以前單純的理論知識(shí)，課設(shè)激發(fā)了我對專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情，在研究分析并設(shè)計(jì)所選課題過程中，通過查閱書本資料，通過網(wǎng)絡(luò)查詢，通過詢問老師與同學(xué)等方式解決問題，鞏固了我對各學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)方法與渠道。能力拓展課程設(shè)計(jì)是專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練。通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深地體會(huì)到要進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，需要認(rèn)真地、腳踏實(shí)地做好每一步，為今后能在社會(huì)中穩(wěn)定地工作、生存打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電路仿真過程是一個(gè)學(xué)習(xí)且運(yùn)用的過程，通過這次課程設(shè)計(jì)的仿真，我能更加熟練地使用PLC仿真軟件，對以后的學(xué)習(xí)、工作有很大幫助。通過本次課程設(shè)計(jì)，我對目前所學(xué)專業(yè)課程書中出現(xiàn)的知識(shí)有了更深層次的了解，比如延時(shí)設(shè)計(jì)、PLC步進(jìn)指令的運(yùn)用等。將書中知識(shí)在生產(chǎn)、生活中實(shí)踐與應(yīng)用，為今后構(gòu)建智能化社會(huì)提供了有力保障