交通信号灯PLC控制系统设计毕业设计(论文)格式.docx
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1、目录摘要 I 1 绪论11. 1 前言11. 2 目的11. 3 任务和要求 12 整体结构设计22. 1 整体控制设计 22. 2 工作原理分析32. 3 系统的总体逻辑设计43 整体电路设计104 仿真运行图11 结束语 12 参考资料131 绪论1. 1 前言随着社会的不断进步和发展,人们的消费水平不断的提高,私人车辆不断的增加, 人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。在一个交通十字路口,如果还是像以 前一样由单纯的一种信号灯和交通警察的协调来维持交通是不够的,这就需要设计各种 交通指挥自动化系统来完成这些复杂的工作,从而使交通指挥系统更加有秩序,更加安 全。十字交叉路口交通灯信号
2、控制器就是在此环境下萌生的,用来指挥十字路口车辆的 停通,使红绿灯指挥系统实现自动化,无人化。交通灯是我们最常见的系统,随着科技的日益创新,交通灯的设计也多式多样,不 同的地点不同的路况需要不同的交通灯,但其设计原理都是大同小异的。我们这次的设 计是用硬件实现交通灯的全部功能。这里用简单的电路来介绍交通灯的工作原理。介绍了数字电子技术中非常重要的几 个芯片:定时器 NE555、4 位十进制可逆同步计数器(双时钟)74LS 192、七段显示译 码器 74LS 48、带小数点(DP)的七段数码管、数据分配器 74LS 138。1. 2 目的通过课程设计,使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解,
3、学会查寻资料、 方案设计、方案比较,以及单元电路设计计算等环节,进一步提高学生综合运用所学知 识的能力,提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领, 通过此综合训练, 为以后毕业设计打下一定的基础。1. 3 任务和要求任务:设计一个由一条主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口交通信号 灯控制电路。要求:(1)用红绿黄三色发光二极管作信号灯。(2)主、支干道交替通行。主干道每次放行 45 秒,支干道每次放行 25 秒。设计45 秒和 25 秒的计时显示电路。(3)在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间,要亮 5 秒黄灯作为过渡,以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外,设
4、计 5 秒的计时显示电路。 上述时间可以酌情修改并在以上基础上发挥。2 整体结构设计2. 1 整体控制设计分析系统的逻辑功能,画出交通灯控制系统的原理框图如图 2. 1 所示。它主要由控 制器、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;控制器是系统的核心,由它控制定时器和译码器的工作。译码器的主要任 务是将控制器的输出 Q1、 Q0 的 4 种工作状态,翻译成主、支车道上 6 个信号灯的工作 状态。计时模块用来设定主干道和支干道计时器的初值,并为扫描显示译码模块提供倒 计时时
5、间。图 2 . 1 交 通 灯 控 制 原 理 框 图图 2. 1 中:TH: 表示主干道绿灯亮的时间间隔为 45 秒, 即车辆正常通行的时间间隔。定时时 间到,TH=1,否则,TH=0。TL: 表示支干道绿灯亮的时间间隔为 25 秒,即车辆正常通行的时间间隔。定时时 间到,TL=1,否则,TL=0。TY:表示黄灯亮的时间间隔为 5 秒。定时时间到,TY=1, 否则,TY=0。 ST:表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。2. 2 工作原理分析根据设计要求可知交通信号灯工作过程可分为以下四阶段,并实现其循坏。(1)主干道绿灯亮,支干道红灯亮
6、。表示主干道上的车辆允许通行,支干道禁止通 行。绿灯亮足规定的时间隔 TH时,控制器发出状态信号 ST,转到下一工作状态。(2)主干道黄灯亮,支干道红灯亮。表示主干道上未过停车线的车辆停止通行,已 过停车线的车辆继续通行,支干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔 TY 时,控制器发 出状态转换信号 ST,转到下一工作状态。(3)主干道红灯亮,支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行,支干道上的车辆允许通 行。绿灯亮足规定的时间间隔 TL 时,控制器发出状态转换信号 ST,转到下一工作状态。(4)主干道红灯亮,支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行,支干道上位过县停车线 的车辆停止通行,已过停车线的车辆停止通行,
7、已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足 规定的时间间隔 TY 时,控制器发出状态转换信号 ST,系统又转换到第(1)种工作状态。按上述分析交通灯的工作状态为如下四种,分别为 S0: 主干道绿灯,支干道红灯;S1: 主干道黄灯,支干道红灯;S2: 主干道红灯,支干道绿灯;S3: 主干道红灯,支干道黄灯。 状态转换图如图 2. 2 所示。TY=1, ST=1S 0S 3TH=1, ST=1TL=1, ST=1S 1TY=1, ST=1S 2图 2 . 2 状 态 转 换 图2. 3 系统的总体逻辑设计控制电路总逻辑图初步描述各单元电路的连接,如图 2. 3 所示。图 2 . 3 控 制 电 路 总 逻
8、 辑 图(1)控制器的初始状态为 S 0( 用状态框表示 S 0) ,当 S 0 的持续时间小于 25 秒时, TL=0( 用判断框表示 TL) ,控制器保持 S 0 不变。只有当 S 0 的持续时间等于 25 秒时, TL=1,控制器发出状态转换信号 ST( 用条件输出框表示 ST) ,并转换到下一个状态。依此类推即可。图 2 - 4交 通 灯 控 制 器 ASM(2)控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态 的转换。它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从 ASM图列出了控 制器的状态转换表,如表 2- 2 所示。选用两个 D触发器 FF1、FF0
9、 做为时序寄存器产生 4n n种状态,控制器状态转换的条件为 TL 和 TY,当控制器处于 Q1 Q0 =00 状态时,如果 TL=0,则控制器保持在 OO状态;如果 TL=1,则控制器转换到 Q1n+1Qn+10=01 状态。这两种情况与条件 Ty 无关,所以用无关项“表示。其余情况依次类推,同时表中还列出了状态转 换信号 ST。表 2 - 2 控 制 器 状 态 转 换 表输入输出现态状态转换条件次态状态转换信号nQ1nQ0TLTYn+1Q1n+1Q0STO0OOOO0OlO11010O1OOl1lll1l01101l1l011O01001Ol00l根据表 2- 2,可以推出状态方程和转换
10、信号方程,即将 Q1n+1、Q0n+1和 ST 为 l 的项所对应的输入或状态转换条件变量相与,其中“l ”用原变量表示,“0”用反变量表 示,然后将各与项相或,即可得到下面的方程:根据以上方程,选用数据选择器 74LSl53 来实现每个 D触发器的输入函数,将触nn发器的现态值( Q1 、Q0 ) 加到 74LS 153 的数据选择输入端作为控制信号,即可实现控制器的功能。控制器状态编码与信号灯关系如下表:表 2 - 3 控 制 器 状 态 编 码 与 信 号 灯 关 系 表状态AGAYARBGBYBR001O00O10lOlOO0111OOllO010OOl0lO(3)译码器的主要任务是将
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