【正文】 寧夏大新華學(xué)院學(xué)院2012屆畢業(yè)論文基于FX的戶外霓虹燈飾控制方法研究畢業(yè)論文 目 錄1前言 目的 3 32霓虹燈的發(fā)展背景及其方向 4 4 4 5 63 PLC概述 8 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展 8 PLC國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀 8 PLC的主要特點(diǎn) 9 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 10 PLC的結(jié)構(gòu) 11 PLC的工作過程 134 PLC控制霓虹燈的控制要求和內(nèi)容 16 16 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 18 19 195霓虹燈控制系統(tǒng)及硬件設(shè)計 23 23 23 25 26 266結(jié) 論 46參考文獻(xiàn) 47致 謝 48外文翻譯 491前言、目的首先，撰寫論文是通過結(jié)合科研課題，把學(xué)過的專業(yè)知識運(yùn)用于實(shí)際，在理論和實(shí)際結(jié)合過程中進(jìn)一步消化、加深和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識，并把所學(xué)的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為分析和解決問題的能力。其次，在搜集材料、調(diào)查研究、接觸實(shí)際的過程中，既可以印證學(xué)過的書本知識，又可以學(xué)到許多課堂和書本里學(xué)不到的活生生的新知識。此外，我們在畢業(yè)論文寫作過程中，對所學(xué)專業(yè)的某一側(cè)面和專題作了較為深入的研究，會培養(yǎng)學(xué)習(xí)的志趣，這對于我們今后確定具體的專業(yè)方向，增強(qiáng)攀登某一領(lǐng)域科學(xué)高峰的信心大有裨益。 畢業(yè)設(shè)計目的如下：(1)通過閱讀有關(guān)資料對當(dāng)前計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展有進(jìn)一步的了解。(2)融匯、貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)理論知識。(3)綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識和技能提高獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。 (4)培養(yǎng)和提高與設(shè)計群體合作、相互配合的工作能力。霓：有時在虹的外側(cè)還能看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，色序是外紫內(nèi)紅，與虹相反。 　　虹：原意也是一種自然現(xiàn)象，就是彩虹，也是七彩的，色序從外至內(nèi)分別為：赤、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。霓虹燈：夜間用來吸引顧客，或裝飾夜景的彩色燈，所以用“霓虹”這兩種美麗的東西來作為這種燈的名字。霓虹是英文NEON的音譯。霓虹燈是城市的美容師，每當(dāng)夜幕降臨時，華燈初上，五顏六色的霓虹燈就把城市裝扮得格外美麗。霓虹燈是英國化學(xué)家拉姆賽在一次實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)的。1898年6月，拉姆賽和他的助手正在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，目的是檢查一種稀有氣體是否導(dǎo)電。拉姆賽把一種稀有氣體注射在真空玻璃管里，然后把封閉在真空玻璃管中的兩個金屬電極連接在高壓電源上，聚精會神地觀察這種氣體能否導(dǎo)電。突然，一個意外的現(xiàn)象發(fā)生了：注入真空管的稀有氣體不但開始導(dǎo)電，而且還發(fā)出了極其美麗的紅光。這種神奇的紅光使拉姆賽和他的助手驚喜不已，他們打開了霓虹世界的大門。拉姆賽把這種能夠?qū)щ姴⑶野l(fā)出紅色光的稀有氣體命名為氖氣。后來，他繼續(xù)對其他一些氣體導(dǎo)電和發(fā)出有色光的特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，相繼發(fā)現(xiàn)了氙氣能發(fā)出白色光，氬氣能發(fā)出藍(lán)色光，氦氣能發(fā)出黃色光，氪氣能發(fā)出深藍(lán)色光……不同的氣體能發(fā)出不同的色光，五顏六色，猶如天空美麗的彩虹。霓虹燈也由此得名。2霓虹燈的發(fā)展背景及其方向霓虹燈的雛形最早出現(xiàn)在19世紀(jì)末、20世紀(jì)初。霓虹燈正式誕生的標(biāo)志是1910年世界上第一支商業(yè)性霓虹燈在巴黎的皇宮大廈作照明裝飾獲得成功。從此霓虹燈作為一種有效的廣告商業(yè)媒介。很快在全世界各國開花結(jié)果，它的優(yōu)越性被充分認(rèn)識，得到社會的普遍承認(rèn)和歡迎，于本世紀(jì)20年代在世界各國得到迅速發(fā)展。霓虹燈于1926年傳入我國。直到改革開放，國民經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，霓虹燈工業(yè)才迎來第二個春天。今天，中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速健康發(fā)展，使各地商貿(mào)、餐飲及文化娛樂事業(yè)日益繁榮，越來越多的城市已經(jīng)亮化。美化工程引進(jìn)城市建設(shè)發(fā)展規(guī)劃，霓虹燈已成為不可缺少的夜間文化。由于霓虹燈具有光線均勻連續(xù)的特點(diǎn)，在裝飾照明市場中，得到廣泛的應(yīng)用已有很多年。在商業(yè)領(lǐng)域的門面、招牌、字幕廣告、酒店酒吧、建筑物輪廓等裝飾照明場所都有霓虹燈閃爍的身影。但是，傳統(tǒng)霓虹燈采用的是玻璃燈管，存在包裝運(yùn)輸時易破碎及不易制作、安裝等缺陷。很久以前，人們就期望能把小燈泡安裝在電線里用于裝飾和照明。如今，這種燈已遍布?xì)W、美、亞各國，走進(jìn)了大街小巷，走進(jìn)了人們的生活中。我們把這種柔軟、似管狀的長條形燈具統(tǒng)稱為“軟管燈”。（1）高效率霓虹燈是依靠燈光兩端電極頭在高壓電場下將燈管內(nèi)的惰性氣體擊燃，它不同于普通光源必須把鎢絲燒到高溫才能發(fā)光，造成大量的電能以熱能的形式被消耗掉，因此，用同樣多的電能，霓虹燈具有更高的亮度。（2）溫度低，使用不受氣候限制霓虹燈因其冷陰極特性，工作時燈管溫度在60176。C以下，所以能置于露天日曬雨淋或在水中工作，同樣在其工作特性，霓虹燈光譜具有很強(qiáng)的穿透力，在雨天或霧天仍能保持較好的視覺效果。（3）低能耗在技術(shù)不斷創(chuàng)新的時代，霓虹燈的制造技術(shù)及相關(guān)零部件的技術(shù)水平頁在不斷進(jìn)步。新型電極、新型電子變壓器的應(yīng)用，使霓虹燈的耗電量大大降低，由過去的每米燈管耗電56瓦降到現(xiàn)在的每米燈管耗電12瓦。（4）壽命長霓虹燈在連續(xù)工作不斷電的情況下，壽命達(dá)一萬小時以上，這一優(yōu)勢是其他任何電光源都難以達(dá)到的。（5）制作靈活，色彩多樣 霓虹燈是由玻璃管制成，經(jīng)過燒制，玻璃管能彎曲成任意形狀，具有極大的靈活性，通過選擇不同類型的管子并充入不同的惰性氣體，霓虹燈能得到五彩繽紛、多種顏色的光。 （6）動感強(qiáng)，效果佳，經(jīng)濟(jì)實(shí)用 霓虹燈畫面由常亮的燈管及動態(tài)發(fā)光的掃描管組成，可設(shè)置為跳動式掃描，漸變式掃描、混色變色七種顏色掃描。掃描管由裝有微電腦芯片編程的掃描機(jī)控制，掃描管按編好的程序亮或滅，組成一副副流動的畫面，似天上彩虹、象人間銀河、更酷似一個夢幻世界，引人入勝，使人難以忘懷。因此、霓虹燈是一種投入較少、效果強(qiáng)烈、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的廣告形式。霓虹燈是一種冷陰極的低壓氣體輝光放電管，內(nèi)置沒有燈絲的電極，由高壓轟擊產(chǎn)生冷電子發(fā)射，激發(fā)弧光放電使管內(nèi)氣體原子受激輻射發(fā)光。霓虹燈管工作時呈現(xiàn)負(fù)阻特性，需要由專用的高壓變壓器（3KV~6KV，15~60mA）來驅(qū)動，在霓虹燈起輝瞬間能夠提供較高的擊穿電壓，穩(wěn)定發(fā)光后將電壓降到一個較低的數(shù)值，因此驅(qū)動變壓器具有鎮(zhèn)流作用。為了改善其工作特性和得到指定的顏色，常常充入幾百帕斯卡壓強(qiáng)的惰性氣體與少量的金屬汞。如果在燈管中充入純氖氣、汞氖氣、汞氬氣，或者涂覆熒光粉將顯示不同的顏色。一個能夠獨(dú)立控制的霓虹燈管只能顯示一種顏色，若要顯示人眼可見的豐富的色彩，需要用幾種單色的燈管通過加色法混合產(chǎn)生。常用的方法是由紅綠蘭三個基色組合構(gòu)成一個彩色顯示單元，如果分別控制這三個基色燈管的亮滅，就可以產(chǎn)生七種顏色。分別是：紅色、紅色+綠色=黃色、綠色、綠色+蘭色=青色、蘭色、蘭色+紅色=紫色、紅色+綠色+蘭色=白色。如果通過微處理器分別控制這三個基色燈管的亮度，那么可以合成千變?nèi)f化的色彩，與控制霓虹燈管亮滅方式不同。若三個燈管的亮度同向同幅度變化，合成色將產(chǎn)生飽和度的變化（顏色深淺）；若三個燈管的亮度分別自由變化，合成色將產(chǎn)生色調(diào)的變化（顏色不同）。如果每個基色燈管的亮度調(diào)節(jié)范圍不大于128級，那么三基色合成顏色的最大數(shù)目約為200萬色。霓虹燈的亮度調(diào)節(jié)和色彩合成需要專用的調(diào)光控制設(shè)備。早期的霓虹燈控制采用機(jī)械式高壓跳機(jī)實(shí)現(xiàn)，可靠性差、干擾大、速度慢、故障率高，現(xiàn)在已經(jīng)難覓蹤影。隨著霓虹燈技術(shù)的進(jìn)步，廣泛采用微電子技術(shù)設(shè)計實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的靈活性和較高的可靠性。既可以對霓虹燈進(jìn)行亮滅控制，又可以進(jìn)行數(shù)字化調(diào)光混色，產(chǎn)生千變?nèi)f化、五彩繽紛的色彩，大大地增強(qiáng)了霓虹燈的渲染效果，代表了霓虹燈調(diào)光技術(shù)的最新水平，是霓虹燈控制技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。（1） 多功能彩燈控制器，一般采用時序邏輯集成電路設(shè)計，電路使用了一片四D鎖存器74LS175。通過設(shè)置五選一跳線，最多有5個控制花樣可以選擇，電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，穩(wěn)定可靠，大量應(yīng)用于流水燈和跑馬燈帶的控制。另一種方案采用彩燈專用集成電路SH803或者SH805設(shè)計。片載同步過零檢測器，SH805內(nèi)置的控制花樣多達(dá)16種，通過一個輕觸按鍵選擇并鎖定花樣，并有漸變調(diào)光效果，其簡易設(shè)計版本大量地應(yīng)用于各種節(jié)日彩燈串的控制。（2） 普通型霓虹燈程序控制器，可以按照預(yù)定的程序?qū)δ藓鐭魧?shí)現(xiàn)復(fù)雜化和多樣化的控制。用異步二進(jìn)制分頻器4024取得電網(wǎng)的同步信號，采用異步地址發(fā)生器4040驅(qū)動程序存儲器，順序取出先前定制的燈光控制程序，用來驅(qū)動數(shù)據(jù)端口上的三極管。這種程序控制器設(shè)計可靠，技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，采用同步過零觸發(fā)技術(shù)，減少了對電網(wǎng)的污染，提高了可控硅的可靠性，無感應(yīng)，沖擊小，有大量的掃描程序支持，是業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品。（3） 超級彩燈控制器，本質(zhì)上仍然是程序控制器，只是電路結(jié)構(gòu)及其適用范圍有些不同，沒有設(shè)計同步及過零檢測電路，適合于單機(jī)獨(dú)立使用。使用4060作為地址發(fā)生器驅(qū)動存儲器，將整個存儲器空間均勻地分割為32個程序段，內(nèi)置多種千變?nèi)f化的彩燈程序，通過設(shè)置五位DIP開關(guān)可以選擇任何一段，也可以取下1~3個跳線隨意實(shí)現(xiàn)2~8段程序的組合應(yīng)用；通過三位DIP開關(guān)可以設(shè)定2~8路控制輸出，能夠非常靈活地應(yīng)用到各種小規(guī)模的燈光控制中。（4） 調(diào)光型霓虹燈程序控制器，采用常規(guī)的集成電路如運(yùn)算放大器、異步地址發(fā)生器和只讀程序存儲器設(shè)計，是從普通型霓虹燈程序控制器演化得到的，但結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些。由兩個運(yùn)放單元PB和PD進(jìn)行同步信號的取樣、延遲和整型，以便在交流電過零點(diǎn)附近取得下跳沿的同步脈沖用于地址計數(shù)，由4040和4024級聯(lián)組成15位地址發(fā)生器，驅(qū)動四片程序存儲器并行工作。程序存儲器的每字節(jié)數(shù)據(jù)是由兩組霓虹燈的亮度值組合構(gòu)成的，也就是用半個字節(jié)數(shù)據(jù)表示一組霓虹燈亮度，范圍是0~16級，八組燈管共四個字節(jié)復(fù)合數(shù)據(jù)順序地存儲到四片存儲器的相同地址之中。相應(yīng)地，每片程序存儲器的8位數(shù)據(jù)端口被分為兩組，每組通過4位數(shù)據(jù)總線傳送到由運(yùn)放構(gòu)成的權(quán)值加法器中，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換得到模擬信號，但還不能直接用于觸發(fā)可控硅進(jìn)行調(diào)光，需要進(jìn)一步的脈沖轉(zhuǎn)換。從運(yùn)放PE得到過零點(diǎn)附近的正幅值窄脈沖，由其后的單向RC積分網(wǎng)絡(luò)完成類鋸齒波的轉(zhuǎn)換，這個類鋸齒波的形狀就是電容的放電波形，盡管不一定與霓虹燈的亮度曲線完全相符，但需要用它進(jìn)行脈沖甄別，將來自權(quán)值加法器的模擬亮度值轉(zhuǎn)換為不同時刻的觸發(fā)脈沖，從而改變了可控硅的導(dǎo)同角，最終得到了連續(xù)變化的燈管亮度。雖然這種電路可以實(shí)現(xiàn)基本的調(diào)光功能，但本身所固有的缺陷是難以克服的。主要原因是霓虹燈視覺亮度的非線性無法用簡單的類鋸齒波來模擬，用類鋸齒波作為參考電平進(jìn)行波形甄別而得到的觸發(fā)脈沖序列與霓虹燈的亮度特性不能一致，可能會產(chǎn)生亮度分布不均勻的問題。雖然可以通過復(fù)雜的RC網(wǎng)絡(luò)得到與實(shí)際亮度曲線相近的波形，但元件參數(shù)對調(diào)光效果有較大的影響，參數(shù)變動的靈敏度較高。例如對于圖五中的由DR5和C1組成的簡單的單向網(wǎng)絡(luò)中，如果C1沒有深度放電就被充電返回，將嚴(yán)重影響霓虹燈的調(diào)光級別，亮度級數(shù)大大減少，調(diào)光效果粗糙；又如串聯(lián)在加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)R15~R18回路中的一支電阻，參數(shù)必須準(zhǔn)確，否則將影響數(shù)模轉(zhuǎn)換的動態(tài)范圍，最終影響觸發(fā)脈沖序列出現(xiàn)的間距，使調(diào)光范圍變窄。另一個原因是16級的調(diào)光范圍小一些，調(diào)光效果較差，不能滿足更高級別的調(diào)光需要。這種電路使用四片程序存儲器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，可靠性低，是霓虹燈調(diào)光的初級產(chǎn)品，現(xiàn)在已很少使用，基本上被漸變型霓虹燈數(shù)碼調(diào)光器所取代。（5）漸變型霓虹燈數(shù)碼調(diào)光器，采用微處理器MCU設(shè)計，性能要高于調(diào)光型霓虹燈程序控制器，與普通的霓虹燈控制器有著本質(zhì)的區(qū)別。通過二進(jìn)制計數(shù)器提供地址來驅(qū)動調(diào)光方向控制碼存儲器和調(diào)光增量存儲器，將存儲在兩片存儲器的同一地址的調(diào)光方向控制碼和調(diào)光增量，分別通過兩個I/O端口傳送給MCU，沒有使用MCU的外部數(shù)據(jù)空間。加載到I/O端口上的數(shù)據(jù)保持時間與速度設(shè)置值相關(guān)，一般為數(shù)十毫秒。MCU每隔10ms分別讀一次兩個I/O端口，得到“復(fù)合調(diào)光增量調(diào)光方向控制碼”數(shù)據(jù)對兒，盡管這個數(shù)據(jù)對兒可能與上個周期相同。為了降低存儲器的使用數(shù)目，簡化電路設(shè)計，可以將調(diào)光方向控制碼和調(diào)光增量交叉合并到一片較大容量的存儲器中，但電路結(jié)構(gòu)需要改變，因?yàn)樾枰诿總€調(diào)光周期迅速讀入兩字節(jié)的“復(fù)合調(diào)光增量調(diào)光方向控制碼”數(shù)據(jù)對兒，所以必須將存儲器的最低地址線改由MCU控制，以便快速變換地址。進(jìn)一步說，如果需要在一個調(diào)光周期連續(xù)讀入8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，那么就需要由MCU控制存儲器的三根最低地址線。采用CMOS硬件地址計數(shù)器驅(qū)動存儲器的設(shè)計方法，出現(xiàn)地址錯誤的幾率小一些，抗干擾能力強(qiáng)于軟件數(shù)據(jù)指針。但也有問題，MCU不能進(jìn)行有效的地址備份，地址計數(shù)器一旦發(fā)生錯誤，MCU無法得到當(dāng)前的數(shù)據(jù)位置，也就無從正確恢復(fù)運(yùn)行。（6）漸變型霓虹燈數(shù)碼調(diào)光器的另一種電路形式，表現(xiàn)為電路接口方式有所不同，是微處理器應(yīng)用系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。調(diào)光控?zé)魯?shù)據(jù)被存儲在微處理器的片外只讀RAM中而不是送往I/O端口，軟件設(shè)計靈活，無須改動PCB電路板走線，可以方便地改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得到產(chǎn)品的升級版本?？梢詡浞莅〝?shù)據(jù)指針在內(nèi)的各種過程數(shù)據(jù)副本，程序運(yùn)行一旦出現(xiàn)錯誤，只要措施得當(dāng)，能夠非常準(zhǔn)確地恢復(fù)到出錯前的位置，真正地做到無擾動重入，從而保證所有數(shù)碼調(diào)光器的同步運(yùn)行。3 PLC概述 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)80年代至