【導(dǎo)讀】多是十字路口等車輛匯集處。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，以適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成。為競(jìng)相研究的課題，本文對(duì)該問(wèn)題給予了深刻地研究。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可行性。根據(jù)PLC的工作原理并結(jié)合城市交

　　

【正文】 Hz、 600 H。發(fā)射時(shí)間確定為一個(gè)定值，由定時(shí)器 1 來(lái)定時(shí)，時(shí)間為 100ms。當(dāng) 100ms 時(shí)間到了以后，定時(shí)器 1 發(fā)生中斷，停止計(jì)時(shí)，紅外光也即時(shí)停止發(fā)射。 由定時(shí) /計(jì)數(shù)器來(lái)控制發(fā)射頻率， T0 作為定時(shí)器，當(dāng) T0 的定時(shí)時(shí)間到了以后，中斷程序使 斷口的電平反轉(zhuǎn)一次，然后 T0 重新設(shè)置為與工作定時(shí)值與前相同，等時(shí)間到中斷程序使 端口再翻轉(zhuǎn)一次，如此往復(fù)，紅外信號(hào)就可以按照一定的時(shí)間間隔發(fā)射出去。該方法可以通過(guò)設(shè)定 T0 的定時(shí)時(shí)間來(lái)控制紅外信號(hào)的發(fā)射頻率。遙控器平時(shí)處于閑置狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，由外部中斷 1 產(chǎn)生中斷，使 CPU 回到工作狀態(tài)，待執(zhí)行完操作后才又回到低功耗狀態(tài)。 器件選則 +5V 電源 單 片 機(jī) 紅外接收 電路 狀態(tài)指示 電路 控制電路 40 由于發(fā)射電路及接收電路的技術(shù)要求較低，控制方式簡(jiǎn)單。綜合各方面因素，本設(shè)計(jì)采用了以 AT89C2051 型號(hào)單片機(jī)作為遙控器的發(fā)射接收核心部件。該種型號(hào)的單片機(jī)價(jià)格低廉，可靠性高，符合設(shè)計(jì)的可靠、經(jīng)濟(jì)的要求。 AT89C2051 是一個(gè)低電壓，高性能的 CMOS 8 位單片機(jī)。片內(nèi)含有 2KB 可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器（ EPROM）以及 128B 的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM），單片機(jī)器件采用 ATMEL 的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)大。 AT89C2051 有 20 個(gè)雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，其中 P1 是完整的 8 位雙向 I/O口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)全雙向串行通信口，和一個(gè)模擬比較放大器。 此外， AT89C2051 的時(shí)鐘頻率可為零，這就具備了可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，因而極大地減少了系統(tǒng)功耗。系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行口和以及內(nèi)外部中斷口，系統(tǒng)喚醒后即可再次進(jìn)入工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi) RAM 將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止震蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件系統(tǒng)復(fù)位單片機(jī)方可繼續(xù)工作。采用該方式，可以大大地節(jié)約電能，并能延長(zhǎng)遙控器的壽命，符合實(shí)用節(jié)約的設(shè)計(jì)理念。 發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 按鍵系統(tǒng) 本文采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，該按鍵結(jié)構(gòu)是指直接用 I/O 線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，每個(gè)獨(dú)立式按鍵都獨(dú)立地占有一根 I/O 口線，從而每根 I/O 口線上的按鍵的工作狀態(tài)都不會(huì)影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，但I(xiàn)/O 口線浪費(fèi)較大。 而本設(shè)計(jì)之所以采用了獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，是基于系統(tǒng)的按鍵的數(shù)目少（僅有啟動(dòng)和停止按鈕），以及系統(tǒng)對(duì)于按鍵并無(wú)特殊要求， PLC 輸入端只需得到南北向和東西向 2 組遙控器的共 4 個(gè)輸入信號(hào)即可工作。這種工作方式除了有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)外，還有受外界干擾小的優(yōu)點(diǎn)。 獨(dú)立式按鍵配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)， I/O 口線可以保證有確定的高電平，其具體的電路結(jié)構(gòu)如圖 所示，其中 S0 為強(qiáng)通啟動(dòng)按鈕， S1為強(qiáng)通停止按鈕。當(dāng)某一按鈕被按下之后，該電路按通，松開(kāi)后斷電。當(dāng)有急車通過(guò)時(shí)，按下 S0，該方向的直行綠燈亮，同時(shí)另一方向及該方向左轉(zhuǎn)方向全部顯示為紅燈亮；當(dāng)急車通過(guò)之后，通過(guò)按下 S1 按鈕使電路復(fù)位并以正常循環(huán)方式工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)線手動(dòng)強(qiáng)通控制的要求。 41 圖 獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu) 鍵盤(pán)掃描程序指的是單片機(jī)通過(guò)運(yùn)行掃描程序，判斷鍵盤(pán)是否有鍵按下。如果有鍵按下，則先判斷出是哪一個(gè)鍵。掃描的方法是判斷 P1 口各位的電平，在確定了按下的某一個(gè)鍵后，即執(zhí)行相應(yīng)的紅外 發(fā)射程序。在無(wú)按鍵按下時(shí)，各位均為高電平，在某一個(gè)按鍵按下以后，該位即變?yōu)榈碗娖健? 通常，按鍵所用的開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合及斷兩個(gè)狀態(tài)。但由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用以及觸點(diǎn)本身帶有雜質(zhì)灰塵等，在一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉和時(shí)電信號(hào)并不會(huì)馬上穩(wěn)定接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)馬上斷開(kāi)，而是在閉合和斷開(kāi)的瞬間均伴隨著一連串的抖動(dòng)。 通常這種抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為 5— 10ms。按鍵電路的消抖措施通常有硬件和軟件兩種方式，硬件消除鍵盤(pán)抖動(dòng)措施主要就是指外加雙穩(wěn)態(tài)電路或者濾波電路的方法。軟件方法是通 過(guò)編寫(xiě)某些延時(shí)程序使得單片機(jī)可以收到有效信號(hào)。本電路采用的是軟件消抖的方法，就是調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，延時(shí)時(shí)間設(shè)定為 6ms，延時(shí)子程序如下： DL1： MOV R4， 0CH DL2： MOV R5， 0FFH DL3： DJNZ R5， DL3 DJNZ R4， DL2 RET 延時(shí)時(shí)間的計(jì)算是根據(jù)執(zhí)行指令所需時(shí)間的總和確定的。具體體現(xiàn)在執(zhí)行每一指令的步數(shù)。其中， 0CH、 0FFH 分 別為十進(jìn)制數(shù)的 12 和 255，因此這個(gè)程序所耗用的時(shí)間為： 42 1+（ 255*2+2+1） *12+1+2=6160 （ 個(gè)）機(jī)器周期 由于晶振采用的是 12MHz，所以 1 機(jī)器周期 =1us，執(zhí)行程序的總時(shí)間為 ，與 6ms 存在 的誤差，但該誤差并不影響程序的執(zhí)行 。 時(shí)鐘電路 一般情況下，單片機(jī)時(shí)鐘輸入均采用外部時(shí)鐘方式，外接一個(gè)震蕩電路，而本系統(tǒng)采用外部時(shí)鐘方式，晶振采用 12MHz，其電路如圖 所示： 圖 AT89C2051 時(shí)鐘電路 發(fā)射電路 根據(jù)紅外發(fā)射管本身的物理特性得知，若要發(fā)射所需的紅外信號(hào)，就必須要有載波信號(hào)與即將發(fā)射的信號(hào)相“與”，然后將 “與”之后的信號(hào)送至發(fā)射管，才能進(jìn)行紅外信號(hào)的發(fā)射傳送。一般的，在頻率為 38KHz 的載波信號(hào)下，發(fā)射管的性能最好，發(fā)射距離最遠(yuǎn)，所以在硬件設(shè)計(jì)上，本設(shè)計(jì)也采用了 38KHz 的晶振產(chǎn)生載波信號(hào)，與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算后，通過(guò)三極管送至紅外發(fā)光二極管上。 本設(shè)計(jì)采用這種發(fā)射方式，是基于設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)。并且元件都是通用化和模塊化，可以大大地減輕工作量，同時(shí)可以很大程度上節(jié)約資金，達(dá)到集實(shí)用性、經(jīng) 濟(jì)性和簡(jiǎn)便性為一身的設(shè)計(jì)要求。 具體發(fā)射電路如圖 所示，紅外發(fā)送電路由 4001MOS 或非門(mén) 38KHz 振蕩器、單片機(jī)發(fā)送控制電路以及紅外發(fā)送管驅(qū)動(dòng)輸出電路組成。當(dāng)單片機(jī) 口輸出為“ 0”時(shí)，發(fā)射管不發(fā)光；當(dāng)單片機(jī) 的輸出口變?yōu)椤?1”時(shí)，紅外發(fā)送管才可以發(fā)出 38KHz調(diào)制紅外線，與此同時(shí)發(fā)出可見(jiàn)光來(lái)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。該發(fā)射過(guò)程主要是通過(guò)單片機(jī)和發(fā)射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)有輸入端（獨(dú)立按鍵）信號(hào)到來(lái)時(shí)，單片機(jī)控制生成調(diào)制AT8 9C 20 5 1 43 信號(hào)發(fā)送到發(fā)射部分并發(fā)送至信號(hào)接收電路。 圖 紅外發(fā)射電路 接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 遙控接收器是根據(jù)接收到的不同頻率的紅外光信號(hào)，由 CPU 轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制方法進(jìn)而對(duì)控制電路實(shí)施控制。當(dāng)接收電路接收到第一個(gè)紅外線脈沖時(shí)，中斷 INT1 被觸發(fā)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 1 和計(jì)數(shù)器 0。定時(shí)器 1 作為計(jì)數(shù)時(shí)間控制器，計(jì)數(shù)器 0 作為在規(guī)定記數(shù)時(shí)間內(nèi)所記得的紅外脈沖數(shù)之用。接收信號(hào)端接至 和 口，這兩個(gè)引腳為復(fù)用引腳， 引腳可以復(fù)用為外部中斷 1 的請(qǐng)求輸入端； 引腳可以復(fù)用為計(jì)數(shù)器 0 的計(jì)數(shù)脈沖輸入端。 當(dāng)收到第一個(gè)紅外脈沖時(shí)， INT1 被觸發(fā)， T0 和 T1 開(kāi)始工作，當(dāng)收到一個(gè)紅外脈沖時(shí) ，計(jì)數(shù)器 0 記數(shù)值就加一。當(dāng)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到之后，產(chǎn)生中斷，保存計(jì)數(shù)器 0的計(jì)數(shù)值。由于定時(shí)時(shí)間為 50ms，故各種不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)的紅外脈沖數(shù)大約為 1 30個(gè)，然后將這些記數(shù)值與上述各值比較后確定脈沖形式。由于存在誤差，計(jì)數(shù)器 0 的記數(shù)值不可能嚴(yán)格和該值相等，但這不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。將結(jié)果與誤差值相加減，得到兩個(gè)數(shù)值，再判斷哪一個(gè)值在這一范圍之內(nèi)，即可斷定遙控發(fā)射器發(fā)射出的紅外信號(hào)的發(fā)射頻率。取該值就可以斷定出遙控操作，然后再由接收遙控器 CPU 將其轉(zhuǎn)化為控制操作，從而對(duì)外電路實(shí)施控制功能。 口的開(kāi)關(guān) SW 為控制方式選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合，即 =0 時(shí)，單片機(jī)輸AT 8 9 C2 0 5 1 44 出為上鎖控制方式，在此狀態(tài)下遙控器不能夠?qū)刂齐娐穼?shí)施控制功能；但當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，即 =1 時(shí)，就可變?yōu)閱温房刂品绞剑诖藸顟B(tài)下遙控器就可以對(duì)外電路實(shí)施控制。 如圖 ，紅外接收電路采用的是集成電路 RPM6938， RPM6938 共有三個(gè)引腳：一個(gè)接電源一個(gè)接地，另外一個(gè)接信號(hào)端，它集光電轉(zhuǎn)換、放大和解調(diào)于一身。RPM6938 平時(shí)輸出為“ 1”，當(dāng)系統(tǒng)收到 38KHz 調(diào)制紅外線時(shí)， RPM6938 輸出變?yōu)椤?0”。信號(hào)腳接到 和 腳上，當(dāng) RPM6938 收到第一個(gè)紅外脈沖時(shí)，就可以觸發(fā) INT1產(chǎn)生中斷，使單片機(jī)退出低功耗狀態(tài)，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，同時(shí)使記數(shù)器 0 和定時(shí)器1 開(kāi)始工作。 圖 紅外接收電路 本章小結(jié) 本章主要對(duì)信號(hào)燈急通開(kāi)關(guān)的無(wú)線遙控進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)分析輸入與輸出信號(hào)的具體發(fā)送形式，選定 AT89C2051 單片機(jī)作為遙控信號(hào)的發(fā)射接收電路核心，且以獨(dú)立式按鍵作為輸入端，以 RPM6983 作為接收端的接收頭。設(shè)計(jì)了發(fā)射接收電路和時(shí)鐘電路并編寫(xiě)了信號(hào)發(fā)送接收的匯編程序。 AT 89 C2 0 5 1 45 結(jié) 論 十字路口交通信號(hào)燈是城市交通控制中重要的一環(huán)，信號(hào)燈合理化運(yùn)行是車輛高效出行的重要保證。本設(shè)計(jì)在對(duì)交通燈進(jìn)行全面分析后，完成了以下內(nèi)容： 46 信號(hào)燈部分，本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì) PLC 的工作原理和信號(hào)燈的工作規(guī)律進(jìn)行深入探究，設(shè)計(jì)完成了信號(hào)燈的具體配置、時(shí)序要求、端口分配、梯形圖程序，并且進(jìn)一步設(shè)計(jì)了 PLC 外部接線。數(shù)碼管部分，主要設(shè)計(jì)完成了數(shù)碼管的顯示原理、控制程序和外部連線，實(shí)現(xiàn)了直行、左轉(zhuǎn)紅黃綠燈的倒計(jì)時(shí)顯示。對(duì)于系統(tǒng)的仿真，本設(shè)計(jì)采用了三菱公司 GXDeveloper 成功實(shí)現(xiàn)了信號(hào)燈及數(shù)碼顯示的仿真運(yùn)行。 無(wú)線遙控部分，本設(shè)計(jì)選定了 AT89C2051 單片機(jī)作為遙控信號(hào)的收發(fā)核心，確定了以獨(dú)立式按鍵作為輸入端， RPM6983 作為接收端的接收頭，并且進(jìn)一步設(shè)計(jì)了信號(hào)發(fā)射、接收電路和時(shí)鐘電路以及信號(hào)發(fā)送、接收的匯編程序，又通過(guò)接收端與 PLC相連接成功 實(shí)現(xiàn)了交通燈控制系統(tǒng)的“正常循環(huán)運(yùn)行”和“手動(dòng)無(wú)線控制”兩種工作方式。 本文著重就以下問(wèn)題進(jìn)行了較深入的研究 并提出了相應(yīng)的解決方法： 1. 行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系 因?yàn)閷?shí)際生活中的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈都是有這一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以在編程 前需要對(duì)其進(jìn)行深刻地分析，這樣有利于在編程時(shí)簡(jiǎn)化程序、減少 PLC 不必要的運(yùn)算。 2. 手動(dòng)強(qiáng)通控制的控制方式 在設(shè)計(jì)時(shí)手動(dòng)強(qiáng)通控制的啟動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)停止按鈕按下后系統(tǒng)并不能正常復(fù)位。在經(jīng)過(guò)對(duì)控制程序進(jìn)行反復(fù)的分析后發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在：安裝在各個(gè)信號(hào)燈通路上的強(qiáng)通啟動(dòng)和停止的常開(kāi)（閉）開(kāi)關(guān)安排不合理導(dǎo)致了系統(tǒng)不能正確響應(yīng)關(guān)斷信號(hào)。在重新安排開(kāi)關(guān)后成功地解決了該問(wèn)題。 3. 遙控響應(yīng)不準(zhǔn)確 由于信號(hào)讀取和程序響應(yīng)過(guò)程中的時(shí)間差，在按鍵過(guò)程中電壓的抖動(dòng)，使得按鍵讀取不準(zhǔn)確，甚至不能正確讀入。通過(guò)編寫(xiě)一個(gè)延時(shí)程序，可 使按鍵信號(hào)被正確讀入。 參考文獻(xiàn) [1] 許衛(wèi)洪 .PLC結(jié)合 MCGS組態(tài)軟件在交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2021（ 02） 48. 47 [2] 馮澤虎 .基于 PLC的交通信號(hào)燈模糊控制系統(tǒng)的研究 [M].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用 ， 2021（ 4）47. 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