【正文】 32 參考文獻(xiàn) ........................................................... 33 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 1 前言 當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。而計算機技術(shù)怎樣與實際應(yīng)用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)揮其作用是科學(xué)界最熱門的話題，也是當(dāng)今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域。該智能交通燈控制系統(tǒng)可 以實現(xiàn)的功能有：對某市區(qū)的四個主要交通路口進(jìn)行監(jiān)控；各路口有固定的工作周期，并且在道路擁擠時中控中心能改變其周期；對路口違章的機動車能夠即時拍照，并提取車牌號。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運用，智能設(shè)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向。 《電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》 孫梅生等編著 高等教育出版社 《電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)》 彭介華 主編 高等教育出版社 《電子線路設(shè)計、實驗、測試》 謝自美 主編 華中理工出版社 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 康華光 主編 高等教育出版社 《電子技術(shù)課程設(shè)計》 歷雅萍、易映萍編 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 xv 用 PLC 控制的交通 信號燈 摘要 ： 當(dāng)今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與 計算機 密切相關(guān)。有的時候，理論上是正確的東西放到現(xiàn)實中去，可能由于種種因素的制約，并不能達(dá)到實際的效果，還需要我們進(jìn)行相應(yīng)的修改才能完成要求。 在設(shè)計的過程中還應(yīng)該多聯(lián)系下實際情況，要了解實際 情況下交通信號燈的工作情況，才能更好的完成此次的課程設(shè)計。有的時候信號的定義容易出現(xiàn)混淆，在反復(fù)的修改過后，頂層文件終于能夠編譯成功了。 五． 收獲和體會 EDA 課程設(shè)計很 快 就結(jié)束了，雖然在之前的學(xué)習(xí)過程中還存在著沒有弄懂的問題，但是 通過這次設(shè)計，進(jìn)一步加深了對 EDA 的了解，讓我對它有了更加濃厚的興趣。但是，由于實驗板的系統(tǒng)時鐘不穩(wěn)定，導(dǎo)致數(shù)碼管的掃描有時會出現(xiàn)閃動的現(xiàn)象，在更換了實驗板后可以看出，數(shù)碼管的掃描基本穩(wěn)定，在視覺上不會出現(xiàn)閃動的情況。但支干道有車時，把 CAR 置于高電平，可以看到主、支干道的數(shù)碼管開始倒計時；主干道倒計時無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 xiv 結(jié)束后再進(jìn)行 5 秒倒計時，并且交通燈變?yōu)辄S燈；當(dāng)主干道倒計時結(jié)束后，主干道數(shù)碼管顯示 30，支干道數(shù)碼管顯示 25，主干道變?yōu)榧t燈，支干道變?yōu)榫G燈，繼續(xù)進(jìn)行倒計時；支干道倒計時結(jié)束后再經(jīng)行 5 秒倒計時，交通燈變?yōu)辄S燈；支干道倒計時結(jié)束后再回到初始狀態(tài)。 SEG[0]綁定 G8； SEG[1]綁定 F8； SEG[2]綁定 E8； SEG[3]綁定 D8； SEG[4]綁定 C8； SEG[5]綁定 B8； SEG[6]綁定 A8； 將管腳按上圖綁定后就可以下載到實驗板上進(jìn)行調(diào)試了 167。 167。得到頂層文件的實體模塊： CLK 為 1KHZ 系統(tǒng)時鐘脈沖 CAR 為支干道車輛行駛情況，高電平為有車行駛，低電平為無車行駛 LED 為交通燈發(fā)光情況 SEL 為數(shù)碼管位碼掃描 SEG 為數(shù)碼管段碼 仿真波形如下： 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 xi 仿真后可以得到最終的結(jié)果： 開始時，支干道沒有車輛行駛。 頂層文件的編寫 將以上各個單元模塊仿真成功后，再進(jìn)行頂層文件的編寫。其實體模塊如下： 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 ix CLK 為 1KHZ 的系統(tǒng)時鐘脈沖 CLK1S 為 1S 時鐘脈沖 CAR 為支干道車輛檢測開關(guān) SEL 為數(shù)碼管位碼掃描 SEG 為數(shù)碼管段碼 TIME1H、 TIME1L、 TIME2H、 TIME2L 為數(shù)碼管計時的時間，由控制及計時模塊為其賦值 仿真波形如下： 通過仿真可以看到： 給 CLK 一個時鐘脈沖，數(shù)碼管的位碼隨 CLK 時鐘的變化而進(jìn)行掃描，由于 CLK的頻率較高，人的眼睛會有短暫的視覺停留，所以會看到 4 個數(shù)碼管都在顯示時間。 167。 在 S4 狀態(tài)結(jié)束后，自動跳回到 S0 狀態(tài)，繼續(xù)判斷支干道是否有車行駛，若有車行駛，則跳轉(zhuǎn)到 S1 狀態(tài)，給高、低位置數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行減計時。利用 CASE 語句定義狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方式及時間的變換方式，達(dá)到主干道綠燈亮 45秒，支干道綠燈亮 25秒，黃燈亮 5秒的設(shè)計要求。計時模塊用來設(shè)定主干道和支干道計時器的初值，并為掃描顯示譯碼模塊提供倒計時時間。其實體模塊如下： 將 END TIME 改為 5S CLK 采用系統(tǒng)的 1KHZ 的時鐘脈沖 仿真波形如下： 可以看到能夠得到 1s 的時鐘脈沖 167。分頻模塊主要為系統(tǒng)提供所需的時鐘計時脈沖。 c=0101100 c=1001010 c=0110001 S0:支干道沒有車輛行駛，支干道綠燈，支干道紅燈 S1:支干道有車輛行駛，支干道綠燈，支干道紅燈 S2:主干道黃燈，支干道綠燈 S3:主干道紅燈，支干道綠燈 S4:主干道紅燈，支干道黃燈 根據(jù)以上設(shè)計思路，可以得到如下的頂層文件原理圖 S0 S1 S4 S3 S2 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 v 頂層文件的實體圖： 三． 單元模塊設(shè)計與仿真 167。 c=1001111 CAR=39。 c=1001111 CAR=39。 CAR=39。 1kHZ 1kHZ 1HZ 支干道車輛檢測 1kHZ 數(shù)碼管及 LED信號 系統(tǒng)的狀態(tài)圖如下所示 時鐘分頻模塊 CLK 交通燈控制及計時 模塊 掃描顯示譯碼模塊 CAR LED 顯示 數(shù)碼管位碼 數(shù)碼管段碼 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 iv CAR=39。因此，此次的交通信號燈控制器的設(shè)計將采用基于 FPGA 的設(shè)計方案來實現(xiàn)所要 求的功能。而且，隨著 FPGA 器件 、設(shè)計語言和電子設(shè)計自動化工具的發(fā)展和改進(jìn)，越來越多的電子系統(tǒng)采用 FPGA 來設(shè)計。 雖然利用單片機系統(tǒng)設(shè)計的交通燈控制器相對來說較穩(wěn)定，能夠完成較多功能的實現(xiàn)， 但這些控制方法的功能修改及調(diào)試 都 需要硬件電路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系統(tǒng) 設(shè)計與調(diào)試 的困難。在電源電路中，需要用到 +5V的直流穩(wěn)壓電源，無線收發(fā)控制電路和顯示電路應(yīng)由編碼芯片和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊兩部分組成，主控電路的主要元件為 AT89C51。 方案對比 實現(xiàn)路口交通燈系統(tǒng)的控制方法很多，可以用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、可編程序控制器和單片機等方案來實現(xiàn) ?？梢岳?VHDL 語言合理設(shè)計系統(tǒng)功能，使紅黃綠燈的轉(zhuǎn)換有一個準(zhǔn)確的時間間隔和轉(zhuǎn)換順序。能夠做到主、支干道的紅綠燈閃亮的時間不完全相同，在綠燈跳變紅燈的過程中能夠用黃燈進(jìn)行過渡，使得行駛過程中的車輛有足夠的時間停下來。 15 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 ii 一． 方案分析與對比 167。 13 實驗結(jié)果 10 四． 硬件實驗方案及實驗結(jié)果 6 時鐘分頻模塊 3 三． 單元模塊設(shè)計與仿真 2 二． 整體設(shè)計論述 2 2 湖南文理學(xué)院課程設(shè)計報告 課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計 教學(xué)院部： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 通信工程 08102 班 學(xué)生姓名： 張旭（ 202116020213） 指導(dǎo)教師： 李建英 完成時間： 2021 年 6 月 25 日 報告成績： 評閱意見： 評閱教師 日期 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 i 目錄 一． 方案分析與對比 6 交通燈控制及計時模塊 7 掃描顯示譯碼模塊 9 13 15 五． 收獲和體會 方案分析 通過分析可以知道，所要設(shè)計的交通信號燈控制電路要能夠適用于由一條主干道和一條支干道的匯合點形成的十字交叉路口。還要求在主、支干道各設(shè)立一組計時顯示器，能夠顯示相應(yīng) 的紅、黃、綠倒計時。 167。 若用單片機方案來實現(xiàn)的話，模型可以由電源電路 、單片機主控電路、無線收發(fā)控制電路和顯示電路四部分組成。硬件設(shè)計完成后還要利用計算機軟件經(jīng)行軟件部分的設(shè) 計才能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能。 相反，使用基于 FPGA 的設(shè)計方法具有周期短，設(shè)計靈活，易于修改等明顯的的優(yōu)點。未來，使用 FPGA 器件設(shè)計的產(chǎn)品將出現(xiàn)在各個領(lǐng)域里。 二． 整體設(shè)計論述 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 iii 根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)所具有的功能，并參考相關(guān)的文獻(xiàn)資料，經(jīng)行方案設(shè)計，可以畫出如下圖所示的交通信號燈控制器的系統(tǒng)框圖。039。139。039。139。 時鐘分頻模塊 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 vi 系統(tǒng)的動態(tài)掃描需要 1HZ 的脈沖，而系統(tǒng)時鐘計時模塊需要 1HZ 的脈沖。該模塊將 1kHZ 的脈沖信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生 1S 的方波，作為系統(tǒng)時鐘計時信號。 交通燈控制及計時模塊 控制模塊根據(jù)外部輸入信號和計時模塊產(chǎn)生的輸出信號，產(chǎn)生系統(tǒng)的狀態(tài)機，控制其他部分協(xié)調(diào)工作。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計 vii 控制及計時模塊采用狀態(tài)機進(jìn)行設(shè)計，可以定義出 5種狀 態(tài)，分別為 S0:主干道綠燈，支干道紅燈且沒有車輛行駛； S1:主干道綠燈，支干道紅燈或支干道有車輛駛?cè)耄?S2:主干道黃燈，支干道紅燈； S3:主干道紅燈，支干道綠燈； S4:主干道紅燈，支干道黃燈。 其實體模塊如下： CAR 為支干道車輛檢測開關(guān) 在支干道有車的情況下，模塊可以進(jìn)行減計時 CLK1S 為 1S 的時鐘脈沖 TIME1H、 TIME1L、 TIME2H、 TIME2L分別為主干道時鐘高位、主干道時鐘低位、支干道時鐘高位、支干道時鐘低位 LED 為 LED 燈發(fā)光情況，分別為主干道綠燈、主干道黃燈、主干道紅燈、支干道綠燈、主干道黃燈、主干道紅燈