【正文】 31所示，南北和東西每個方向各有紅、綠、黃三種信號燈，為確保交通安全，要求如下。系統(tǒng)上電后，交通指揮信號控制系統(tǒng)由由一個 3 位轉換開關 SA1 控制。 時，接點 SA11 接通，交通指揮系統(tǒng)開始按常規(guī)正常控制功能工作，按照如圖 32 所示工作時序周而復始，循環(huán)往復工作。 時，接點 SA12 接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈常亮，東西向紅燈常亮。 時，接點 SA13 接通 ，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮。 ②在綠燈信號要切換為紅燈信號之前，為提醒司機提前減速并剎車，應有明顯的提示信號：綠燈閃爍同時黃燈亮。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 10 信號燈動作的時序圖如圖 32 所示，它是按信號燈置 1 與置 0 兩種狀態(tài)繪制的，置 1 表示信號燈點亮。 表 31 十字路口交通燈控制信號說明 控制系統(tǒng)電路圖 開關合上后，東西綠燈亮 25s后閃 3s滅；黃燈亮 2s滅；紅燈亮 30s；綠燈亮??循環(huán)，對應東西綠黃燈亮時南北紅燈亮 30s,接著綠燈亮 25S后閃 3s滅；黃燈亮 2s后，紅燈又亮??循環(huán)， 輸 入 輸 出 文字符號 信號地址 說 明 文字符號 信號地址 說 明 SA11 X0 交通燈正常工作控制開關 H1 Y0 南北向綠燈指示 SA12 X1 南 北向交通燈常綠控制開關 H2 Y1 南北向黃燈指示 SA13 X2 東西向交通燈常綠控制開關 H3 Y2 南北向紅燈指示 H4 Y3 東西向綠燈指示 H5 Y4 東西向黃燈指示 H6 Y5 東西向紅燈指示 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 11 圖 34 十字路口交通信號燈 控制系統(tǒng)電路圖 根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求 ，如圖 34 所示 十字路口交通信號燈 控制系統(tǒng)電路圖 ， 實現(xiàn)了預定的交通燈系統(tǒng)的控制功能。了解各個控制對象的驅動要求，如：驅動電壓的等級、負載的性質等；分析對象的控制要求，確定輸入 /輸出接口（ I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等，選擇適合的 PLC機型及外設，完成 PLC硬件結構配置。 據(jù)信號控制要求， I/O 分配及其接線如圖 711 所示。 PLC控制程序設計 PLC的狀態(tài)轉移 在設計較為復雜的程序時，僅僅采用簡單的邏輯處理已經很難保證程序的正確性和易讀性，所以就需要采用別的方法來編制程序。 所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)轉移實際上就是控制系統(tǒng)的功能轉移。這種功能流程圖完整地表現(xiàn)了控制系統(tǒng)的控制過程，各狀態(tài)的功能、狀態(tài)轉移順序和條件，它是 PLC 應用控制程序設計的極好工具。 1） PLC 開始運行時， M8002 產生一初始脈沖，使初始狀態(tài) S0 置 1。時，觸點 X1 接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈 Y1常亮，東西向紅燈常亮。時，觸點 X2 接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈 Y1 常亮，南北向紅燈常亮。時，觸點 X0 接通，狀態(tài)轉移到 S20 和 S30，使 S20和 S30 置 1，同時 S0 在下一掃描周期自動復位， Y1 線圈得電南北綠燈亮與此同時Y6線圈得電，東西紅燈亮。 6） 延時 5S 后，轉移條件 T1閉合，狀態(tài)從 S21 轉移 S22，使 S22 置 1產生 接通和斷開的時針脈沖信號，從而使南北綠燈閃爍，同時驅動計數(shù)器 C0記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次， C0 的常閉觸點接通，狀態(tài)轉移到 S21，繼續(xù)循環(huán)共計三次。 8） 延時 2S 后，轉移條件 T3閉合，一方面 狀態(tài)從 S23 轉移到 S24，使 S24 置1， S23 在下一掃描周期自動復位， Y3 線圈得電南北紅燈亮，計數(shù)器 C0 復位。 9）延時 25S 后，轉移條件 T4 閉合，狀態(tài)從 S31 轉移到 S32，使 S32 置 1，同時驅動 T5 記時，而 S31 在下一掃描周期自動復位。 11）次數(shù)到三， C1 常開觸點閉合，狀態(tài)由 S33 轉移到 S34，使 S34 置 1 同時S33在下一掃描周期自動復位， Y5 線圈得電東西黃燈亮，計數(shù)器 C1復位。 第 四 章 交通燈系統(tǒng)的設計 交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 交通系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢就是要提高通行能力，加強環(huán)境保護，開展智能化運輸和環(huán)保專項技術的研究，并且要做到以人為本，重點開展交通安全技術的研究，在這個過程中要確定經濟合理的目標，促進新材料的廣泛應用和開 發(fā)。 VHDL 的英文全稱是 VHSIC無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 15 （ Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Description Language。 其次，這次設計選用 VHDL 硬件描述語言的優(yōu)勢就在于傳統(tǒng)的用原理圖設計電路的方法具有直觀形象的 優(yōu)點，但如果所設計系統(tǒng)的規(guī)模比較大，或者設計軟件不能提供設計者所需的庫單元時，這種方法就顯得很受限制了。利用硬件描述語言來設計電路，使探測各種設計方案變成一件很容易的事，因為只需要對描述語言進行修改，這比更改電路原理圖要容易實現(xiàn)得多。軟件方面包括：（ 1）電路合成模塊的概念 ：將交通燈信號系統(tǒng)劃分成若干個小電路，編寫每一個模塊的 VHDL 程序代碼，并將各個小電路相連接。（ 2）參數(shù)化的概念：針對不同時段的交通流量，可以調整紅綠燈電路（增加或者減少電路的計數(shù)時間），以增加程序的靈活性。其中包括： (1) 時鐘發(fā)生電路； (2) 計數(shù)秒數(shù)選擇電路； (3) 倒計時控制電路； (4) 紅綠燈信號控制電路。接收到時鐘信號的紅綠燈信號控制電路開始工作，并將產生的重新計數(shù)的輸出使能控制信號發(fā)送給計數(shù)秒數(shù)選擇電路和 倒計時控制電路，同時還會將目前電路產生的狀態(tài)信號發(fā)送給前者。當計數(shù)器計時完畢，倒計時控制器就會負責產生一個脈沖信號發(fā)送給紅綠燈信號控 時 鐘 發(fā) 生 電 路 紅綠 燈信號控制電路 倒計時控制電路 計數(shù)秒數(shù)選擇電路 時鐘輸入 端 系統(tǒng)復位 端 東西及南北 方向信號燈 東西及南北 方向倒計時 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 17 制電路進入下一個狀態(tài)，之后循環(huán)這一過程。因此，為了避免意外事件的發(fā)生，電路必須給出一個穩(wěn)定的時鐘 （ clock）才能讓系統(tǒng)正常的工作。 圖 4 時鐘發(fā)生電路模塊圖 系統(tǒng)輸入信號： clk：由外部信號發(fā)生器提供 1kHZ 的時鐘信號； reset：系統(tǒng)內部自復位信號。 經仿真后得到的時序圖 (見圖 圖 6)： 圖 5 將 clk經分頻處理后得到的 ena_scan信號 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 18 圖 6 時鐘發(fā)生電路時序圖 從圖 5中可以看出，當外部信號發(fā)生器提供了 1kHZ 的時鐘信號后，系統(tǒng)輸出信號 ena_scan 就將時鐘信號進行了 4 分頻。 在這段程序的設計過程中最大的特點就是引用了參數(shù)化的概念，即使用了常數(shù) (constant)。這就使設計的靈活性增強了。 signal clk_scan_ff:std_logic_vector(scan_bit1 downto 0)。第二句是定義一個信號，它的位數(shù)就是 (scan_bit1),因為之前 scan_bit 設定的值為 2，所以信號的位數(shù)就是 2 位。 計數(shù)秒數(shù)選擇電路 當通過交通路口時，如果能在一個方向增添一個倒計時顯示器對車輛、行人加以提示，可能會有更好的效果。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 19 圖 7 計數(shù)秒數(shù)選擇電路模塊圖 系統(tǒng)輸入信號： clk：由外部信號發(fā)生器提供 1kHZ 的時鐘信號； reset：系統(tǒng)內部自復位信號； ena_scan：接收由時鐘發(fā)生電路提供的 250Hz 的時鐘脈沖信號； recount：接收由交通燈信號控制電路產生的重新計數(shù)的使能控制信號； sign_state：接收由交通燈信號控制電路產生的狀態(tài)信號。 經仿真后得到的時序圖 (見圖 8)： 圖 8 計數(shù)秒數(shù)選擇電路時序圖 由計數(shù)描述 選擇電路的時序圖 (見圖 8)可以看出這段程序中定義了在正常車流量情況下，東西及南北方向紅燈、黃燈和綠燈需要維持的秒數(shù)分別是 15s、 5s和 25s。東西方向紅燈設定為 15s。東西方向黃燈設定為 5s。東西方向綠燈設定為 25s。南北方向紅燈設定為 15s。南北方向黃燈設定為 5s。南北方向綠燈設定為 25s。139。 elsif (clk39。139。139。139。 sign_state=“ 000”時，南北方向綠燈亮 25s。 sign_state=“ 001”時，南北方向黃燈亮 5s。 sign_state=“ 010”時，南北方向紅燈亮 15s。 sign_state=“ 011”時，東西方向紅燈亮 15s。 sign_state=“ 100”時，東西方向黃燈亮 5s。 sign_state=“ 101”時，東西方向綠燈亮 25s。 end case。 在這段程序的設計中用到了 conv_std_logic_vector(value,n)語句，它的用法就是將已經定義的數(shù)值 (value)轉換成 n位 (bit)的表示方法。就是將十進制的 25 轉換成二進制的 19，這就使設計減少了很多不必要的麻煩。例如：南北方向綠燈，車輛處于正常行駛中，東西方向紅燈，車輛處于等待中，若南北方向行駛的車輛看到倒計時顯示器上可以通行的時間很短，可能就會放慢速度等待下一次通行，這樣在東西方向綠燈時 ，車輛就能夠正常行駛，不會為等待南北方向強行的車輛而耽誤更多的時間?？紤]到有些路口的交通擁堵現(xiàn)象較為嚴重，車輛會在道路上排成很長的一隊，這樣排在較遠距離的司機就很難看清楚倒計時顯示器上變化的數(shù)字，有可能會影響到車輛之間的正常行駛。所以， hld3倒計時控制電路 (見圖 9)最主要的功能就是負責接收 hld2 電路輸出的值，然后將其轉換成 BCD 碼，并利用發(fā)光二極管顯示出來，讓車輛行人能夠 清楚地知道再過多久信號燈就會發(fā)生變化。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設計論文 用 PLC 的控制交通信號燈設計 22 系統(tǒng)輸出信號： led：負責將計數(shù)數(shù)值轉換成 BCD 碼，并利用發(fā)光二極管顯示倒計時狀態(tài)； next_state：當計數(shù)器計時完畢后，負責產生一個脈沖信號，作為下一個狀態(tài)的觸發(fā)信號。 process(clk,reset) begin if (reset=39。) then t_ff=00000000。當 reset=1，則將 t_ff 與 led 清零。event and clk=39。) then if ena_1hz=39。 then if (recount=39。) then t_ff=load1。