【正文】 ，每個(gè)數(shù)碼管有 7 個(gè)輸入端與 PLC 的輸出端口相連，所以本設(shè)計(jì)當(dāng)中的四組數(shù)碼管共占用 28 點(diǎn)輸出。數(shù)碼管輸出的 I/O 端口分 24 配如表 所示： 表 數(shù)碼管輸出的 I/O 端口分配 南北組數(shù)碼管個(gè)位 a Y020 東西組數(shù)碼管個(gè)位 a Y040 b Y021 b Y041 c Y022 c Y042 d Y023 d Y043 e Y024 e Y044 f Y025 f Y045 g Y026 g Y046 南北組數(shù)碼管十位 a Y030 東西組數(shù)碼管十位 a Y050 b Y031 b Y051 c Y032 c Y052 d Y033 d Y053 e Y034 e Y054 f Y035 f Y055 g Y036 g Y056 程序梯形圖 本設(shè)計(jì)的梯形圖設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單、高效，在完成設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，盡量簡(jiǎn)化系統(tǒng)，充分利用系統(tǒng)資源。 在南北直行方向，當(dāng)開始按鈕啟動(dòng)后，首先啟動(dòng)直行綠燈輸出，并設(shè)置定時(shí)器 T0在 35s 后動(dòng)作，接通直行黃燈，斷開直行綠燈的通路，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T1。 5s 后 T1動(dòng)作，接通直行紅燈，斷開直行黃燈通路，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T2。南北方向的程序梯形圖如圖 所示： 對(duì)于南北左轉(zhuǎn)方向，當(dāng)開始按鈕啟動(dòng)后，在直行黃燈啟動(dòng) 5s 后左轉(zhuǎn)綠燈啟動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T3。 15s 后啟動(dòng)左轉(zhuǎn)黃燈并斷開左轉(zhuǎn)綠燈通路，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T4。 5s后斷開 自身通路。對(duì)于左轉(zhuǎn)紅燈，本設(shè)計(jì)采用左轉(zhuǎn)紅燈通路上串入左轉(zhuǎn)綠燈和左轉(zhuǎn)黃燈的常閉開關(guān)控制的方法，既可以簡(jiǎn)單地對(duì)左轉(zhuǎn)紅燈進(jìn)行控制，同時(shí)還保證了紅燈和綠燈不會(huì)同時(shí)亮，提高了系統(tǒng)安全性。 對(duì)于無線強(qiáng)通控制，當(dāng)強(qiáng)通開關(guān) X002 按下后，通過 X002 的常開及常閉開關(guān)強(qiáng)行接通直行方向綠燈，同時(shí)強(qiáng)行斷開其它方向通路。 25 對(duì)于人行道信號(hào)燈，本設(shè)計(jì)采用直行及左轉(zhuǎn)紅、黃、綠燈的常開及常閉開關(guān)直接控制其紅燈和綠燈的通路，也大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，符合設(shè)計(jì)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性等要求。 圖 南北方向程序梯形圖（ a） 續(xù)圖 （ b） 26 (b) 續(xù)圖 （ c） 27 (c) 東西方向的梯形圖構(gòu)成與南北方向相同，但啟動(dòng)次序不同，本文不加以詳細(xì)論述。具體梯形圖程序如圖 所示： 圖 南北方向程序梯形圖 (a) 續(xù)圖 （ b） 28 (b) 29 信號(hào)燈的 PLC 外部連線圖 信號(hào)燈的 PLC 外部連線較為簡(jiǎn)便，信號(hào)燈輸出一端直接接 PLC 的輸出端，另一端在并上一個(gè) 24V 的直流電源后接入 PLC 的接地端 COM1。 信號(hào)燈的 PLC 外部連線圖 如圖 所示： 圖 信號(hào)燈的 PLC 外部連線圖 30 倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管的設(shè)計(jì) 在實(shí)際的交通控制中，僅有信號(hào)燈是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要系統(tǒng)將各個(gè)時(shí)序階段的具體運(yùn)行時(shí)間顯示出來。本節(jié)將就如何實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示及數(shù)碼管的外部接線作詳細(xì)介紹。 程序梯形圖 本設(shè)計(jì)中四個(gè)方向數(shù)碼管共設(shè)置了四組，南北方向和東西方向各兩組，每一方向的兩組數(shù)碼管顯示均相同。對(duì)于某一組數(shù)碼管，又分為了個(gè)位數(shù)字顯示和十位顯示，對(duì)于該組數(shù)碼管，又分別顯示直行、左轉(zhuǎn)時(shí)兩個(gè)燈切換之間的時(shí)間。 該段程序的設(shè)計(jì)，主要是通過 D0D4 數(shù)據(jù)寄存器來實(shí)現(xiàn)。開始時(shí)，南北直行綠、南北直行黃 、南北直行紅、東西直行綠、東西直行黃、東西直行紅分別在其電路接通時(shí)發(fā)送給顯示電路一個(gè)脈沖信號(hào)，同時(shí)中間繼電器 M8013 每隔 1s 發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)。當(dāng)顯示電路收到信號(hào)后首先將 D0 清零， 并且每秒加 1，然后用要顯示的數(shù)依次減去D0 中的數(shù)字并發(fā)送到寄存器 D1；將 D1 中的數(shù)字分別取個(gè)位和十位發(fā)送到寄存器 D2和 D4，最后用 SEGD 命令將 D2 和 D4 中的數(shù)字顯示到數(shù)碼管上。 該方向程序的梯形圖設(shè)計(jì)如圖 所示： 圖 南北方向程序梯形圖 (a) 續(xù)圖 （ b） 31 (b) 32 該方向程序的梯形圖設(shè)計(jì)如圖 所示： 圖 東西方向程序梯形圖 (a) 續(xù)圖 （ b） 33 (b) 數(shù)碼管的 PLC 外部連線圖 對(duì)于數(shù)碼管的連線，南北向、東西向的兩組數(shù)碼管的各接頭依次接在 PLC 輸出端的 Y020Y056 口上，另一端再并上一個(gè) 24V 的直流電源后接入 PLC 的接地端 COM1，連線圖如圖 所示： 34 圖 數(shù)碼管的 PLC 外部連線 FX 2N 128 M T 00 1 35 本章小結(jié) 本章在就上一章課題提出以及信號(hào)燈控制的具體要求后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了具體、全面地研究。本章研究了信號(hào)燈的具體配置、時(shí)序要求、端口分配、梯形圖程序的設(shè)計(jì)以及 PLC 外部連線；對(duì)于數(shù)碼管顯示，主要研究了數(shù)碼管的顯示原理、控制程序和外部連線等問題，己完成了交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大部分。對(duì)于系統(tǒng)的仿真，本設(shè)計(jì)選用三菱公司的 程序開發(fā)工具進(jìn)行仿真模擬，具體程序見附錄 4。 36 第 4 章 信號(hào)燈無線遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 信號(hào)燈無線遙控系統(tǒng)的原理 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展及人們生活的便捷性的要求不斷提高，遙控技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，并在近幾年得到了長足的進(jìn)步。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來越多的紅外線遙控家電設(shè)備及工控設(shè)備。這些都在逐漸地改變著人們的生活方式。紅外線遙控是目前為止使用最廣泛的一種通信和遙控手段。紅外線遙控裝置由于其具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)以及成本低等特點(diǎn)，從而廣泛地應(yīng)用在了彩電、攝相機(jī)、空調(diào)甚至于手機(jī)上。在工業(yè)控制中，在高壓、有毒氣體、高輻射以及粉塵等惡劣條件下，采用紅外線遙控不僅安全可靠還要能夠有效地隔離電氣干擾。 無線遙控方式可分為無線電波式、聲控式、超聲波式和紅外線式等等。由于無線電式遙控方式很 容易對(duì)其它電視機(jī)和無線電通訊設(shè)備造成干擾，而且，系統(tǒng)本身的抗干擾性能也很差，誤動(dòng)作多，所以未能大量 地 使用。 超聲波式 頻帶較窄， 且 易受噪聲干擾，系統(tǒng)抗干擾能力差 以及聲控式識(shí)別正確率比較低，制造難度大而也未能大量采用。紅外遙控方式是以紅外線作為載體來傳送控制信息，信號(hào)易獲得。同時(shí)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，以及單片機(jī)的出現(xiàn)，催生了數(shù)字編碼方式的紅外遙控系統(tǒng)的快速發(fā)展。另外，紅外遙控還兼具很多的優(yōu)點(diǎn)， 例如紅外線發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管，遙 控發(fā)射器小型化且價(jià)格低廉；采用數(shù)字信號(hào)編碼和二次調(diào)制方式，不僅 能夠 實(shí)現(xiàn)多路信息的 連續(xù) 控制，增加遙控功能， 很大程度上 提高信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_性，減少 了很 誤動(dòng)作，而且功率消耗低； 而且， 紅外線不會(huì)向室外泄露，不會(huì)產(chǎn)生信號(hào) 干 擾；傳輸效率高、反應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定可靠等。 所以現(xiàn)在很多無線遙控方式都是采用的紅外遙控方式。 紅外遙控器由于 其 受遙控距離、角度等影響，使用效果不 太 好， 若是 采用調(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收編碼，則可 以大大 提高遙控距離，并且沒有角度 的 影響。紅外遙控發(fā)射可以用在 于 室內(nèi)紅外遙控中，它不影響周邊環(huán)境 而且 不干擾 其它 電器設(shè)備。 但是 由于它 無法穿透墻壁，所以不同房間的家用電器可使用通用遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾 。很重要的是 電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定 的 電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可 正常地 投入工作 。編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控?，F(xiàn)在紅外遙控在家用電器、室內(nèi)近距離遙控中得到了 極為 廣泛的應(yīng)用。另外模塊還可以用在其他紅外遙控系統(tǒng)中，應(yīng)用前景十分廣闊。 37 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理 從光學(xué)的角度而言，紅外線是頻率低于紅色光的不可見光，紅外線的無線光譜的整個(gè)頻率中只占有很小一個(gè)頻率段，波長為 — 100 微秒之間。紅外光就其性質(zhì)而言很簡(jiǎn)單，與普通光線的頻率特性并沒有多大的區(qū)別，但是由于任何有熱量的物體都會(huì)有能量產(chǎn)生，所以紅外的利用非常廣泛。當(dāng)今紅外技術(shù)的一個(gè)很重要的分支，便是紅外通信技術(shù)的應(yīng)用。該應(yīng)用的發(fā)展非常廣泛而迅速，尤其是紅外通信應(yīng)用于計(jì)算機(jī)設(shè)備中，近幾年的發(fā)展已經(jīng)表現(xiàn)出十分成熟的特點(diǎn)。而目前最常見的應(yīng)用形式就是各種各樣的遙控器。 單片機(jī)紅外遙控器主要由單片機(jī)、紅外遙控發(fā)射電路、紅外遙控接收電路、狀態(tài)指示電路、控制電路以及單片機(jī)的一些外圍電路組成。此外還有電源電路及其它一些外部電路構(gòu)成。 就其工作原理 來說， 當(dāng)有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)一段時(shí)間防止干擾，然后啟動(dòng)振蕩器，鍵編碼器取得鍵碼后從 ROM 中取得相應(yīng)的指令代碼 。 遙控器一般采用電池供電，為了節(jié)省電量和提高抗干擾能力，指令代碼都是經(jīng) 32～ 56kHz 范圍內(nèi)的載波調(diào)制后輸出到放大電路，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管 可以 發(fā)射出 940nm 的紅外光。當(dāng)發(fā)送結(jié)束時(shí)振蕩器也隨之 關(guān)閉，系統(tǒng)處于低功耗休眠狀態(tài)。 該紅外遙控發(fā)射器的設(shè)計(jì)目的就是根據(jù)按鍵的不同，發(fā)射出不同的紅外信號(hào)。本系統(tǒng)采用單片機(jī)制作，采用編程的方法，由于編程具有靈活性，故應(yīng)用范圍較廣泛，并且操作碼可以隨意設(shè)定。 系 統(tǒng)的組成 無線遙控系統(tǒng)就其組成來說，主要分為發(fā)射電路、接收電路及外圍控制電路等部分。最后通過接收電路的輸出端與 PLC 輸入端相連以完成控制功能。以下是幾個(gè)主要的硬件組成部分： 1. 遙控器電源 對(duì)于遙控器電源，由于普通遙控器功率一般都在幾到幾十 mw，所以僅用一塊電壓為 5V 的干電池即可實(shí)現(xiàn)對(duì)遙控器的供電。 2. 紅外線 遙控發(fā)射器 紅外遙控發(fā)射器由鍵盤矩陣、遙控專用集成電路、驅(qū)動(dòng)電路和紅外發(fā)光二極管 幾 個(gè) 部分組成。 紅外發(fā)射遙控電路原理框圖 ，紅外線 遙控發(fā)射器的信號(hào)是由一串 由數(shù)字 0 和 1的二進(jìn)制代碼組成的，不同 的芯片對(duì) 0 和 1 的編碼 會(huì) 有所不同，現(xiàn)有的紅外遙控包括兩種方式：脈沖位置調(diào)制（ PPM） 以及 脈沖寬度調(diào)制（ PWW）。 這 兩種形式編碼的代 38 表分別是 NEC 和 PHILIPS 的 。 圖 紅外發(fā)射遙控電路原理框圖 遙控 接收 器 紅外線 遙控 接收 器是由放大器、限幅器、帶通濾波器、解調(diào)器、積分器、比較器等組成的，比如采用較早的紅外接收二極管加專用的紅外處理電路的方法 。 在實(shí)際應(yīng)用中，以上所有的電路都集成在一個(gè)電路中，也就是我們常說的一體化紅外接收頭。一體化紅外接收頭按載波頻率的不同，型號(hào)也不一樣。由于與 CPU 的接口的問題，大部分接收電路都是反碼輸出，只有三個(gè)引腳，分別是 +5V 電源、地、信號(hào)輸出。 接收部分紅外發(fā)射遙控電路的原理框圖如圖 所示，當(dāng)紅外線發(fā)射端發(fā)出的信號(hào)到達(dá)后，紅外接收電路負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集并進(jìn)行相應(yīng)的譯碼，然后輸入接收端的單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，最后由接收端單片機(jī)將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的高、低電平輸出至 PLC 的 X002X005 輸入端，并由 PLC 控制生成相應(yīng)的 信號(hào)燈控制信號(hào)以及數(shù)碼管顯示信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的輸入。該輸入方式可以保證信號(hào)準(zhǔn)確地被 PLC 讀取并高效地執(zhí)行，提高了系統(tǒng)的工作效率。 +5V 電源 單 片 機(jī) 行列式鍵盤 低功耗電路 紅外發(fā)射 電路 39 圖 紅外接收遙控電路原理框圖 系統(tǒng)的工作方式 本設(shè)計(jì)主要是以 AT89C2051 單片機(jī)作為核心，綜合應(yīng)用了單片機(jī)的中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等知識(shí)。在實(shí)際操作中，遙控操作的不同，遙控發(fā)射器通過對(duì)紅外光發(fā)射頻率的控制來區(qū)別不同的操作的。遙控接收器則是通過對(duì)紅外光接收頻率的識(shí)別，判斷出控制操作，進(jìn)而來完成整個(gè)紅外遙控的接收過程。 本設(shè)計(jì)中，在與 PLC 的通信當(dāng)中，通過數(shù)字接收端的信號(hào)來驅(qū)動(dòng) PLC 的數(shù)字開關(guān)量，從而達(dá)到東西南北向強(qiáng)通開關(guān)的啟動(dòng)及停止作用。 本系統(tǒng)根據(jù)按紅外發(fā)射頻率的不同，來識(shí)別不同的按鍵。操作鍵設(shè)定為 2 個(gè)， K0和 K1，分別接至單片機(jī)的 至 口。對(duì)應(yīng)的紅外發(fā)射頻率分別為 300