第一篇：PLC交通燈設計與發展前景(畢業設計開題報告)

畢業設計（論文）開題報告

項目名稱：PLC交通燈設計與發展前景 專

業：機電一體化技術

班 級：12級機電一體化技術班

學生姓名： 指導教師：

機械工程系 2014年 12 月28日

畢業設計開題報告

專業 題目 機電一體化技術

班級 12級機電一體化

技術

單片機的交通燈設計

一、項目研究的背景與現狀：

隨著經濟的發展，城市現代化程度不斷提高，交通需求和交通量迅速增長，城市交通網絡中交通擁擠日益嚴重，道路運輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環境污染等負面效應也日益突出，逐步成為經濟和社會發展中的全球性共同問題。交通問題已經日益成為世界性的難題，城市交通事故、交通阻塞和交通污染問題愈加突出。為了解決車和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個辦法都有其局限性。交通是社會發展和人民生活水平提高的基本條件，經濟的發展必然帶來出行的增加，而且在我國汽車工業正處在起步階段的時期，因此限制車輛的增加不是解決問題的好方法。而采取增加供給，即大量修筑道路基礎設施的方法，在資源、環境矛盾越來越突出的今天，面對越來越擁擠的交通，有限的源和財力以及環境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設施之外的其他方法來滿足日益增長的交通需求。

交通系統正是解決這一矛盾的途徑之一。智能交通系統是將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術、電子控制技術及計算機處理技術等有效的集成運用于整個地面交通管理系統而建立的一種在大范圍內、全方位發揮作用的實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統。對城市交通流進行智能控制，可以使道路暢通，提高交通效率。合理進行交通控制可以對交通流進行有效的引導和調度，使交通保持在一個平穩的運行狀態，從而避免或緩和交通擁擠狀況，大大提高交通運輸的運行效率，還可以減少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，節省能源消耗，本文就是通過對交叉路口交通信號的智能控制，達到優化路口交通流的目的

進入20世紀70年代，隨著計算機技術和自動控制技術的發展，以及交通

姓名

流理論的不斷完善，交通運輸組織與優化理論和技術水平不斷提高，控制手段越來越先進，形成了一批商水平有實效的城市道路交通控制系統。早在1977年，Pappis等人就將模糊控制運用到交通控制上，通過建立規則庫或是專家系統對各種交通狀況進行模糊控制，并取得了很好的效果。近年來，歐美日本等相繼建立了智能交通控制系統。在這些系統中，大部分都在路口附近安裝磁性環路檢測器，還使用了新型檢測器等技術和設備。這些現代化設備技術加上控制理論和現代化科學管理技術，使得交通控制系統日益完善。隨著一些研究控制理論的學者投身到交通控制的研究中，在交通信號控制領域提出了一些新方法、新思路。如靜態多段配時控制、準動態多段配時控制、最優控制、大系統遞階控制、模糊控制、神經網絡控制，網絡路由控制等。模糊交通控制已經成為了交通信號控制的主流方向之一。國內外很多學者都進行了此類研究。

交通系統作為一個時變的、具有隨機性的復雜系統，傳統的人為設定多種方案或是建立各種預測模型均比較困難。城市交通控制研究的起源比較早。1868年，英國倫敦燃汽信號燈的問世，標志著城市交通控制的開始。1913年，在美國俄亥俄州的Cleveland市出現了世界上最早的交通信號控制。1926年美國的芝加哥市采用了交通燈控制方案，每個交叉口設有唯一的交通燈，適用于單一的交通流。從此，交通控制技術和相關的控制算法得到了發展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性，并減少了對環境的影響。

在日常生活中，交通信號燈的使用，市交通得以有效管理，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。

本次設計能使我們對數字電子技術和單片機技術有了更進一步的熟悉，通過這次設計讓我們把書本學到的知識作用于實際運用中，加深我們對知識的理解及運用。同時通過本次電路的設計，增強了學習的興趣，讓我們了解到團隊配合的重要性及考驗了我們借助互聯網絡搜集、查閱相關文獻資料和組織材料的綜合能力。

二、項目研究的目的、意義和主要內容（含設計思路、設計方法、主要工作以及技術要求等）：

1、研究的目的、意義

本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優點，在數字、智能化方面有廣泛的用途。

1）鞏固、加深和擴大單片機應用的知識面，提高綜合及靈活運用所學知識解決工業控制的能力。

2）培養針對課題需要，選擇和查閱有關手冊、圖表及文獻資料的自學能力，提高組成系統、編程、調試的動手能力。

3）通過對課題設計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機用系統開發、研制的過程，軟硬件設計的方法、內容及步驟。

2、主要研究內容及思路：

目前設計交通燈的方案有很多，有應用CPLD實現交通信號燈控制器的設計，有應用PLC實現對交通燈控制系統的設計。有應用單片機實現對交通信號燈設計的方法。由于AT89C51單片機自帶有2個計數器，6個中斷源，能滿足系統的設計要求。用單片機設計不但設計簡單，而且成本低。用其設計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設計交通燈。

設計一個十字路口交通燈控制電路，根據設定好的周期時間能夠指揮車輛在十字路口完成左轉和直行交替運行。在相同的時間里提高通車的質量、效率。并能在高峰期根據實際狀況結合方程式控制按鈕來調整主次干道的通車時間，降低交通擁擠堵塞現象。并使交通控制系統具有緊急控制，使救護車、救護車通過時，使兩個方向均亮紅燈，救護車和消防車通過后，恢復原來狀態，增加對出現特殊情況的處理能力。主要思路：

(a).設計交通燈狀態的管理方案；

(b).設計單片機最小系統和周邊電路；

(c).設計交通燈系統、不間斷供電系統以及中斷系統的電路結構；(d).設計整個系統的電路分布和接線；

(d).使用C語言編寫整個系統運行所需要的程序，重點是分時管理系統和緊急中斷系統的程序。

3、主要工作：

為使模塊穩定工作，本設計考慮兩種電源方案：

方案一：采用獨立穩壓電源，優點是穩定可靠，且有成熟電路選擇，缺點是會使系統復雜，影響電平。

方案二：采用單片機控制，優點結構簡單，成本低，缺點輸出功率低。考慮到成本和電路簡潔本設計采用第二種。

本設計涉及倒計時，狀態燈功能，基于需要，考慮三種方案：

方案一：完全采用數碼管顯示，此方案只能顯示有限的符號和數碼字符，無法滿足需要。

方案二：完全采用點陣式LED顯示，優點可顯示各種英文字符，缺點太復雜，需要完成大量軟件工作。

方案三：采用前兩種方案相結合的方式，用數碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。

輸入方案考慮緊急情況和具體現場情況，本設計考慮兩種方案：

方案一：采用8155擴展，優點：使用靈活可編程，可提供較多I/O口。缺點是操作復雜。

方案二：直接在I/O口線上接上按鍵開關，優點成低，編程簡潔。缺點是功能有限。

二、項目研究的目的、意義和主要內容（含設計思路、設計方法、主要工作以及技術要求等）：

1、研究的目的、意義

本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優點，在數字、智能化方面有廣泛的用途。

1）鞏固、加深和擴大單片機應用的知識面，提高綜合及靈活運用所學知識解決工業控制的能力。

2）培養針對課題需要，選擇和查閱有關手冊、圖表及文獻資料的自學能力，提高組成系統、編程、調試的動手能力。

3）通過對課題設計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機用系統開發、研制的過程，軟硬件設計的方法、內容及步驟。

2、主要研究內容及思路：

目前設計交通燈的方案有很多，有應用CPLD實現交通信號燈控制器的設計，有應用PLC實現對交通燈控制系統的設計。有應用單片機實現對交通信號燈設計的方法。由于AT89C51單片機自帶有2個計數器，6個中斷源，能滿足系統的設計要求。用單片機設計不但設計簡單，而且成本低。用其設計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設計交通燈。

設計一個十字路口交通燈控制電路，根據設定好的周期時間能夠指揮車輛在十字路口完成左轉和直行交替運行。在相同的時間里提高通車的質量、效率。并能在高峰期根據實際狀況結合方程式控制按鈕來調整主次干道的通車時間，降低交通擁擠堵塞現象。并使交通控制系統具有緊急控制，使救護車、救護車通過時，使兩個方向均亮紅燈，救護車和消防車通過后，恢復原來狀態，增加對出現特殊情況的處理能力。主要思路：

(a).設計交通燈狀態的管理方案；

(b).設計單片機最小系統和周邊電路；

(c).設計交通燈系統、不間斷供電系統以及中斷系統的電路結構；(d).設計整個系統的電路分布和接線；

(d).使用C語言編寫整個系統運行所需要的程序，重點是分時管理系統和緊急中斷系統的程序。

3、主要工作：

為使模塊穩定工作，本設計考慮兩種電源方案：

方案一：采用獨立穩壓電源，優點是穩定可靠，且有成熟電路選擇，缺點是會使系統復雜，影響電平。

方案二：采用單片機控制，優點結構簡單，成本低，缺點輸出功率低。考慮到成本和電路簡潔本設計采用第二種。

本設計涉及倒計時，狀態燈功能，基于需要，考慮三種方案：

方案一：完全采用數碼管顯示，此方案只能顯示有限的符號和數碼字符，無法滿足需要。

方案二：完全采用點陣式LED顯示，優點可顯示各種英文字符，缺點太復雜，需要完成大量軟件工作。

方案三：采用前兩種方案相結合的方式，用數碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。

三、課題研究已具備的條件（包括主要儀器設備、軟件和參考資料）硬件條件：單片機、、電源、、數碼管。軟件條件：Protel 99 SE、Proteus、Keil。

方法：（1）通過網絡及各種相關書籍查找相關信息，確定使用的元器件。（2）以單片機AT89C52為核心，開發一個完整的系統，包括硬件設計和軟件的編程。

（3）使用Protel軟件，繪制原理圖、PCB，并進行元器件安裝、焊接及調試檢測達到預期的目的。

四、設計進程：

設計預計用時8周。具體安排如下：

第1-2周：開題報告。收集和查閱與設計相關的資料（書籍和案例），學習有關的知識，并完成系統的需求分析和設計，作好開題報告；

第3-6周：設計階段。主要進行系統分析和設計，同時寫出設計提綱；完成元件的采購和電路設計及電路版的設計制作；系統安裝和調試過程。

第7周：畢業設計報告。撰寫畢業設計報告并征求指導教師意見,反復修改和完善，完成畢業設計；

第8周：畢業設計答辯。上交畢業設計及其相關資料，由答辯委員會評閱畢業設計，并準備畢業設計答辯和實驗演示；畢業設計答辯。進行設計總結及畢業答辯。

五、參考文獻

1.廖常初主編.PLC基礎及應用.北京：機械工業出版社，2004 2.廖常初等.PLC的順序控制編程方法.工業自動化，（香港），1997 3.廖常初主編.PLC基礎及應用.北京：機械工業出版社，2002 4.廖常初.PLC梯形圖的順序控制設計法.電工技術雜志，2001 5.廖常初.電機及拖動.高等教育出版社，

第二篇：基于PLC交通燈控制系統畢業設計概要

畢業設計題目: 交通燈畢業論文 系別:電氣與信息工程學院 專業 : 電氣自動化 班級:電氣自動化10-01 姓名: 指導教師: 【摘要】:交通信號燈的出現,使交通得以有效管制,對于疏導交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯效果。為了實現交通道路的管理,力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現交通燈管制的控制系統,以及該系統軟、硬件設計方法,實驗證明該系統實現簡單、經濟,能夠有效地疏導交通,提高交通路口的通行能力。分析了現代城市交通控制與管理問題的現狀,結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統的工作原理,給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統的PLC設計方案。可編程序控制器在工業自動化中的地位極為重要,廣泛的應用于各個行業。隨著科技的發展,可編程控制器的功能日益完善,加上小型化、價格低、可靠性高,在現代工業中的作用更加突出

1.1交通信號燈的作用和意義

隨著社會經濟的發展,城市交通問題越來越引起人們的關注。人,車,路三者關系的協調,已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統是用于城市交通數據監測,交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統,它是現代城市交通監控指揮中最重要的組成部分。

隨著城市機動車量的不斷增加,許多大城市如北京,上海,南京等出現了交通超負荷運行的情況,因此,自80年代后期,這些城市紛紛修建城市高速公路,在高速公路建設完成的初期,它們也曾有效地改善了交通狀況。然而,隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統研究和控制,高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高

速道路在構造上的特點,也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。所以,如何采用合適的控制方法,最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路,緩解主干道與匝道,城區與周邊地區的交通擁堵狀況,越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門亟待解決的主要問題, 根據交通等工藝控制要求和特點,我們采用了日本三菱公司FX2N_48MR。三菱PLC 有小型化,高速度,高性能等特點,三菱可編程控制器指令豐富,可以接各種輸入,輸出擴充設備,有豐富的特殊擴展設備,其中的模擬輸入設備和通信設備是系統所必需的,能夠方便地聯網通信。本系統就是應用可編程控制器(PLC對十字路口交通控制等實現控制。本系統采用PLC是基于以下四個原因:(1PLC具有很高的可靠性,抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在30萬小時以上;(2系統設計周期短,維護方便,改造容易,功能完善,實用性強;(3干擾能力強,具有硬件故障的自我檢查功能,目前空中各種電磁干擾日益嚴重,為了保證交通控制的可靠穩定,我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環境下正常工作的PLC;(4近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高,是的實際應用成為可能。【關鍵詞】:PLC可編程控制器、交通型號燈、可靠性高。【目錄】: 關鍵詞(01 第1章交通信號控制系統(02 1.1十字路口交通燈控制實際情況(04 1.1.1南北向(列和東西向(行主干道(04

1.1.2南北向和東西向人行道(04 1.2結合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗(04 1.2.1南北向(列和東西向(行主干道(04 1.2.2南北向和東西向行人道(04 1.2.3盲人安全通道控制和手動控制車流量(04 1.3流程圖(05 第2章可編程控制器程序設計(07 2.1可編程控制器選擇(07 2.2十字路口交通燈模擬控制時序圖(07 2.3可編程控制器IO端口分配(10 2.4程序設計(10 第3章總結(13 3.1難點分析(13 3.1.1行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應關系(13 3.1.2盲人脈沖按鍵(13 3.1.3手動車流控制按鍵的控制方式(13 3.1.4交通燈閃亮問題(13 3.2調試錯誤與修改方法(13 3.3PLC智能化控制交通燈的方法(13

3.4收獲與感悟(14 致謝(14 參考文獻(14 第1章交通燈信號控制系統 1.1 十字路口交通燈控制實際情況

a.南北主干道:直行綠27S、直行綠閃3S、左轉綠10S、左轉綠閃3S、黃2S、紅45S;b.東西人行道:紅45S、綠27S、綠閃3S、紅60S;c.東西主干道:紅45S、直行綠27S、直行綠閃3S、左轉綠10S、左轉綠閃3S、黃2S;d.南北人行道:綠27S、綠閃3S、紅60S;e.循環控制方式;f.交通燈變化順序表(單循環周期90秒。1.1.1 南北向(列和東西向(行主干道

南北向(列和東西向(行主干道均設有直行綠燈27S,直行綠燈閃亮3S,左行綠燈10S,左轉綠閃3S,黃燈2S和紅燈45S。當南北主干道紅燈點亮時,東西主干道應依次點亮直行綠燈,直行綠燈閃,左轉綠燈,左轉綠燈閃亮和黃燈;反之,當東西主干道紅燈點亮時,南北主干道依次點亮直行綠燈,直行綠燈閃,左轉綠燈,左轉綠燈閃亮和黃燈。1.1.2南北向和東西向人行道

南北向和東西向人行道均設有通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應在南北主干道直行綠燈點亮時點亮,當南北主干道直行綠燈閃亮時南北行人道綠燈也

要對應閃亮,其它時間為紅燈。東西人行道通行綠燈于東西主干道直行綠燈點亮時點亮,當東西主干道直行綠燈閃亮是東西行人道綠燈也要對應閃亮,其它時間為紅燈。

1.2結合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗

在PLC交通燈模擬模塊中,主干道東西南北每面都有3個控制燈,分別為: ●禁止通行燈(亮時為紅色 ●準備禁止通行燈(亮時為黃色 ●直通燈(亮時為綠色

另外行人道東西南北每面都有2個控制燈,分別為: ●禁止通行燈(亮時為紅色 ●直通燈(亮時為綠色

結合十字路口交通燈實際情況設計交通燈模擬控制系統如下: 當交通燈系統啟動開關接通時。1.2.1南北向(列和東西向(行主干道

南北向(列和東西向(行主干道均設有綠燈 10S,綠燈閃亮2S(亮0.1 滅0.1,黃燈2S和紅燈14S。當南北主干道紅燈點亮時,東西住干道應依次點亮綠燈,綠燈閃亮,黃燈,反之,當東西主干道紅燈點亮時,南北主干道依次點亮綠燈,綠燈閃,黃燈。

1.2.2南北向和東西向行人道

南北向和東西向行人道均設為通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應在南北主干道綠燈點亮時點亮,當南北主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時南北行人道綠燈也要對應閃亮,其它時間為紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點亮是點

亮,當東西主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時東西行人道綠燈也要對應閃亮,其它時間為紅燈。

1.2.3盲人安全通道控制和手動控制車流量

除此之外另設兩個功能,使用10個脈沖開關。實現讓盲人可以方便通過十字路口和手動控制車流量。其中8個安裝在人行道的兩邊當東西方向行走的盲人要過馬路的時候,按下脈沖開關東西向行人道綠燈亮起,南北向主干道紅燈閃亮,延遲10秒恢復原來的控制系統。南北向脈沖開關對應東西向功能相同,另外兩個脈沖開可以控制車流量,當東西向主干道等待車量較多的時候,按下東西向控制脈沖開關,東西向主干道延長綠燈點亮時間到15秒。東西向行人道綠燈也要對應延長。南北向脈沖開關對應東西向功能相同。

1.3 流程圖 啟動開關

東西綠燈亮 東西綠燈閃 東西黃燈亮 東西紅燈亮 東西主干道 10S 2S 2S 14 南北紅燈亮 南北綠燈亮 南北綠燈閃 南北黃燈亮 南北主干道 14S 10S 2S 2S 啟動開關

南北紅燈亮 南北綠燈 南北綠燈閃 14S 10S 4S 東西綠燈亮 東西綠燈閃 東西紅燈亮 10S 4S 14S 東西行人道 南北行人道 結束 結束

交通燈模擬控制系統流程圖 啟動開關 按下脈沖開關

原來控制循環系統

行人道綠燈點亮,主干道紅燈閃亮 結束 Y N 啟動開關 按下脈沖開 關

對應方向綠燈點亮時間延長到15秒,另一方向紅燈點亮延長到15秒 再次按下啟動 開關

按此次控制方式進行循環 原來方式控制系統 結束 Y N Y

N 手動控制車流量流程圖 第2章 可編程控制器程序設計 2.1 可編程控制器選擇

本次交通燈設計用的是來自OMRON 的CPM1A-30CDR-A 可編程控制器。產品規格:CPM1A CPU 單元CPM1A 在編程環境等方面,它不僅具備了以往的小型PLC 所具有的功能,盡可能使安裝空間最小化,并實現了具有10點-100點輸入輸出點數的彈性構成。而且還可 連接可編程控制終端,創造了尚無前例的靈活運用。它不僅可以替代繼電器控制柜,就是作為小型控制器或在傳感器應用中,亦能適應生產現場不同的需求AC 電源輸入,繼電器輸出,能加擴展單元。

2.2 十字路口交通燈模擬控制時序圖 啟動 行人道綠燈 2S 10S 盲人脈沖按鍵控制時序圖 和此行人道相交叉的主干道紅燈 啟動 南北紅 東西綠

東西紅 南北綠 4S 14S 啟動

南北紅東西綠 東西黃東西紅 南北綠南北黃 10S 2 S 2 S 10S 2 S 2 S 14S 10S 2 S 2 S

ON OFF 十字路口主干道交通燈模擬控制時序圖 南北紅東西綠 東西黃東西紅 南北綠南北黃 15 2 S 2 S 10S 2 S 2 S 14S 15 2 S 2 S 東西向綠燈延時時序圖 啟

動 OFF ON 2.3 可編程控制器I/O 端口分配 啟動開關 0000 停止開關

0001 東西主干道綠燈 1000 東西主干道黃燈 1001 東西主干道紅燈 1002 南北主干道綠燈 1003 南北主干道黃燈 1004 南北主干道紅燈 1005 東西行人道綠燈 1100 東西行人道紅燈 1101 南北行人道綠燈

1102 南北行人道紅燈 1103 東西向綠燈延遲控制按鈕 0004 南北向綠燈延遲控制按鈕 0005 東西盲人脈沖按鈕

0003 南北盲人脈沖按鈕 0002 2.4 程序設計 0 LD 0000 1 OR 20300 2 AND-NOT 0001 3 AND-NOT 20000 4 OUT 20300 LD 20300 6 AND-NOT 20001 7 AND-NOT 20203 8 OUT 20301 PLC 0000 0001 1000 1001 1002 1003 1004 1005 1100 1101 1102 1103 交通燈控制PLC I/O 端口 0002 0003 0004 0005 9 LD 20301 10 OR TIM 005 11 OR TIM 027 12 OR 20000 13 AND-NOT TIM 002 14 AND-NOT 20103 15 AND-NOT 0001 16 OUT 20000 17 TIM 000 #100 18 TIM 001 #120 19 TIM 002 #140 20 LD TIM 002 21 OR 20001 22 OR TIM 018 23 AND-NOT TIM 005 24 AND-NOT 0001 25 AND-NOT 20203 26 OUT 2001 TIM 003 #100 28 TIM 004 #120 29 TIM 005 #140 30 LD 0004 31 OR 20100 32 AND-NOT 0000 33 AND-NOT 0005 34 AND-NOT 0001 35 OUT 20100 36 LD 20100 37 AND 20105 38 OUT 20102 39 LD TIM 005 40 OR TIM 027 41 OUT 20105 42 LD 20102 43 OR 20103 44 AND-NOT 0001 45 AND-NOT TIM 018 46 OUT 20103 47 TIM 016 #150 48 TIM 017 #170 49 TIM 018 #190 50 LD 0005 51 OR 20200 52 AND-NOT 0001 53 AND-NOT 0000 54 AND-NOT 0004 55 OUT 20200 56 LD TIM 002 57 LD TIM 018 58 OUT 20205 59 LD TIM 20200 60 AND 20205 61 OUT 20202 62 LD 20202 63 OR 20203 64 AND-NOT 0001 65 AND-NOT 027 66 OUT 20203 67 TIM 025 #150 68 TIM 026 #170 69 TIM 027 #190 70 LD 20000 71 AND-NOT TIM 000 72 LD 20103 73 AND-NOT TIM 016 74 OR LD 75 AND-NOT 0001 76 OUT 20002 77 LD TIM 000 78 AND-NOT TIM 001 79 LD TIM 016 80 AND-NOT TIM 017 81 OR LD 82 AND-NOT 20004 83 AND-NOT 0001

OUT 20003 85 TIM 006 #002 86 LD TIM 006 87 OR TIM 008 88 OR TIM 010 89 OR TIM 009 90 OR 20004 91 AND-NOT TIM 007 92 AND-NOT 0001 93 OUT 20004 94 TIM 007 #002 95 LD 20002 96 OR 20003 97 AND-NOT 0001 98 AND-NOT 20009 99 OUT 1000 100 LD TIM 001 101 AND-NOT TIM 002 102 LD TIM 017 103 AND-NOT TIM 018 104 OR LD 105 AND-NOT 20009 106 AND-NOT 0001 107 OUT 1001 108 LD 20000 109 AND-NOT TIM 002 110 LD 20103 111 AND-NOT TIM 018 112 OR LD 113 AND-NOT 20009 114 AND-NOT 0001 115 OUT 1103 116 LD20000 117 AND-NOT TIM 002 118 LD 20103 119 AND-NOT TIM 018 120 OR LD 121 AND-NOT 20103 122 AND-NOT 0001 123 OUT 20015 124 LD 20015 125 OR 20014 126 AND-NOT 0001 127 OUT 1005 128 LD 20001 129 AND-NOT TIM 003 130 LD 20203 131 AND-NOT TIM 025 132 OR LD 133 AND-NOT 0001 134 OUT 20005 135 LD TIM 003 136 AND-NOT TIM 004 137 LD TIM025 138 AND-NOT TIM 026 139 OR LD 140 AND-NOT 20004 141 AND-NOT 0001 142 OUT 20006 143 TIM 008 #002 144 LD 20005 145 OR 20006 146 AND-NOT 20013 147 AND-NOT 0001 148 OUT 1003 149 LD TIM 004

AND-NOT TIM 005 151 LD TIM 026 152 AND-NOT TIM 027 153 OR LD 154 AND-NOT 0001 155 AND-NOT 20013 156 OUT 1101 157 LD 20001 158 AND-NOT TIM 005 159 LD 20203 160 AND-NOT TIM 027 161 OR LD 162 AND-NOT 20013 163 AND-NOT 0001 164 OUT 1101 165 LD 20001 166 AND-NOT TIM 005 167 LD 20203 168 AND-NOT TIM 027 169 OR LD 170 AND-NOT 0001 171 AND-NOT 20009 172 OUT21000 173 LD 21000 174 OR 20011 175 AND-NOT 0001 176 OUT 1002 177 LD TIM 001 178 AND-NOT TIM 002 179 LD TIM 017 180 AND-NOT TIM 018 181 OR LD 182 AND-NOT 20004 183 AND-NOT 0001 184 OUT 20007 185 TIM 009 #002 186 LD TIM 004 187 AND-NOT TIM 005 188 LD TIM 026 189 AND-NOT TIM 027 190 OR LD 191 AND-NOT 20004 192 AND-NOT 0001 193 OUT 20008 194 TIM 010 #2 195 LD 20007 196 OR 20003 197 OR 20002 198 OR 20013 199 AND-NOT 0001 200 OUT 1100 201 LD 20008 202 OR 20005 203 OR 20006 204 OR 20009 205 AND-NOT 0001 206 OUT 1102 207 LD 0002 208 OR 20009 209 AND-NOT TIM 011 210 OUT 20009 211 TIM 011 #100 212 LD 20009 213 AND-NOT 20010 214 OUT 20011 215 TIM 012 #010

216 LD TIM 012 217 OR TIM 015 218 OR 20010 219 AND-NOT TIM 013 220 OUT 20010 221 TIM 013 #010 222 LD 0003 223 OR 20013 224 AND-NOT TIM 014 225 OUT 20013 226 TIM 014 #100 227 LD 20013 228 AND-NOT 20010 229 OUT 20014 230 TIM 015 #010 231 END 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 第3章總結 3.1 難點分析

本程序在設計過程遇到了一些難點我把它整理了一下發現有以下幾個問題。3.1.1行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應關系

因為實際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對應關系的,所以在編程前一定要理清它們,這樣有利于在編程時簡化程序、減少PLC不必要的運算。

3.1.2盲人脈沖按鍵

盲人在東西南北的行人道同時通過十字路口的情況不會經常出現,可以說是非少的,如果我們要把盲人脈沖分開東西控制和南北控制使他不影響和它沒關系的主干道就可以使車輛行走更加通順減少車輛堵塞的情況。要實現這樣的功能就要在脈

沖按鍵按下時不影響他們的計時程序只在對應的主干道紅綠燈輸出程序上進行插入常閉繼電器以此把輸出程序斷開。

3.1.3手動車流控制按鍵的控制方式

手動車流控制按鍵是對相應的主干道綠燈延長的進行控制,但不能使它在按下時使改變當時的紅綠燈顯示情況,如現在是南北紅燈東西綠燈時按下南北綠燈延長按鍵就不能使它變成南北綠燈東西紅燈。這就涉及到了一個請求和響應的關系。

3.1.4交通燈的閃亮

交通燈綠燈在實際運行中是要經過閃爍的,所以在設計程序中也要加入這個功能,參考了一些PLC的交通燈程序介紹時發現PLC中有一些繼電器可以實現閃爍這些繼電器也就是PLC內部的功能繼電器,這是一種硬件實現功能的方法,雖然程序可以減少但比較死板閃爍頻率不能控制。由于對PLC內部的功能繼電器不太熟悉(不同型號的PLC內部功能繼電器編號也不一樣我想了一個用程序實現的方法(程序段在第86條~第94條指令之間,此方法可以說是軟件實現功能的方法,雖然程序加長了但閃爍頻率可以控制比較靈活。

3.2調試錯誤與修改方法

經過設計,想一次性把程序完成是非常難的,在調試中就出現了不少的錯誤。剛開始的時候把程序寫進去然后運行卻發現有些燈亮不起來而且在完成了一個周期后就循環不起來了。那時真的不知道從哪里入手,只好一條一條地檢查才發現了一條指令把常閉寫成了輸出真正的輸出口就沒有收到信號了。燈雖然是亮了但仍然循環不起來。從梯形圖又仔細的看了一次卻看不出什么問題出來。突然想起來編程器還可以進行監控于是再在運行的同時進行監控,于是發現了在程序的第一周期一切都運行正常但再運行下去的時候第二周期就再沒有反應了,包括里面的輔助繼電器,最后發現原來是程序前面沒有并上完成這個循環的繼電器號。后來就這樣把加上其他功能出現的錯誤也找出來了。雖然找錯誤是一個枯燥無味的工作,但只要你耐心的去做的話,你肯定能學到有用的動西。

3.3PLC智能化控制交通燈的方法

傳統的十字路口交通控制燈,通常是事先經過交通流量的調查,運用統計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而實際上交通流量的變化往往是不確定的,有的路口在不同的時段甚至可能產生很大的差異。即使是經過長期運行、適用的方案,仍然會發生這樣的現象:綠燈方向幾乎沒有什么車輛,而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的,統計的方法已不能適應迅猛發展的交通現狀,需要有一種能夠根據流量變化情況自適應控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優勢。此系統就是應

用可編程序控制器(PLC對十字路口交通控制燈實現模糊控制傳統的十字路口交通控制燈,通常是事先經過交通流量的調查,運用統計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而實際上交通流量的變化往往是不確定的,有的路口在不同的時段甚至可能產生很大的差異。即使是經過長期運行、適用的方案,仍然會發生這樣的現象:綠燈方向幾乎沒有什么車輛,而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的,統計的方法已不能適應迅猛發展的交通現狀,需要有一種能夠根據流量變化情況自適應控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優勢。

此系統就是應用可編程序控制器(PLC對十字路口交通控制燈實現模糊控制此控制系統的輸入量是指十字路口各方向上車輛數的動態變化量。具體由傳感器采集后送入可編程序控制器。在十字路口的四個方向(E、S、W、N的近端J(斑馬線附近和遠端Y(距斑馬線約100米處各設置一個傳感器,分別統計通過該處的車輛數。為了實現模糊控制,需要將綠燈時間分為兩部分:其一是固定的10秒作為路口車輛狀態參數的采集時間t1;其二是根據兩個方向車輛流量變化進行模糊決策的延時t2。然后通過傳感器采集后的排隊等候的車輛數送往PLC進行模糊推理運算得出延遲時t2,最后由t1和t2來實現對十字路口車流量的靈活控制。

3.4收獲與感悟

經過半個多月的艱苦奮斗,設計成果終于出來了,我才松了一口氣,我通過采集資料、進行實際考察后,做出以上設計的方法。

查找資料也是一件繁瑣的事情,雖說網上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事,需要耐心查找。

花了整整十幾天,終于完成了設計,不過調試的時候卻發現結果和想的有所不同,通過監控和修改才得出了需要的設計。這次的設計讓我們增長了實踐技能,還增加了有關交通知識,這些對于我們真是受益匪淺。最后,我們覺得,不見風雨,怎么能見彩虹呢?我把體會用十個字概括:天下無難事,只怕有心人

一次又一次的學習,我們慢慢地在體會,研究和感悟,終于領會到成功的那一份喜悅,從撰寫開報告,查找資料,程序設計,到整理每一個次的調試,我們學會了細心和耐心,也品嘗到了酸、甜、苦、辣,無數的成功與失敗更加肯定了我們的研究成果。興趣是自發形成的,而默契是慢慢培養出來的。當前的社會,科技迅速發展,知識更新速度大大加快,只有我們共同去探索,用自己的雙手去征服每一片天空,用我們新的力量去打造一片創新的領域。結束語

通過這次設計,我對PLC設計控制有了深刻的認識,對以前學的PLC又有了一定的新認識,溫習了以前學的知識,就像人們常說的溫故而知新嘛,但在設計的過程中,遇到了很多的問題,我和同學之間互相幫助,有什么不懂的大家在一起商量,聽聽不同的看法對我們更好的理解知識,所以在這里非常感謝幫助我的同學。

在此要感謝我的指導老師徐彬,以及李頌洲老師和甘小梅老師,感謝老師給我這樣的機會鍛煉。在整個畢業設計過程中我懂得了許多東西,也培養了我獨立工作的能力,樹立了對自己工作能力的信心,相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力,使我充分體會到了在創造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善,但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業設計的最大收獲和財富,使我終身受益。

參考文獻 [1]．廖常初著.PLC 基礎及應用.第 2 版.北京：機械工業出版社,2007.[2].廖常初編.S7-300/400PLC 應用技術[M].北京：機械工業出版社，2005.[3]．三菱電機.FX3U,FX3UC 微型可編程控制器編程手冊.2005.[4].三菱電機.FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC 編程手冊.2002.電氣自動化 2012 年 5 月 16

第三篇：交通燈開題報告

重慶電子工程職業學院畢業設計（論文）開題報告

系 別 電子信息系 專 業 微電子技術

班 級 微電081班 學生姓名 王 文 翔 學 號 2008110475 指導教師 劉睿強

一、畢業設計的內容和意義：（500字左右）

單片機控制交通燈設計內容：

本課題的主要內容分兩部分即交通燈的軟件編程調試和硬件電路的實現。

交通燈的軟件部分基于AT89C51的c語言程序。在Proteus上模擬測量數據后再進行分析及調試。硬件部分由普通面包板焊接制成，所用原件主要有51系列單片機，74系列鎖存器，2位數碼管，發光二極管和若干電器元件組成。

交通燈設計內容：

1.要了解實際交通燈的變化規律.假設一個十字路口為東西南北走向.初始狀態0東西方向綠燈通車,南北方向紅燈,延時30 s.轉狀態1 ,東西方向黃燈亮，南北方向紅燈按1HZ的頻率閃爍,延時5s.再轉狀態2 ,東西方向紅燈亮,南北方向綠燈通車,延時20 s.轉狀態3 ,東西方向紅燈按1HZ的頻率閃爍，南北方向黃燈亮,延時5 s.最后循環至狀態0.這里的延時采用定時器0延時.2.當有緊急救護車出現時,應使東西南北四個方向全亮紅燈,并延時10 s , 以便急救車通過,同時對通行時間進行倒計時,從P1口及P3口輸出在發光二極管,使用8051 定時器/ 計數器0作為定時器實現子程序延時.技術上可用外部中斷0發出一單脈沖向CPU申請中斷.3.一般交通信號燈控制程序中使用軟件延時,軟件延時是靠執行一個循環程序以進行時間延遲.軟件定時的特點是時間精確,且不需外加硬件電路.但軟件定時要占用CPU ,增加CPU 開銷,因此軟件定時的時間不宜太長.本程序使用定時器/ 計數器0來定時,定時電路已經集成在芯片中,這種由硬件電路完成,不占CPU 時間.它通過對系統時鐘脈沖的計數來實現,即每個機器周期產生一個計數脈沖,也就是每個機器周期計數器加1.計數值通過程序設定,改變計數值,也就改變了定時時間,使用起來既靈活又方便.交通燈設計方法：

1.選用MCS-51單片機來實現，根據設計要求，交通信號燈控制器的外部輸出信號為主、副車道紅、黃、綠燈共12個驅動信號；編程使相應位復/臵位來實現信號燈的亮/滅控制，使得十字路口的紅、綠燈交替點亮；在燈色交換時，黃燈閃爍提醒。

2.設計要求有緊急車輛通過時，十字路口均顯示紅燈。可以通過軟件中斷來完成緊急任務，定義T0為計數中斷并為下降沿觸發，編寫對應中斷向量子程序和中斷服務程序，完成中斷處理。

3.設計還對定時控制有所要求。對于精確定時，應該用計數器加以控制，硬件實現復雜度增加。考慮到該設計對時間精度要求不高，所以采用軟件定時可以大大簡化電路。先計算出程序單部執行的時間，設臵循環參數，利用if語句按設計要求完成定時控制。單片機控制交通燈設計的意義：

信號燈的出現，使得交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有著明顯的效果。1968年，聯合國《道路交通和道路標志信號協定》對各種信號燈的含義作了規定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向，左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優先通行；紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車；黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。

自19世紀以來，紅綠燈就已經被安裝在各個交通路口上，作為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。19世紀50年代，英國倫敦首先使用了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械式信號燈，用以指揮馬車通行。但是這種交通燈有著極大的安全隱患，所以并未推廣使用。19世紀60年代，倫敦威斯敏斯特區的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈組成。但是在隨后不久，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消使用。第二次工業革命前后，電氣啟動的紅綠燈出現在美國街頭，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，20世紀初安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。

隨著工業革命的深入，20世紀20年代又出現了可控的紅綠燈和紅外線紅綠燈。可控的紅綠燈有兩種，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變為綠燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變為綠燈。這種技術在交通尚處于不是很擁堵的當年是可行。但是現在只能再看一些特殊場合見到這種交通管理工具了。

二戰結束后，世界在冷戰軍事競賽的催發下，相繼誕生了電子集成高速計算技術，自動控制技術以及激光技術。后來又在太空大戰的計劃下誕生了大規模電子集成電路和高速計算機。

而后，隨著蘇聯解體，兩極世界的形成，這些技術開始走向了民用的階段。在上世紀70年代，自動控制的信號燈已經被各國大量的使用了。現如今，交通信號燈越來越平民化，人性化和實用化，也越來越能體現一個國家的自動產業鏈條的整體水平。

二、文獻綜述：（300字左右）

交通在人們的日常生活中占有重要的地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是體現的淋漓盡致。交通信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。

十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統。交通信號燈控制方式很多。本系統采用MSC-51系列單片機ATSC51和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設計交通燈控制器，實現了能根據實際車流量通過8051芯片的P1口設臵紅、綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過PA口輸出，顯示時間直接通過8255的PC口輸出至雙位數碼管）；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數碼管顯示。本系統實用性強、操作簡單、擴展功能強。

一、工作計劃及方案論證：（500字左右）

工作計劃：

1.進行全方位的自我定位分析，選擇適合自己的課題。2.多方面的收集資料，包括書籍，請教他人，網上查找。3.將畢業設計做一個基本版塊定位，熟悉每一章節應書寫的內容。4.做完以上工作，首先完成基本的開題報告，教指導老師檢查。5.開題報告通過后，進行設計的內容書寫，將每一章節的內容做詳細的時間規劃書寫。

6.完成畢業設計初稿后，教指導老師檢查，根據老師的指導，再做重新的修改和整理。最終完成此次畢業設計。

方案論證步驟：

1.收集實物材料，實地觀察馬路交通燈的工作形式。2.開始硬件制板，決定芯片類型和i/o口配臵。3.軟件編程開始，Proteus調試通過。4.程序燒寫到芯片中去，開始總調試。5.電路板焊接，完成。

四、參考文獻：（不少于10篇，期刊類文獻不少于7篇）

[1] 林華兵編著.MCS-51單片機原理及應用.武漢：華中科技大學 出版社，2003.6

[2] 先鋒工作室編著.單片機程序設計實例.清華大學出版社，2003.1 [3] 陳明熒編著.8051單片機課程設計實訓教材.清華大學

出版社，2003.3 [4] 王曉明、曾紅編著.單片機教程.東北大學出版社，2001.12 [5] 張洪潤、藍清華編著.單片機應用技術教程.清華大學

出版社，1997.11 [6] 求是科技、勒達編著.單片機應用系統開發實例導航.人民郵電

出版社，2003.10 [7] 南建輝、熊鳴、王軍茹編著.MCS-51單片機原理及應用實例.清華大學出版社，2004.3 [8] 蘇凱、劉慶國、陳國平編著.MCS-51系列單片機系統原理與設計.冶金工業出版社，2003.3 [9] 白駒珩、雷曉平編著.單片計算機及其應用.成都：電子科技大學出版社，1997.12 [10] 徐愛鈞 彭秀華編著.單片機高級C51應用程序設計.電子工業出版社，1998.6 [11] 李東生、張勇、許四毛編著.Protel 99SE電路設計技術入門與應用.北京：電子工業出版社，2002.12 [12] 王勇、陳愛弟、蔡明軍、任安宏編著.Protel 98實用指南.西安：西安電子科技大學出版社，1999.7 [13] 袁濤編著.單片機C高級語言程序設計及其應用.清華大學出版社，2001.10 [14] G.B.Stringfellow and M.G.Craford, “High Brightness Light Emitting Diodes” , Semiconductors and Semi-metals Vol.48,Academic Press, 1997.[15] G.B.Stringfellow and M.G.Craford, “High Brightness Light Emitting Diodes” , Semiconductors and Semi-metals Vol.48,Academic Press, 1997.[16] 伍時和.數字電子技術基礎.北京:清華大學出版社，2009 [17] 吳友宇.模擬電子技術基礎.北京:清華大學出版社，2009 [18] 李朝青.單片機原理及接口技術.四川:電子科技大學出版社，2005 [19] 蔡朝洋.單片機控制實習與專題制作，北京:電子工業出版社，2004 [20] 趙廣林.電路設計與制版,北京:人民郵電出版社，2005

五、指導教師意見：

六、審查意見：

注：內容為四號仿宋體

指導教師（簽字）教研室負責人（簽字）系部負責人：（簽字）日期：

日期：

日期：

第四篇：開題報告-基于單片機的交通燈設計

開題報告

電氣工程及自動化

基于單片機的交通燈設計

一、綜述本課題國內外研究動態，說明選題的依據和意義

當今社會，隨著日益增長的社會發展，人們對于社活的水平也日益提高，不僅在物質享受方面有所提高，在精神享受方面也逐漸增長。最明顯的就是汽車的增長。現在幾乎每戶人家都有一輛汽車，以至于道路經常堵塞，頻繁出現交通事故。由于這種狀況的出現，這就要求能有效的管理交通，其中十字路口的交通燈起著巨大的作用。因此，交通燈的有效控制能較好的緩解當前的交通堵塞壓力。一般的交通燈只有四盞紅綠燈，紅燈禁止，綠燈通行。較好的交通燈不僅有紅黃綠燈，還有可以讓行人通行的行人路燈以及顯示通行方向和時間的顯示器。其中主干道為雙向的交通線路，垂直的輔路可供行人行走。主干道上的紅綠燈指揮車輛的行駛，輔路上的紅綠燈指揮行人的通行與禁止。但是這種交通燈還是不能滿足當前的交通狀況，要使車輛和行人能有條不紊的通行，就需要交通燈能根據車流量自動的調節時間，這樣就可以提高通行的效率。目前國內有一種新型的無線十字路口交通燈智能感應控制系統，該系統的主機通過無線模塊通信得到各方向從機采集的公路車輛實時流量信息并計算出十字路口交通動態配時。該系統突破了傳統固定配時模式，大大提高了十字路口車輛通行效率，緩解了交通阻塞，具有實際應用前景。

本設計采用51系列單片機設計智能交通燈，該系統由8051單片機、交通燈顯示、LED倒計時、車輛檢測及調整、違規檢測、緊急處理、時間模式手動設置等模塊組成。系統除基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設置、可倒計時顯示、急車強行通過、車流量檢測及調整、交通異常狀況判別及處理等相關功能。理論證明該系統能夠簡單、經濟、有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。

單片機是一種廣泛應用的微處理器技術。單片機具有種類繁多、價格低、功能強大和擴展能力強等優點。隨著第一代4位單片機的誕生，在短短三十幾年時間中，單片機產品不斷更新，其發展大致經歷了4個階段。

（1）4位單片機時代

第一階段是4位單片機時代（1970年—1974年），這時的單片機已經包含多種I/O接口，如并行接口、A/D和D/A轉換接口等。這些豐富的I/O接口使得4位單片機具有很強的控制能力。主要用于收音機、電視機和電子玩具等產品中。

（2）低中檔8位單片機時代

第二階段是中檔8為單片機時代（1974年—1978年），Intel公司的MCS-48系列單片機是主要的代表產品。這時的單片機內部集成了8位CPU、多個并行I/O口、8位定時器/計數器、小容量的RAM和ROM等。這種單片機中沒有集成串行接口，操作仍比較簡單。

（3）高檔8位單片機時代

第三階段是高檔8位單片機時代（1978年—1983年），以Intel公司的MCS-51系列為典型代表。此時的單片機性能比前一代產品有明顯提高，其內部增加了串行通信接口，具備多級中斷處理系統，將定時器/計數器擴展為16位，并且擴大了RAM和ROM的容量等。這類單片機功能強，應用范圍極廣，至今仍有一定的應用市場。

（4）增強型單片機時代

第四階段是增強型單片機時代及16位單片機時代（1983年—至今）。這一階段出現了許多新型的8位增強型單片機，其工作頻率、內部存儲器等都有很大的提升，例如PIC系列單片機、ARM系列單片機、AVR系列單片機、C8051F系列單片機等。另外有些集成電路廠商還推出了16位單片機，甚至32位單片機，其功能越來越來強大，集成越來越來高。

總的來說，現在的單片機產品非常豐富，但4位、8位、16位單片機均有其各自的應用領域。例如4位單片機在一些簡單的家電和玩具使用中使用，8位單片機在中、小規模電子設計領域中占主流，而高性能的16位單片機在比較復雜的控制系統中得到應用。

目前51系列單片機以其高性能、高速度。體積小、價格低廉、可重復編程和方便功能等優點，在市場上得到廣泛的應用。其主要應用于如下幾個領域：

①家電產品及玩具。由于51系列單片機價格低、體積小、控制能力強、功能擴展方便等優點，使其廣泛應用于電視、冰箱、洗衣機、玩具、家用防盜報警器等方面。

②機電一體化設備。機電一體化設備是指將機械技術、微電子技術和計算機技術結合在一起，從而產生具有智能化特性的產品，它是現代機械及電子工業的主要發展方向。單片機可以作為機電一體化產品的控制，從而簡化原機械產品的結構，并擴展其功能。

③智能測量設備。以前的測量儀表體積大、功能單一，限制了測量儀表的發展。采用單片機改造各種測量控制儀表，可以使其體積減少、功能擴展，從而產生新一代的智能化儀表，如各種數字萬用表、示波器等。

④自動測控系統。采用單片機可以設計各種數據采集系統、自適應控制系統等。例如溫度的自動控制、電壓電流的數據采集。

⑥計算機控制及其通信技術。51系列單片機都集成有串行通信接口，可以通過該借口和計算機的串行接口進行通信，實現計算機的程序控制和通信等。

在51系列單片機中的AT89S51是一個低功耗、高性能CMOS8位單片機，片內含4KB

ISP（In-system

programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲其，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構。功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。

AT89S51具有如下特點：40個引腳，4KB

Flash片內程序存儲器，128B的隨機存取數據存儲器RAM，32個外部雙向輸入/輸出I/O口，5個中斷優先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，看門狗WDT電路，片內時鐘振蕩器。

基于51系列單片機具有如此強大的功能、廣泛的用途和AT89S51的特點，本設計采用AT89S51單片機來設計交通燈，實現真正的智能化控制，解決當前的交通問題，保證交通線路的暢通無阻，改善交通網絡提高城市的工業文明水平，減少交通事故的發生，保障人身安全，延伸生命通道。

二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：

設計一個基于單片機的智能交通燈。主要有以下幾個問題要解決：

①AT89S51單片機的內部結構、存儲結構、并行I/O接口、時鐘電路、中斷系統等其他功能。

②測量車流量傳感器的工作原理及其選用型號，數碼顯示管的接口。

③編寫程序。

④模擬仿真。

⑤做出實物，驗證結果。

三、研究步驟、方法及措施：

1.設計一個總體框架，列出所需器件。

2.深入研究AT89S51單片機的工作原理。

3.研究傳感器工作原理以及相關顯示器的工作原理及其接口。

4.編寫程序，進行模擬仿真，并做出實物。

如遇到問題參考相關書籍、向指導老師請教或者上網查詢。

四、參考文獻

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馬鴻文，陳松立，陳治國，李劍.微計算機應用[M].北京:中國礦業大學出版社，2009.

第五篇：基于PLC的智能交通燈控制系統畢業設計文獻綜述

文獻綜述

一． 緒論

1.交通燈的由來：

交通燈是指由紅、黃、綠三種顏色燈組成用來指揮交通的信號燈，最早出現在19世紀初在英國中部的約克城的一個典故中，當時交通燈只有兩種顏色紅綠，隨著各種交通工具的發展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。2.交通燈的發展史：

19世紀初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫敦議會大前經常發生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發，1868年12月10日，信號燈家族的第一個成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了，由當時英國機械師德?哈設計、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈--煤氣交通信號燈，這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。

從此，城市的交通信號燈被取締了。直到1914年，在美國的克利夫蘭市才率先恢復了紅綠燈，不過，這時已是“電氣信號燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現了交通信號燈。

隨著各種交通工具的發展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。

黃色信號燈的發明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學救國”的抱負到美國深造，在大發明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，當他看到紅燈而正要過去時，一輛轉彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗。回到宿舍，他反復琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮 1

信號家族，遍及全世界陸、海、空交通領域了。

二． 主體

1.發展智能交通燈系統的意義：

汽車已經逐漸成為了人們日常生活中最主要的交通工具。但是，城市基礎設施建設特別是城市交通道路的發展速度卻滿足不了汽車數量增長的需求，這就使城市交通擁堵現象越來越嚴重，車輛通行速度成為了城市發展的瓶頸。在加強城市基礎建設的同時，改善十字路口的交通信號燈運行模式，提高十字路口的通行效率，對緩解城市交通堵塞有著重要的現實意義。而目前城市的交通燈控制，是根據一定時間段的各車道車流量的調查而分配出的相對合理的同定紅綠燈轉化周期。但在特定的時間段，會出現某一方向車輛早已通行完，而另一方向車輛排隊等綠燈的情況，這嚴重降低了實際的十字路口交通效率。

針對現實中越來越嚴重的城市交通擁堵現象，可設計出一種城市十字路口交通信號燈控制的新方法。可根據車流量來智能控制紅綠燈的讀秒時間，解決了各車道車流量不均衡所造成的十字路口交通資源浪費問題，設計的智能交通控制系統利用對相向車道采用不同步的紅綠燈信號控制方法，能夠減少交通資源浪費，大幅提高十字路口的車輛通行效率。2.國內外智能交通燈系統的發展現狀：

交通信號控制系統是現代城市交通控制和疏導的主要手段。而作為城市交通基本組成部分的平面交叉路口，其通行能力是解決城市交通問題的關鍵，而交通信號燈又是交叉路口必不可少的交通控制手段。隨著計算機技術和自動控制技術的發展，以及交通流理論的不斷發展完善，交通運輸組織與優化理論、技術的不斷提高，國內外逐步形成了一批高水平有實效的城市道路交通控制系統。

（1）澳大利亞SCAT系統：

SCATS采取分層遞階式控制結構。其控制中心備有一臺監控計算機和一臺管理計算機，通過串行數據通訊線路相連。地區級的計算機自動把各種數據送到管理計算機。監控計算機連續地監視所有路El的信號運行、檢測器的工作狀況。地區主控制器用于分析路El控制器送來的車流數據，確定控制策略，并對本區域各路口進行實時控制。SCATS系統充分體現了計算機網絡技術的突出優點，結構易于更改，控制方案較易變換。SCATS系統明顯的不足：第一，系統為一種方案選擇系統，限制了配時參數的優化程度；第二，系統過分依賴于計算機硬件，移植能力差：第三，選擇控制方案時，無實時信息反饋。

（2）英國SCOOT系統：

SCOOT是由英國道路研究所在TRANSYT系統的基礎上采用自適應控制方法于1980年提出的動態交通控制系統。SCOOT的模型與優化原理與TRANSYT相仿，不同的是SCOOT為方案生成的控制系統，是通過安裝在交叉口每條進口車道最上游的車輛檢測器所采集的車輛信息，進行聯機處理，從而形成控制方案，并能連續實時調整周期、綠信比和相位差來適應不同的交通流。SCOOT系統的不足是：相位不能自動增減，任何路E1只能有固定的相序；獨立的控制子區的劃分不能自動完成，只能人工完成；安裝調試困難，對用戶的技術要求過高。

（3）國內智能交通控制系統：

國內應用和研究城市交通控制系統的工作起步較晚，20世紀80年代以來，國家一方面進行以改善城市市中心交通為核心的UTSM(urban traffic sys—tem manage)技術研究；另一方面采取引進與開發相結合的方針，建立了一些城市道路交通控制系統。以北京、上海為代表的大城市，交通控制系統主要是簡易單點信號機、SCOOT系統、TRANSYT系統和SCATS系統其中幾個結合使用；而如湘潭、岳陽等國內中小城市，交通控制系統主要還是使用國產的簡易單點信號機和集中協調式信號機。

3.采用基于PLC的智能交通燈控制系統的好處：

（1）特點：

① 能適應各種惡劣的運行環境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型； ② 通用性高，使用方便； ③ 程序設計簡單，易學，易懂；

④ 采用先進的模塊化結構，系統組合靈活方便； ⑤ 系統設計周期短；

⑥ 安裝簡便，調試方便，維護工作量小；

⑦ 對生產工藝改變的適應性強，可經行柔性生產； ⑧ 體積小，功耗小，性價比高。（2）PLC的應用：

① 開關量的邏輯控制：這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控制及自動化流水線。

② 模擬量控制：在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了是可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量和數字量質之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉化模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

③ 運動控制：PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早起直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動的步進電機或者伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。

④ 過程控制：過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編程控制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。

⑤ 通信及聯網：PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設備間的通行。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通行功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

⑥ 數據處理：現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排表、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型的控制系統。

三． 總結

采用基于PLC的智能交通燈控制系統，可以根據車流量合理的調節交通信號燈的讀秒時間，這樣不僅可以有效的防治交通擁堵而且可以合理的利用交通資源，進而大大緩解交通壓力。在基于PLC的智能交通燈控制系

統的設計過程中可能牽涉到信號的采集與傳輸，在考慮到施工的成本以及安裝困難度的前提下，本設計主要想采用光電計數器。因為光電計數器叫一般的傳感器而言，它不僅成本低而且安裝方便。

四． 參考文獻

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