第一篇：基于PLC的智能交通信號燈控制系統目前
基于PLC的智能交通信號燈控制系統
摘要
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，在現代工業中的應用更加突出。城市交通燈控制采用的可編程制器具有可靠性高、維護方便，用法簡單、通用性強等特點來控制交通路況:制作傳感器探測車輛數量來控制交通燈的時長。具體如下:在入路口的各個方向附近的地下按要求埋設感應線圈，當汽車經過時就會產生渦流損耗，環狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，并將這一信號轉換為標準脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，并用PLC計數，按一定控制規律自動調節紅綠燈的時長。
關鍵詞：PLC 傳感器 智能 交通信號燈
Abstract function of the programmable controller is increasingly perfect, plus smallscaled turn, the price is low, the credibility is high, the application that is in modern industry is more out standing.The city transportation light control adopts programmable to make the tool contain high credibility, the maintenance convenience, the method of using is simple, the in general use strong etc.characteristics, this text uses the design that the programmable, way and as follows: The at go the into the underground of the each the direction neighborhood the of the street corner the to lay the to respond the coil the according to the trequest, the be the automobile to the pass by the will produce the to flow the to exhaust, the wreath the form insulates the electricity the feeling of the electric the wire to start reduce, can immediately examine pass of an automobile, and convert this signal control importation that is the programmable controller for the standard pulse signal, counteract the PLC to count, long by the hour that the certain control regulation regulates the traffic lights automatically.Keywords: PLC(Programmable Logical Controller);diagram;intelligence;Instruction In proper order function diagram Transportation light 2
緒論
1引言
道路通交通系統是一個地區、一個城市的主要組成部份，這個系統的運行狀況如何，直接反映了一個地區、一個城市的現代化管理水平。在這一系統中，道路不僅僅是易變化的部分，而其它組成部分則存在著較大的可變性和隨機性。只有對這一系統的組成及其運行機理進行科學客觀的分析研究，對能制定出科學有效的管理和控制對策，從而保障系統的有效運行。2 PLC控制設計內容及任務
本設計采用PLC做控制器，完成對十字路口交通燈的自控控制與監控，主要實現城市交通路口信號燈自動控制，實現顯示，通信等功能，從而保證了車輛在 城市道路各路口順暢通行及安全。交通燈發展現狀
隨找社會的發展和進步，上路的車輛越來越多，道路建設卻往往跟不上城市發展的速度，因此城市交通的問題日益突出。經常在十字路口等交通繁忙的地方發生堵塞情況，在這個時候，道路交通燈的正常運行以及合理的功能就是交通暢通的重要保證。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市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道路，在高速道路建設完成的初期，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澎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與普通道路藕合處交通狀況的制約。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，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門待解決的主要問題 交通燈監控系統的設計意義
目前，我國城市十字路口的交通燈控制系統基本上都采用定時控制方式，就會車流量大時卻要等待紅燈，車流量相對少的道路卻依然按原定時間亮著綠燈。3 因此智能交通控制系統將具有廣大的應用，按照城市交通控制的需要，本文討論了用PLC實現正常時序、急車強通2種控制方式，通過傳感器與PLC完成對交通異常狀況（滯留或堵車）的判別及處理。
正常時序控制對路面進行控制.南北方向紅燈時,東西方向綠燈.綠燈閃3秒緊接著黃燈閃2秒,變紅燈.南北方向紅燈直接變綠燈.東西方向紅燈時同理.急車強通時,發送信號給交通燈讓其對來急車方向的交通燈進行綠燈暢通.急車強通信號受急車強通開關控制；無急車時，信號燈接正常時序控制；有急車來時，一律強制讓急車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過為止。
交通滯留的異常情況，在路口與路尾設置兩個傳感器進行檢測車流量.交通路段車流量繁忙時，傳感器起到勘測車流量的存在與通過的作用。當一方車流量過大的時候,PLC要對控制這一路段的信號燈進行調控,讓滯留或堵車的一方綠燈時間加長,直到交通暢通為止這種工作的好處是避免了交通堵塞造成的不必要的麻煩與事故,就、控制進行很方便,很便捷。
第一章 系統總體方案比確
1.1 繼電器接觸控制
采用繼電接觸或控制系統設計交通燈控制系統，主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關組成其控制方式是斷續的，雖然這種系統也具有機構簡單，價格低廉，維護容易，抗干擾能力強等優點，但這種系統的缺點是采用固定接線方式，接線多，靈活性差，工作頻率低，觸電易損壞，可靠性差。
1.2單片機系統控制
1、比較穩定，由于I/O口內部采用光電隔離驅動，因此抗干擾能力要強很多。
2、I/O口的驅動能力比較強，能夠直接驅動24V的繼電器吸合。
3、做人機界面等在某些場合，市場上有共用和現在的開發軟件及界面，因此相對于單片機，它的開發周期要短很多。
PLC說穿了其實就是單片機功能的集成化，穩定性比起單片機更好，功能更齊全，對于工程人員的編程也相對簡單。所以PLC是目前工業控制器使用最為普遍的一種。單片機的優點在于，成本低，體積小，但是穩定性差。
用單片機設計交通燈控制系統采用MSL-51系列單片機TSC51和可編程并行I/O接口芯片6255A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PL口設置紅綠燈燃亮時間。使用單片機設計的優點在于它們的CPU功能在增強，內部資源在增多引角的多功能化，以及低電壓低功耗，但是變成復雜，對環境的要求較高，出現故障時進行調試不方便，可靠性不高。
1.3可編程控制器控制
可編程邏輯控制器簡稱為PLC，它主要用來取代繼電接觸器邏輯控制。系統功能僅限于執行繼電器邏輯、計時、計數等，可編程控制系統是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算，順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過 5 數字式和模擬式的輸入和輸出。控制各種類型機械的生產過程，它具有很強的抗干擾能力。廣泛的適應能和應用范圍而。這也是區別于其他一般微型控制系統的一個重要特征。
采用PLC作為十字路口交通燈控制系統作為控制核心，只需將程序下載到PLC內即可，并可通過通信隨時對控制系統進行調試，PLC適應環境的能力非常強，抗干擾等方面能力都非常強大，性能價格也很高。
實現開關量順序控制和邏輯控制較為繁瑣，程序的結構和編制較為復雜，調試困難，要有相當的研發力量和行業經驗才能使系統穩定、可靠的運行。可編程控制器PLC采用了“循環掃描”工作方式，是一種可編程的控制器，相當于一種控制設備，考慮到有效的緩解交通擁擠、實現交通控制系統的最優控制應用，采用PLC實現交通燈的控制，其特點是非常可靠，容易實現開關量順序控制和邏輯控制，具有很高的工作可靠性和抗干擾能力。單片機的控制系統在多數場合下，被控對象主要是開關量順序控制和邏輯控制，通過對不同時間的控制變量及由被控變量形成的反饋變量經一定邏輯組合而完成控制，亦即被控對象的實現是有關邏輯關系的實現，并不一定有時間的先后。所以使得系統在交通燈設計方案中可編程控制器（PLC）成為首選。
第二章可編程控制器的簡述
2.1可編程控制器的概述
可編程控制器是在繼電器控制和計算機技術的基礎上逐漸發展起來的以微處理器為核心。集微電子技術，自動化技術，計算機技術，通信技術為一體，以工業自動化控制為目標的新型控制裝置，目前已在工業、農業、商業、交通運輸等領域得到廣泛應用。成為各行業的通用控制核心產品。
可編程控制器是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算，操作的電子裝置，是帶有存儲器，可以編制程序的控制器，它能夠存儲和執行命令，進行邏輯運算和順序控制，定時、計數和算術運算等操作，并通過數字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程，可編程控制器及其有關的外圍設備，都應控易于工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則設計。
PLC是在繼電器控制邏輯基礎上，與3C技術(Computer Control Communication)相結合，不斷發展完善的。目前已從小規模單機順序控制，發展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領域。PLC早期主要應用于工業控制，但隨著技術的發展，其應用領域正在不斷擴大.可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PC或PLC，是60年代末發明的工業控制器件，是美國數字公司(DEC)為美國通用公司(GM)研制開發并成功應用于汽車生產線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術的飛速發展，PLC軟硬件水平與規模也發生了質與量的變化，其控制技術也朝著智能化方向不斷發展，同時推動了先進制造技術的相應發展。現代PLC已經成為真正的工業控制設備。
2.2可編程控制器的主要的特點及分類
1可編程控制器的主要的特點
1.可靠性高 2.控制功能強 3.組成靈活 4.操作方便 5.網絡功能
中央處理單元（CPU）是PLC控制部件，一般由控制電路，運算器，寄存器等組成，通過地址及數據總線與存儲器，I/O接口電路連接，它主要完成從存儲器中讀取指令并執行，然后再取下一條指令，處理中斷等任務。
存儲器是具有記憶功能的半導體電路，PLC的存儲器包括系統程序存儲器和用戶程序存儲器。其中，系統程序是PLC制造廠家編寫的控制和完成各種功能的程序，他們一般被固化到只讀存儲器（RAM）中，不允許修改，并用戶啟動運行。
輸入/輸出接口電路用來連接PLC主機與外部設備。為了提高抗干擾能力，一般的輸入，輸出接口均有光電隔離裝置，最常用的是由發光二極管和光電三極管組成的光電耦合器。我們所用的OMRON CPM1A系列PLC的輸入/輸出接口電路圖如下圖所示： 由于輸入及輸出的升年時秒度即可能是數字能量，又有可能是開關量或者模擬量，所以，選擇接口部件時要考慮接口處的信號的性質。
電源部件用來將外部供電電源轉換成供PLC的各部分電子電路工作所需的直流電源，是PLC能正常工作。由于PLC 的電源部件有很好的穩壓措施，因此它對外部電源的要求并不高，直流24V供電的機型，允許電壓為16-32V。交流供電的機型，允許電壓為85-264V，頻率為47-53HZ，一般情況下，PLC 還為用戶提供24V直流電源作為輸入電源或負載電源。
可編程控制器是一種數字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現邏輯運算、順序運算、記數和算術運算等功能。用來對各種機械或生產過程進行控制
2可編程控制器的分類
1.按點數和功能分類：根據I/O點數的多少可將PLC分成小型、微型、中型和大型。
2按用途分類：根據可編程控制器的用途PLC可分為通用型和專用型兩大類。3按結構形式分類: PLC按照硬件的結構形式可以分為整體式和組合式。整體式PLC外觀上是一個長方形箱體，又稱為箱式PLC。組合式PLC在硬件構成上具有一定的靈活性，其規模可以像拼積木一樣的進行組合，構成具有不同控制規模和功能的PLC，因此這種PLC又稱為積木式PLC。整體式PLC：整體式PLC的CPU、存儲器、輸入輸出安裝在同一機體內，這種結構的特點是：結構簡單，體積小，價格低；輸入輸出路數固定，實現的功能和控制規模固定，靈活性較低。組合式PLC：組合式PLC為總線結構。其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽可安裝一個PLC模塊，不同的模塊實現不同的功能。PLC的CPU、存儲器和電源等做成一個模塊，該模塊在總線版上的安裝位置一般來說是固定的，而且該模塊也是構成組合式PLC所必需的。其他的模塊根據PLC的控制規模、實現的功能選取，安裝在總線版的其他任一總線槽上。組合式PLC安裝完成后，需進行登記，使PLC對安裝在個總線上的模塊進行確認。組合式PLC的總線板又稱為基版。組合式PLC的特點是系統構成靈活性高，可構成具有不同控制規模和功能的PLC；價格較高。
4按控制規模分類 輸入輸出的總線數，又稱I/O點數，是表征PLC控制規模的重要參數。因此，按控制規模對PLC分類時，可根據I/O點數的不同大致分為小型、中型和大型PLC。小型PLC：I/O點數較少，在256點以下的PLC。中型PLC：I/O點數較多，在256點以上、2048以下的PLC。大型PLC：I/O點數較多，在2048點以下的PLC。
5按實現的功能分類 按照PLC所能實現的功能的不同，可以把PLC大致的分為低檔、中檔、和高檔機三類。低檔機：具有邏輯運算、計時、計數、移位自診斷監控等功能，還具有一定的算術、數據傳送和比較、通訊、遠程和模擬量處理功能。中檔機：除具有低檔機的功能外，還具有較強的算術運算、數據傳送和比較、數據轉換、遠程、通訊、子程序、中斷處理和回路控制功能。高檔機：除具有中檔機的功能外，還具有帶符號數的算術運算、矩陣運算。函數、表格、CRT顯示、打印機打印等功能。一般地，低檔機多為小型PLC，采用整體式機構；中檔機可為大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整體式結構，中型和大型PLC多采用組合式結構；高檔機多為大型PLC，采用組合式結構。目前，在國內工業控制中應用最廣泛的是中、低檔機。
2.3 可編程控制器的工作原理
1工作過程
按照可編程控制器系統的構成原理，可編程控制器系統由傳感器，可編程控 制器(PLC)和執行器組成。可編程控制器通過循環掃描輸入端口的狀態，執行用戶程序來實現控制任務。其操作過程如下圖所示。
可編程控制系統的操作過程
PLC將內部數據存儲器分成若干個寄存器區域，其中過程映像區域又稱為I/O映像寄存器區域。過程映像，區域的輸入映像寄存器區域(PLC)用來存放輸入端點的狀態，輸出映像寄存器區域(PIQ)用來存放用戶程序(OBI)運行的結果。PLC輸入模塊的輸出信號狀態與傳感器信號相對應，為傳感器信號經過，隔離和濾波后的有效信號，開關量輸入電路同構傳感器的0.1電平變化，識別開關的通斷狀態，CPU存每個掃描周期的開始掃描輸入模塊，信號狀態并將其狀態送入輸入映像寄存器區域；CPU根據用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號。并將處理結果送到輸出映像寄存器區域。
PLC輸出模塊具有一定的負載驅動能力，在額定負載以內，直接和負載相連，可以驅動相應的執行器。
CPU連續執行用戶程序、任務的循環序列稱為掃描。如下圖所示，CPU的掃描周期包括讀輸入、執行程序、處理通信請求、執行CPU自診斷測試及寫輸出等內容。
PLC可被看成是在系統軟件支持下的一種掃描設備。它一直周而復始地循環掃描并執行由系統軟件規定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內容。典型的PLC在一個周期中可完成以下5個掃描過程。1自診斷測試掃描過程。
為保證設備的可靠性，及時反應所出現的故障，PLC都具有自監視功能。自監視功能主要由時間監視器完成。WDT是一個硬件定時器，每一個掃描周期開始前都被復位。WDT的定時可由用戶修改，一般在100～200ms之間。其它的執行 結果錯誤可由程序設計者通過標志位進行處理。2與網絡進行通信的掃描過程。
一般小型系統沒有這一掃描過程，配有網絡的PLC系統才有通信掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機或終端設備之間的通信。3用戶程序掃描過程。
機器處于正常運行狀態下，每一掃描周期內部包換掃描過程。該過程在機器運行中是可控的，即用戶可以通過軟件進行設定。用戶程序的長短，會影響過程所用的時間.4讀輸入與寫輸出掃描過程。
機器在正常運行狀態下，每一時間。個掃描周期內都包含這個掃描過程。該過程在機器運行中是否被執行是可控的。CPU在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的運算的結果也不直接送到實際輸出點，而是在內存中設置了兩個映像寄存器：一個為輸入映像寄存器，另一個為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運算結果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中，CPU把實際輸入點的狀態鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中，CPU把輸出映像寄存器的值鎖定到實際輸出點。為了現場調試方便，PLC具有I/O控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放I／O。封鎖I／O就是關閉I／O掃描過程。
在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態鎖入輸入映像寄存器中。緊接著轉入用戶程序執行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態執行用戶程序，同時將執行結果寫入輸出映像寄存器中。在程序執行期間，即使輸入端子狀態發生變化，輸入狀態寄存器的內容也不會改變—輸入端子狀態變化只能在下一個工作周期的輸入階段才被集中讀入。在寫輸出階段，將輸出映像寄存器的狀態集中鎖定到輸出鎖存器，再經輸出電路傳遞到輸出端子。由上述分析得出循環掃描有如下特點：
(一)掃描過程周而復始地進行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執行是可控的。
(二)輸入映像寄存器的內容是設備驅動的，在程序執行過程中的一個工作 11 周期內輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來控制程序的執行。
(三)程序執行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個掃描周期的輸出值，而在程序執行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執行的條件，同時又可以被程序修改用于存儲中間結果或下一個掃描周期的輸出結果。此時的修改不會影響輸出鎖存器的現在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。
(四)對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執行結果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執行的條件，所以程序的下一個掃描周期的集中輸出結果是與編程順序有關的，即最后一次的修改決定了下一個周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題。各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點。各PLC廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應對所使用型號的PLC的延遲時間的長短很清楚，它是進行PLC選型時的重要指標。
2可編程控制器的技術性能指標。I/O點數 2 存儲容量 3 掃描速度 4 指令系統 5 可擴展性 6 通信功能
3可編程控制器的組成
如圖所示，PLC與通用計算機沒有什么區別，只是一臺增強了I/O功能的可與控制對象方便連接的計算機。其完成控制的實質是按一定算法進行I／O變換，并將這個變換物理實現，應用于工業現場。。1輸入寄存器
輸入寄存器可按位進行尋址，每一位對應一個開關量，其值反映了開關量的狀態，其值的改變由輸入開關量驅動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但不可以寫或進行修改。
圖2-1.PLC的組成 輸出寄存器
輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值,而程序循環執行開始時的輸出寄存器的值,表明的是上一時間段的真實輸出值。在程序執行過程中,CPU可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執行到一個循環的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產生影響。3 存儲器
存儲器分為系統存儲器和用戶存儲器。系統存儲器存儲的是系統程序，它是由廠家開發固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執行，從而完成復雜的控制功能。4 CPU單元
CPU單元控制著I／O寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中程序的解釋執行工作，是PLC的大腦。5 其它接口單元
其它接口單元用于提供PLC與其它設備和模塊進行連接通信的物理條件。
4可編程控制器的主要用途
PLC編程一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀，在了解了PLC簡單工作原理和它的編程技術后，就可 以結合實際需要進行應用設計，進而將PLC用語實際控制系統中，此外，PLC還具有使用和編程方便，抗干擾能力強，運行穩定可靠，在實際運用中設施施工周期短等特點，是一種用于工業自動化控制的理想工具。
PLC誕生后，受到工業界的普遍歡迎，并得到迅速發展，目前，它的應用幾乎覆蓋了所有工業企業，而且隨著PLC技術的推廣和應用，PLC將向著標準化，小型化，模塊化及低成本，高功能的方向發展。
3-2PLC與一般的計算機的結構相似，由中央處理單元（CPU），存儲器（MEMERY），輸入/輸出（INPUT/OUTPUT）接口，電源部件外部設備接口等，但由于PLC專為工業環境下設計，為了便于接線，擴充功能，操作及維護，它的結構與組成又與一般的計算機系統有所區別。
2.4 可編程控制器的應用與發展
可編程控制器(PLC)是以早期的繼電器邏輯控制系統發展而來的。自60年代問世以來，PLC得到了突飛猛進的發展。尤其在數據處理，網絡通信及與NCS等集散系統融合方面有了很大的進展，可編程控制器已經成為工業自動化強有力的工具。得到了廣泛的普及和推廣應用，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，PLC可編程控制器是以微處理機為基礎發展起來的新型工業控制裝置。
20世紀80年代至90年代中期是PLC發展最快的時期。PLC發展至今，已有30多年的歷史。伴隨著半導體技術、計算機技術、通訊技術的發展，工業控制領域已有了翻天覆地的變化，PLC亦再不斷發展變化中，PLC正朝著新的技術發展。近年來隨著科技的飛速發展，PLC的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的PLC應用系統中，PLC往往是作為一個核心部件來使用，僅PLC方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。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。隨著中國加入WTO，我們不但要在經濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應與國際接軌。
PLC是由摸仿原繼電器控制原理發展起來的，二十世紀七十年代PLC只有開 關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業。它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執行一步該計數器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環運算。PLC每完成一次循環操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現出快速的優點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。
相同I/O點數的系統，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監控軟件，在設計企業的管理信息系統方面，要容易一些
PLC在世界各地得到了廣泛應用，同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。
(在工業自動化領域，可編程控制器(PLC)作為自動控制的三大技術支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一，成為大多數自動化系統的設備基礎。由于綜合了計算機和自動化技術，使它發展日新月異，大大超過其出現時的技術水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數、數字運算、數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯系，從而實現生產過程的自動控制。特別是超大規模集成電路的迅速發展以及信息、網絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯網通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業。
近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。通用PLC應用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器
PLC在世界各地得到了廣泛應用，同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用
第三章S7-200系列可編程控制器
S7-200系列PLC除了可以用于輸入、輸出點數較少的小型機械與設備的單機控制外，由于其通信與網絡功能較強，因此還可以作為復雜系統的“子站”使用，構成PLC網絡，3.1 S7-200可編程控制器的概述
SIMATICS7系列PLC可分為S7-200、S7-400和S7-300三個系列，分別為S7系列的大，中。小（微）型PLC系統S7-200屬于S7家旋中功能最精簡，I/O點數最少、擴展性最低的PLC產品，可以稱為微小型PLC系列產品。
3.2 S7-200系列PLC的構成
S7-200小型PLC系統有基本單元（主機）、擴展單元、文本、圖形顯示器，編程器等組成，有CPU221.CPU222.CPU224和CPU226.CPU224XP五種基本規格。
3.3 S7-200系列PLC的常用指令
1基本為操作指令
位操作指令是PLC常用的基本指令，梯形圖指令有觸點和線圈兩大類，觸點又分為動合與動斷兩種形式，語句表指令有與或以及輸出等邏輯關系。
梯形圖的觸點符號代表PLC對存儲器的賣操作，CPU運行掃描觸點符號時，到觸點位地址指定的存儲器位訪問，該位數據（狀態）為1時，觸點為動態，（動合觸點閉合，動斷觸點斷開），數據（狀態）為0時，觸點為常態（動合觸點斷開，動斷觸點閉合）。
梯形圖的線圈符號代表CPU對存儲器的寫操作，線圈左側觸點組成邏輯關系，邏輯運算結果為1時，能量流可以到達線圈，使線圈通電，CPU將線圈位地址指定的存儲器位置1，邏輯運算結果為0時，線圈不通電，存儲器位置(復位1，梯形圖利用線圈通、斷電描述存儲器位的置位，復位操作。2 計數器指令
計數器利用輸入脈沖上升沿累計脈沖個數，S7-200系列PLC有遞增計數（CTU）增減計數（CTU）遞減計數(CTD)三類技術指令，計數器使用方法和基本 結構與定時器基本相同，主要由預置值寄存器，當前值寄存器，狀態位等組成。
梯形圖指令符號中CU-增1計數脈沖輸入端：CD-減1計數脈沖輸入端：R-復位脈沖輸入端：1D-減計數器的裝載輸入端，編程范圍C0-C225：PV預置值最大范圍32767：PV數據類型：INT（整數）
S7-200的定時器為增量型定時器，用于實現控制按鈕，工作方式和時間基準（時準）分類；定時器共有六種類型，時間基準又稱為定時精度和分辨率。
按照工作方式；定時器可分為通電延時型（TON），有記憶的通電延時型（保持型）（TONR）。斷電延時型(TOF)三種類型。
按照實基標準，定時器可分為1ms.1ons.100ms三種類型，不同的實基標準，定時精度，定時范圍和定時器的書安心方式不同。定時時間T=實基x預置值。
可編程序控制器采用SIEMENS的S7-200系列CPU-224主機，I/O點數為40點(14個輸入點和10個輸出點)，具有2個RS-485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是S7-200 PLC的一個很有特色的功能，它使S7-200 PLC可以由用戶自己定義通訊協議。利于自由通訊口方式，在本系統中PLC可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬量輸入采用4路12位A/D模擬量輸入的EM231模塊，具有較高的精度。PLC編程采用STEP7-Micro/WIN編程軟件，它提供一個完整的編程環境，可進行離線編程和在線連接和調試，并能實現梯形圖與語句表的互相轉換。
第四章傳感器
傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節
4.1磁電式傳感器
磁電式傳感器是利用電磁感應原理，將輸入運動速度變換成感應電勢輸出餓傳感器，它不需要輔助電源，就能把被測對象的機械能轉換成易于測量的電信號，它只適合進行動態測量，由于他具有較大的輸出功率，放機用電路簡單，零位及性能穩定，工作頻帶一般為10-1000HZ。
磁電式傳感器由于具有結構簡單，工作穩定；輸出電壓靈敏度高等優點，在轉速測量，振動、速度測量中得到廣泛的應用。
及上優點，本次系統設計所使用的是電磁式傳感器。
4.2 電阻應變式傳感器
傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產生機械形變，從而使電阻值隨之發生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優點。
4.3壓阻式傳感器
壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時，各電阻值將發生變化，電橋就會產生相應的不平衡輸出。
用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態壓阻式傳感器應用最為普遍。4.4電阻式傳感器
電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。
4.5激光傳感器
利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優點是能實現無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。
激光傳感器工作時，先由激光發射二極管對準目標發射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉化為相應的電信號。
利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現無接觸遠距離測量。激光傳感器常用于長度（ZLS-Px）、距離（LDM4x）、振動（ZLDS10X）、速度（LDM30x）、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監測等。
4.6 智能傳感器
智能傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協調動作，傳感器結合長期以來測試技術的研究和實際經驗而提出來的。是一個相對獨立的智能單元，它的出現對原來硬件性能苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助可以使傳感器的性能大幅度提高。
1、信息存儲和傳輸——隨著全智能集散控制系統的飛速發展，對智能單元要求具備通信功能，用通信網絡以數字形式進行雙向通信，這也是智能傳感器關鍵標志之一。智能傳感器通過測試數據傳輸或接收指令來實現各項功能。如增益的設置、補償參數的設置、內檢參數設置、測試數據輸出等。
2、自補償和計算功能——多年來從事傳感器研制的工程技術人員一直為傳感器的溫度漂移和輸出非線性作大量的補償工作，但都沒有從根本上解決問題。而智能傳感器的自補償和計算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補償開辟了新的道路。這樣，放寬傳感器加工精密度要求，只要能保證傳感器的重復性好，利 20 用微處理器對測試的信號通過軟件計算，采用多次擬合和差值計算方法對漂移和非線性進行補償，從而能獲得較精確的測量結果壓力傳感器。
3、自檢、自校、自診斷功能——普通傳感器需要定期檢驗和標定，以保證它在正常使用時足夠的準確度，這些工作一般要求將傳感器從使用現場拆卸送到實驗室或檢驗部門進行。對于在線測量傳感器出現異常則不能及時診斷。采用智能傳感器情況則大有改觀，首先自診斷功能在電源接通時進行自檢，診斷測試以確定組件有無故障。其次根據使用時間可以在線進行校正，微處理器利用存在EPROM內的計量特性數據進行對比校對。
4、復合敏感功能——觀察周圍的自然現象，常見的信號有聲、光、電、熱、力、化學等。敏感元件測量一般通過兩種方式：直接和間接的測量。而智能傳感器具有復合功能，能夠同時測量多種物理量和化學量，給出能夠較全面反映物質運動規律的信息。
4.7位移傳感器
位移傳感器又稱為線性傳感器，傳感器把位移轉換為電量的傳感器。位移傳感器是一種屬于金屬感應的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。
在這種轉換過程中有許多物理量（例如壓力、流量、加速度等）常常需要先變換為位移，然后再將位移變換成電量。因此位移傳感器是一類重要的基本傳感器。在生產過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。機械位移包括線位移和角位移。按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數字式兩種。模擬式又可分為物性型（如自發電式）和結構型兩種。常用位移傳感器以模擬式結構型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。數字式位移傳感器的一個重要優點是便于將信號直接送入計算機系統。這種傳感器發展迅速，應用日益廣泛。
4.8壓力傳感器
壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石 化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應用。另有醫用壓力傳感器。
4.9電感式傳感器
電感式傳感器 inductance type transducer 電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉換成線圈的自感系數和互感系數的變化，再由電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現非電量到電量的轉換。
第五章交通信號燈系統設計
5.1 系統控制要求 正常模式
南北方向紅燈亮60s，與此同時東西方向綠燈亮54s，其后東西方向的綠燈以50%的占空比，閃爍3次，然后東西方向的黃綠燈亮3s，其后東西方向的紅燈亮60s。與此同時，南北方向的綠燈亮54s，綠燈以50%的占空比，閃三次，然后南北方向的黃燈亮3s，紅燈亮60s,以交替循環。
2東西方向車流量多
南北方向紅燈亮120s，同時東西方向綠燈亮114s，之后綠燈以50%的占空比。閃3次之后東西方向紅燈亮60s，此時南北方向綠燈亮54s，之后綠燈以50%的占空比閃3ic。南北方向黃燈亮3s，之后南北方向紅燈亮120s，以此交替。方向紅燈亮120s 3南北方向車流量多
東西方向紅燈亮120s，同時南北方向綠燈發光114s,之后綠燈以50%的占空比，閃爍3次，然后黃燈亮3s，之后南北方向的紅燈亮60s，同時，東西方向綠燈亮54s，之后東西綠燈以50%的占空比閃3次，之后，東西方向黃燈亮3s，東西方向紅燈亮120s.以此交替。車流量少
南北方向紅燈亮30s，同時東西方向綠燈亮24s，之后東西方向以50%的占空比閃3次，然后東西方向黃燈亮3s，東西方向紅燈亮30s，與此同時，南北方向綠燈亮34s，綠燈以50%的占空比，閃3次，然后南北方向黃燈亮3s，之后方向的紅燈亮30s，以此交替。
5.2 智能交通信號燈系統設計
1、I/0分配表
2、正常情況下的流程圖
3、正常模式交通燈時序圖
4、車流少時的流程圖
5、車流量少時交通燈時序圖
6、東西方向車流量多時的流程圖
7、東西方向車流量多的交通時序圖
8、南北方向車流量多時的流程圖
9、南北方向車流量多的交通時序圖
10、PLC外部接線圖
控制程序
35
第六章總結
由于PLC本身具有通訊聯網功能，所以將同一條路上的信號燈組成一局域網進行統一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現科學化管理。城市交通燈控制采用PLC比傳統的采用電子線路和繼電器具有可靠性高、維護方便、使用簡單、通用性強等特點，PLC還可以聯成網絡，根據實測各十字路口之間的距離、車流量和車速等，合理確定各路口信號燈之間的時差，把N臺PLC聯網到一臺控制電腦上，以方便操作、管理和監控，從而極大地提高城市道路交通管理能力。用PLC控制十字路口的指示燈，維護方便，可按需要隨意修改指示燈亮的時間，更體現了城市管理工作的現代化
PLC用于對交通信號燈的控制，主要是考慮其具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式“信號燈進行精確控制，特別對于多岔路口的控制可方便地實現。目前大多數品牌的PLC內部均配有實時時鐘，通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。
參考文獻
第二篇：十字路口交通信號燈PLC控制系統摘要
摘 要
隨著社會的發展和進步以及人民生活水平的提高，上路的車輛越來越多，但相應的公路設施卻沒有相應的改善，這就導致了城市交通擁堵問題突出，而且擁堵的地方多是十字路口等車輛匯集處。如何改善交通燈控制系統，以適應現在的交通狀況，成為競相研究的課題，本文對該問題給予了深刻地研究。本文十字路口交通燈控制系統主要用于處理十字路口車輛及行人通過的問題，使其減少相互干擾，提高了十字路口的通行能力。
本文總結了交通燈控制技術的發展，討論了基于PLC的十字路口交通信號燈控制系統的設計可行性。根據PLC的工作原理并結合城市交通的實際狀況，本文提出了以三菱公司生產的FX2N-128MT-001型PLC作為基本控制核心，安排了四個方向的直行、左轉紅黃綠燈，人行道紅綠燈以及倒計時數碼管的具體配置；設計完成了PLC的I/O端口分配和控制程序；探索了基于紅外遙控的十字路口交通信號燈的無線強通控制方案并設計了具體的硬件電路及軟件控制程序。
關鍵詞：十字路口；信號燈；PLC；三菱；無線控制器
ABSTRACT
As the development of society and the advance in people’s living standard, More and more vehicles drive on road, meanwhile, road facilities corresponding haven’t got improved, which leads to the prominent of traffic jam.What’s more, traffic jams appear mainly at the gathering area of vehicles such as crossroad.How to improve the current traffic system becomes a hot point to research, and the paper revealed it deeply.Traffic light control system is mainly used to process passing of vehicles and pedestrians, reducing interference between vehicles and to promote the traffic capacity.The paper summarized the development of traffic light control technology and discussed the feasibility of crossroad traffic signal light control system based on PLC.According to the PLC work principle and practical situation of crossroad, the paper presents FX2N-128MT-001 of Mitsubishi Corporation as control core, making arrangements of red, yellow, green light for straight going and for left-face;red，green light on sidewalk and figure manifestation of count down.Completed I/O port-settings and control procedure of PLC.The paper also searched the project of crossroad traffic signal light based on infrared remote control and designed the specific hardware circuit and software control programs.Keywords: crossroad;traffic light;PLC;Mitsubishi Corporation;remote controller
第三篇：交通信號燈控制系統
交通信號燈控制系統(紅綠燈系統)
1、概述
近年來，隨著經濟發展，營運車輛擁有量的增加使道路市場必須規范有序，交通安全管理必須上一新臺階。按照“高起點規劃，高標準建設，高效能管理”的思路，堅持把城市化作為城市經濟的一大戰略來抓，積極建設城區交通基礎設施工程，建立交通安全管理網絡。嚴格抓好交通管理，以加強交通隊伍建設和行業文明建設。
對****信號控制系統進行升級改造，在*****新建設一套信號控制系統
2、設計依據
? 《道路交通信號控制機》（GB25280-2010）? 《道路交通信號燈》（GB14887-2011）
? 《道路交通信號燈設置與安裝規范》（GB14886-2006）? 《道路交通信號倒計時顯示器》（GA/T508-2004）
? 《道路交通安全違法行為圖像取證技術規范》（GA/T832-2009）? 《交通信號機技術要求與測試方法》（GA/T47-93）? 《道路交通信號機標準》（GA47-2002）? 《道路交通信號燈安裝規范》（GB14866-94）
3、設計原則
本期工程按“國內領先、國際先進”的原則設計方案，提供完整、最新而成熟的產品，并保證各項技術和設備的先進性、實用性和擴展性。提高交通道路口的車輛通行速度，保證道路暢通。因此該系統是建設暢通工程中的重要措施之一。
信號控制系統的設置應充分結合本路段的工程自身特點，在達到適時、適量地提供交通信息，確保行車安全目的的同時，盡可能與道路的整體效果相結合。
1）設計思路
以有效地管理道路交通，達到安全、經濟、合理、美觀為目的，嚴格按照國家有關規定設置信號燈等交通設施。交通擁擠情況主要發生在車流人流相對集中的主要繁華城區路口和路段，根據現有主要交通干道路面寬度劃分車道，基本可以滿足城區車輛通行的需要。
2）預期實現目標
完善城區交通安全設施布局，規范行車和行人秩序，減少交通事故，一定程度上改善城市形象。
4、交通信號控制系統功能
（1）圖形與界面
系統界面中文化、圖形化、菜單化。命令操作方式靈活多樣，并對錯誤操作發出警告或禁止執行。
能多用戶、多窗口顯示，顯示窗口可縮放、移動。
具有圖形編輯工具，可以對圖形的區域背景、路口背景等進行用戶化編輯。背景地圖可按管理區域和路口進行縮放和漫游顯示。
能夠實時顯示路口設備、路口設備工作狀態及信號控制模式等信息。系統可動態、實時地顯示路口信號燈的運行狀況，并可對某一路口的信號燈變化進行實時顯示；還可以根據需要直接對信號機進行手動操作功能。
能夠用圖表顯示交通流量、占有率等統計分析數據。（2）用戶管理
系統能夠支持至少50個用戶的使用和管理，對用戶的名稱、密碼和訪問角色等相關內容進行設置。
能夠設立訪問角色，能夠定義相應的訪問權限，每個用戶可以對應多個角色。組管理：每個組可以有多個用戶，所有用戶不能重名，不同的組可以管理不同的路口設備。
記錄用戶登錄和退出系統的時間及用戶使用過的操作命令，顯示用戶是否在線。
禁止多用戶對同一對象同時進行控制操作，并給出提示信息。（3）日志管理
操作員記錄：操作員登錄/退出時間、部分重要操作命令記錄。記錄保存時間：系統至少保留最近12個月的綜合日志記錄。記錄查詢：可根據日期范圍、時間范圍、用戶等各種限定，方便快捷地查詢各類日志記錄。（4）系統數據庫
總體要求：支持Oracle數據庫，具有系統參數設置、交通數據存儲、數據管理功能。
參數設置：每個數據項均附有數據定義和有效值范圍的在線說明；系統自動檢測所有數據項輸入數據的合理性，提示并拒絕不合理及非法的數據輸入；易于數據修改和更新。
交通數據存儲：能夠對采集的交通實時數據和歷史數據進行儲存和管理，保證數據的快速存取、編輯和刪除。
數據庫管理：
禁止未授權使用者進入數據庫操作界面。
多用戶同時對不同數據對象的修改、刪除無沖突，禁止同時修改同一數據對象并有沖突報警顯示。
詳細記錄數據修改人員、修改內容和時間。支持多用戶數據庫查詢、訪問。（5）數據采集存儲
中心計算機從現場設備實時（秒級）采集以下交通數據： 路口到達方向分流向（左、直、右）的車流量 路口到達方向分流向（左、直、右）的車輛占有率 路口到達方向分流向（左、直、右）的放行時間 路口到達方向分流向（左、直、右）的斷流次數 路口到達方向分流向（左、直、右）的最大斷流間隔 以上數據保存15日。
流量、占有率的實時統計數據隨時向交通信號控制系統管理平臺開放性提供。（6）數據統計分析
中心計算機對采集的交通數據進行各種統計分析，形成設定時間、區域范圍的交通統計分析報告，內容包括：路口的交通流量、路口交通占有率； 中心計算機對采集的交通數據進行統計處理，分別形成15分鐘和1小時時間段的交通統計數據，并按15分鐘數據保存半年、1小時數據保存一年進行存儲，并隨時向交通信號控制系統管理平臺開放性提供。（7）系統狀態監視
中心計算機能夠實時監視：
系統中心設備、傳輸設備及路口設備工作狀態
路口信號控制模式、控制方案、信號狀態等交通控制狀態
交通信號狀態信息在信號燈色變化時向交通信號控制系統管理平臺實時開放性傳送。（8）系統故障報警
中心計算機監視以下各類故障： 系統中心軟/硬件故障 傳輸單元故障
信號控制器、車輛檢測器等路口設備故障
上述故障均有詳細的分類故障代碼；故障發生時通過異常信息顯示進行報警并生成故障記錄；故障消除后或操作員確認后取消報警。（9）時鐘校準功能
中心計算機具有如下時鐘校準功能：
接受交通信號控制系統管理平臺的時鐘校準。
對路口信號控制器進行自動時鐘校準，校時命令每天執行1次,校時時間可設置。
時鐘格式為：年、月、周、日、時、分、秒，校時誤差小于1秒。（10）時間表功能
系統具有時間表控制功能
設置時間包括年、月、周、日、時、分、秒。日時段劃分不得低于16個，方案數不得少于32個。設置內容應包括事件、控制模式、控制方案等。
系統可分別設置工作日、周末、節日或特別指定日的時間表，系統根據日期自動改變執行時間表。（11）系統優化
根據路口檢測的交通流信息自動進行交通控制參數的優化并執行優化配時方案，提高路口通行能力。（12）動態方案選擇控制
根據實時交通流檢測信息，從預設方案庫中調用適宜方案。（13）線協調控制
按照系統時間表設置進行線協調控制。（14）感應式控制
系統能夠響應沖突方向的車輛感應請求，進行半感應或全感應控制。（15）行人控制
路口行人過街控制應具有請求式控制方式和預案式控制方式。
系統能夠在線協調或區域協調控制的條件下及時響應或等待響應路段行人過街請求，使行人利用交通流間隙過街通行。（16）緊急車輛優先控制
系統能夠按預定時間和預定路線進行綠波信號推進，以滿足各種重大活動、重大事件及特殊警務的通行需求。
系統對路口信號機強行控制，指定某一階段放行、黃閃或者全紅。能響應特殊情況下的警務、消防、救護、搶險等特種車輛的緊急請求，使車輛迅速通過沿線路口。
（17）方案模擬演示
設置好的配時方案，模擬演示路口信號燈的變化情況，查看運行效果以便于分析配時方案中存在的潛在影響。（18）強制控制
允許系統中心操作員直接控制系統內設置的相位組信號。（19）上下載功能
中心計算機能選擇性地上載和動態存儲路口信號控制器的基本配置、時間表以及各種控制方案。
中心計算機能選擇性地下載基本配置、系統時間表和各種控制方案給路口信號控制器。
5、交通信號控制機
信號機
信號機符合行標《GA47－2002道路交通信號控制機》的標準、國標《GB-25280-2010集中協調式信號機》的標準，并兼容國標GB－T20999的通訊協議。本信號機采用多智能節點分布式架構，各節點以32位微處理器作為控制核心，通過CAN總線進行內部通訊。32路環型線圈車輛檢測或視頻車輛檢測器（可選）本信號機具有獨立硬黃閃功能，可以在不關燈的情況下進行現場維護，給現場維護帶來方便。支持無線遙控、點動等現場人工控制功能；持GPS模塊對本地進行校時；支持多達32組的獨立燈組通道輸出；支持視頻和線圈車流輛檢測；具有單燈組輸出回路檢測功能，對紅綠沖突等各種嚴重故障有著完善的降級處理。本機有著多種人機交互接口，通過本地信號機內的液晶模塊、設置終端、指揮中心都可以實現完整的方案設置和信號機運行狀態監測。對于各用戶的不同控燈需求，方案設置方便、靈活、易于操作。軟件系統設計中，有著完善的事務管理機制并能對信號機發生事件、故障等信息進行存儲及顯示。信號機內具有加熱和排風的裝置，可根據外界的溫度不同自動加熱或排風，以適應外界環境溫度變化。
信號機具有無纜線控、單點優化、感應控制等功能；在智能交通指揮中心控制系統中可實現線控、區域協調控制、系統優化控制等功能；
1、具備32位微處理器
2、可編程的32相位控制，96路可控硅輸出（可選）
3、相位沖突監視和控制，信號燈故障檢測及報警
4、掉電時采集數據和配時參數不丟失
5、具有手動、自動、遠程控制方式
6、具有強制、黃閃、四面紅功能
7、具有本地遙控功能
8、具有固定方式、多時段控制方式、多方案選擇控制方式、感應控制方式等多種控制方式
9、在線修改配時參數，在線顯示各相位狀態、故障狀態
10、時段劃分多達48個時段，可存儲32種控制方案
11、提供4個RS232接口、一個RS485接口，一個以太網接口，可實現電話線、專線、光纖、無線多種通訊
12、適合于單路口控制、主干道控制、區域控制。出現故障自動降級使用
13、時鐘、日歷顯示和修改，支持GPS授時功能
14、自動排風、加熱功能
15、具有防雷、漏電保護功能
16、提供8路行人過街輸入接口 主要特點
1、全中文手動操作界面
2、交通信息存儲功能
3、獨有的路口協調小面控功能
4、基于車頭時距的感應控制功能
5、信號相位與信號燈組的自由編程
6、沖突相位硬件和軟件雙重監視
7、信號燈故障檢測和報警
8、掉電數據不丟失，保存5年以上
9、輸入和輸出信號全部光電隔離
10、車輛數據檢測準確率高
11、具有多相位的強制遙控
12、提供以太網接口和多個串口，便于網絡化
13、提供二次開發的透明接口，便于多系統的集成
14、模塊化設計，便于維護
15、指揮中心軟件可實現信號機的遠程控制
16、本地單點路口或區域的自適應協調控制
17、實時檢測交通流量數據；并將采集到的實時交通流量數據進行分析、處理，傳送至本地、區域或中央控制系統 主要技術指標
1)控制最大相位：32個；控制最多信號燈組：32組；車輛檢測最大路數：32路；
2)機柜外殼采用鋁合金材料或不銹鋼材料；遙控相位：8個；
3)遙控器：每臺信號機配2臺遙控器，8個相位選擇鍵，1個黃閃鍵、1個全紅鍵、4)1個全滅鍵、1個取消鍵，遙控距離大于50米，遙控器應以燈光、聲響或振動方式提示操作人員，交通信號控制機是否成功接收并執行指令。5)為保證信號機用電安全，信號機機柜和驅動線路應采用漏電保護電路裝置。
6)信號機的機柜外側面應設有手動控制門，在僅打開手動控制門的情況下可以實現
7)單點控制、黃閃控制、指定相位控制、關閉信號燈、關閉倒計時器、關閉遙控功能等操作。
智能交通信號控制機屬協調式戶外網絡型的交通信號控制機，適合于單路口多時段定時控制、多方案選擇控制、全（半）感應控制，適合于多路口無纜協調、有纜協調的綠波帶控制，適合于指揮中心的遠程控制、區域控制。在感應控制、多方案選擇以及時制計劃生成方面均有自己的控制算法。智能交通信號控制機具有技術先進、使用方便、功能齊全、模塊化設計、維護簡單，控制軟件接口透明，便于二次開發。采用自主開發的機動車輛線圈檢測器、自有專利技術的單元式檢測型負載開關，整機性能價格比高。智能交通信號控制機具有多時段定時控制、多方案選擇控制、感應控制、主干道無纜協調控制、集中協調控制等功能。將多個智能交通信號控制機通過調制解調器連成交通控制網，對城市多路口、多條干線進行控制，其基本架構如下：
通過以太網通訊接口，與指揮中心控制系統聯成網絡、接收指揮中心的遠程控制、有纜線控、區域控制，并實現交通流量的自動采集。
6、機動車信號燈
發光單元透光面直徑為400mm，紅黃綠豎向組燈，光源采用超高亮發光二極管。紅滿屏+黃滿屏內含雙色數顯+綠滿屏，符合2011新國標；倒15秒顯示，通訊式（通訊協議為行業標準）信號燈取電，豎裝；
7、方向指示信號燈
發光單元透光面直徑為400mm，紅黃綠豎向組燈，光源采用超高亮發光二極管；紅箭頭+黃箭頭內含雙色數顯+紅箭屏，符合2011新國標；倒15秒顯示，通訊式（通訊協議為行業標準）信號燈取電，豎裝；
8、人行橫道信號燈
發光單元透光面直徑為300mm，光源采用超高亮發光二極管；紅、綠二色行人圖案單屏顯示，紅、綠二色數顯同屏顯示（綠色行人靜態/非機動車）七字形連接片，2011新國標；倒15秒顯示，通訊式（通訊協議為行業標準）信號燈取電；
第四篇：交通信號燈控制系統
交通信號控制系統
1.設計任務
設計一個十字路口交通控制系統，要求：（1）東西（用A表示）、南北（用B表示）方向均有綠燈、黃燈、紅燈指示，其持續時間分別是30秒、3秒和30秒，交通燈運行的切換示意圖如圖1-1所示。
（2）系統設有時鐘，以倒計時方式顯示每一路允許通行的時間。
（3）
當東西或南北兩路中任意一路出現特殊情況時，系統可由交警手動控制立即進入特殊運行狀態，即紅燈全亮，時鐘停止記時，東西、南北兩路所有車輛停止通行；當特殊運行狀態結束后，系統恢復工作，繼續正常運行。
2．總體框圖
本系統主要由分頻計、計數器和控制器等電路組成，總體框圖如1-2所示。分頻計將晶振送來的信號變為1Hz時鐘信號；當緊急制動信號無效時，選擇開關將1Hz脈沖信號送至計數器進行倒計時計數，并使控制器同步控制兩路紅、黃、綠指示燈時序切換；當緊急制動信號有效時，選擇開關將緊急制動信號送至計數器使其停止計數，同時控制器控制兩路紅燈全亮，所有車輛停止運行。
2-1 交通燈總體結構框圖 模塊設計
（1）分頻器
設晶振產生的信號為2MHz，要求輸出1Hz時鐘信號，則分頻系數為2M，需要21位計數器。用VHDL設計的2M分頻器文本文件如下:
LIBRARY
IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY fenpin2m IS
PORT(clk:IN STD_LOGIC;
reset:IN STD_LOGIC;
--時鐘輸入
clk_out:out STD_LOGIC);END ENTITY fenpin2m;
ARCHITECTURE one OF fenpin2m IS signal count:integer range 0 to 1999999;
BEGIN
PROCESS(clk)
BEGIN
if reset='1' then
count<=0;
clk_out<='0';
else
if clk'EVENT and clk='1'THEN
IF count<999999 THEN
count<=count+1;
clk_out<='0';
ELSif count<1999999 then
count<=count+1;
clk_out<='1';
else
count<=0;
END IF;
END IF;
END IF;
END PROCESS;END one;
(2)模30倒計時計數器 采用原理圖輸入法，用兩片74168實現。74168為十進制可逆計數器，當U/DN=0時實現9~0減法計數，記到0時TCN=0;當U/DN=1時實現0~9加法計數，計到9時TCN=0；ENTN+ENPN=0時執行計數，否則計數器保持。該電路執行減法計數，當兩片計數器計到0時同步置數，因此該計數器的計數范圍是29~0，當系統檢測到緊急制動信號有效時，CP=0計數器停止計數。
圖3-1 模30減法計數器電路圖
圖3-2 模30減法計數器仿真波形
（3）顯示譯碼器
顯示譯碼器為動態顯示，用VHDL文本輸入法設計的七子段譯碼器如下：
圖3-3 顯示譯碼器的仿真波形
LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
--調用庫文件
ENTITY xianshi IS
--實體開始
PORT(CLK:IN STD_LOGIC;
datain1:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
datain2:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
--掃描時鐘信號
SEL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);--數碼管選擇信號
q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));--數碼管八端輸入 end xianshi;
--實體結束 ARCHITECTURE one OF xianshi IS
--結構體開始 begin
PROCESS(CLK)
--進程開始 VARIABLE TMP:STD_LOGIC_vector(1 downto 0);VARIABLE d:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);--中間變量
begin
IF(CLK'EVENT AND CLK='1')THEN
--時鐘上升沿有效
IF(TMP=“00”)THEN
TMP:=“01”;
d:=datain2;
CASE d IS
WHEN“0000”=>q<=“00111111”;
--0
WHEN“0001”=>q<=“00000110”;
--1
WHEN“0010”=>q<=“01011011”;
--2
WHEN“0011”=>q<=“01001111”;
--3 WHEN“0100”=>q<=“01100110”;
--4 WHEN“0101”=>q<=“01101101”;
--5 WHEN“0110”=>q<=“01111101”;
--6
WHEN“0111”=>q<=“00000111”;
--7
WHEN“1000”=>q<=“01111111”;
--8
WHEN“1001”=>q<=“01100111”;
--9
WHEN OTHERS=>q<=“00000000”;--數碼管不顯示
END CASE;
elsif(tmp=“01”)then
TMP:=“00”;
--如果tmp為“001”即第2個數碼管顯示b輸入
d:=datain1;
CASE d IS
WHEN“0000”=>q<=“00111111”;
--0
WHEN“0001”=>q<=“00000110”;
--1
WHEN“0010”=>q<=“01011011”;
--2
WHEN“0011”=>q<=“01001111”;
--3
WHEN“0100”=>q<=“01100110”;
--4
WHEN“0101”=>q<=“01101101”;
--5
WHEN“0110”=>q<=“01111101”;
--6
WHEN“0111”=>q<=“00000111”;
--7
WHEN“1000”=>q<=“01111111”;
--8
WHEN“1001”=>q<=“01100111”;
--9
WHEN OTHERS=>q<=“00000000”;--數碼管不顯示
END CASE;
end if;
end if;sel<=tmp;
--把tmp的值賦予sel
end process;
--進程結束
end one;
（4）控制器
該模塊輸入為1Hz時鐘，和緊急制動信號PE,輸出為兩路紅、黃、綠指示燈，當緊急制動信號無效（PE=1）時，兩路紅、黃、綠燈時序切換。當緊急制動信號有效時，選項開關將緊急制動信號送至計數器使其停止計數，同時使控制器控制兩路紅燈全亮，所有車輛停止通行。用VHDL文本輸入法設計的控制器如下；
圖3-4控制器的仿真波形
LIBRARY
IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY contr IS
PORT(cp1:IN STD_LOGIC;
pe:IN STD_LOGIC;
chan:IN STD_LOGIC;
ra,ga,ya,rb,gb,yb:out STD_LOGIC);END ENTITY contr;ARCHITECTURE one OF contr IS signal count:integer range 0 to 59;
BEGIN
process(cp1)
begin
if pe='0'then
count<=0;
else
IF(cp1'EVENT AND cp1='1')THEN
if count<59 then
count<=count+1;
else
count<=0;
end if;
end if;end if;END PROCESS;PROCESS BEGIN
if pe='1'then
if chan='1' then
if count<30 then
rb<='0';
gb<='1';
yb<='1';
ra<='1';
if count<27 then
ga<='0';
ya<='1';
else
ga<='1';
ya<='0';
end if;
else
rb<='1';
ga<='1';
ya<='1';
ra<='0';
if count<57 then
gb<='0';
yb<='1';
else
gb<='1';
yb<='0';
end if;
end if;
else
if count<30 then
rb<='1';
ga<='1';
ya<='1';
ra<='0';
if count<27 then
gb<='0';
yb<='1';
else
gb<='1';
yb<='0';
end if;
else
rb<='0';
gb<='1';
yb<='1';
ra<='1';
if count<57 then
ga<='0';
ya<='1';
else
ga<='1';
ya<='0';
end if;
end if;
end if;
else
rb<='0';
ra<='0';
gb<='0';
yb<='0';
ga<='0';
ya<='0';
end if;end process;end one;交通燈原理圖
圖4-1 交通燈原理圖
第五篇：交通信號燈控制系統
山西大學工程學院 第I頁
摘要
隨著中國城鎮化速度的較快，交通事故也日趨發生，所以合理的交通控制方法能有效的緩解交通擁擠、減少尾氣排放及能源消耗、縮短出行延時，改善我國獨有的交通問題。而平面交叉口是城市交通的關鍵，它是整個城市道路的瓶頸地帶，對其進行交通信號控制方法的研究具有重大意義，所以交通信號燈是維護城市交通的主要設施。
我們本次復雜的十字路口交通燈控制系統設計主要是利用AT89C51制作并仿真.并且在單片機的選擇上，考慮到電路的簡單和成本的削減，我們選擇性價比最好的AT89C51，而且能夠使程序簡單。可以添加恰當的傳感器，實時監控道路情況，對各種情況的處理實行緊急情況優先級最高，其次行人優先通過，最后車流量高的方向，給予更多的通過時間，采用中斷的方法，由中斷根據各種不同的情況選擇合適的處理程序處理。通過單片機控制交通燈不僅能提高我們理論聯系實際的能力，而且能夠熟練掌握C語言的編程方法，掌握定時/計數器、外部中斷的使用方法和簡單程序的編寫，最終提高邏輯抽象能力和動手能力。
關鍵字：AT89C51
中斷
交通信號控制
山西大學工程學院 第II頁
目錄1 社會需求.........................................錯誤！未定義書簽。2 設計目的.........................................錯誤！未定義書簽。3 設計思路及框圖....................................................1 3.1 交通燈設計..................................................1 3.2 交通燈定時控制..............................................2 3.3 傳感器智能控制..............................................4 4 硬件電路設計......................................................4 4.1 單片機電源電路..............................................4 4.2 單片機復位電路..............................................4 4.3 交通LED燈外圍驅動電路......................................5 4.4 按鍵控制電路................................................6 4.5 單片機主電路................................................7 4.6 整體電路圖設計..............................................8 5 軟件設計..........................................................9 5.1 系統程序流程圖設計..........................................9 5.2 系統程序設計...............................................10 5.3 仿真顯示結果...............................................17 總 結.............................................................17 參考文獻...........................................................18
山西大學工程學院 第1頁
1社會需求
目前在世界范圍內，一個以微電子技術、計算機和通信技術為先導的，以信息技術和信息產業為中心的信息革命方興未艾。為使我國盡快實現經濟信息化，趕上發 達國家水平，必須加速發展我國的信息技術和信息產業。而計算機技術怎樣與實際應用更有效的結合并有效的發揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當今計算機應 用中空前活躍的領域。本文主要從單片機的應用上來實現十字路口交通燈的管理，用以控制過往車輛的正常運作。設計目的
本設計首先從定時控制著手，解決交叉口交通控制過程中存在的問題，但是定時控制信號周期固定，不能根據實際的交通流狀況隨時調整信號控制參數，因此造成很多不必要的時間等待和資源浪費。對左轉車輛較少的單交叉口一般采用有固定左轉相位的定時控制方法，此信號控制中的左轉車輛通行對直行車輛影響很大。行人過街信號與上游交叉口的不協調導致車輛通過上游交叉口后遇到行人過街而再次停車。基于上述交叉口信號控制存在的問題，本設計進行了如下研究：①介紹了常用定時信號控制算法和感應信號控制的基本工作原理，分析了傳統定時控制的優越性和局限性。②設計了一種自動信號控制方法，這種方法能使交叉口根據實際交通情況選擇合理的定時信號配時方案，不過這個需要配備額外的感應器。
本設計將要完成紅燈停，綠燈行，黃燈停3S的操作，并且如當一道有車而另一道無車是，交通燈控制系統能立即讓有車的車道放行，單人行道上人數較多時，智能轉換交通燈狀態，行人優先通過，當有緊急車輛（如110、112、119等急救車）要求通過時，此系統應能禁止普通車輛通行，路口的信號燈全部變紅，以便讓緊急車輛通過。假定緊急車輛通過時間為2s，緊急車輛通過后，交通燈恢復先前狀態。
3設計思路及框圖 3.1交通燈設計
首先了解實際交通燈的變化情況和規律。設有一個南北（SN）向和東西(WE)向的十字路口，兩方向各有兩組相同交通控制信號燈，每組各有四盞信號燈，分別為直行信號燈（S）、左拐信號燈（L）、紅燈（R）和黃燈（Y），交通控制信號
山西大學工程學院 第2頁
燈布置如圖1所示。
根據交通流量不同，交通信號燈的控制可實現手動、自動兩種控制。平時使用自動控制，高峰區可使用傳感器智能化控制。智能控制時，傳感器通過檢測道路交通情況對交通信號燈進行實時控制；自動控制時，交通信號燈控制規律用圖2狀態轉換圖來描述。
圖1
紅綠燈顯示系統框圖
3.2交通燈定時控制
圖2
紅綠燈系統控制流程圖
山西大學工程學院 第3頁
定時控制系統控制流程圖如上圖2，初始狀態0為SN直行WE紅燈，然后轉狀態1為SN黃燈WE紅燈。過一段時間后，轉狀態2為SN左拐WE紅燈。再轉狀態3，SN黃燈WE紅燈。過一段時間后轉狀態4，SN紅燈WE直行。然后狀態4，SN紅燈WE直行。狀態5為SN紅燈WE黃燈。狀態6為SN紅燈WE左拐。狀態7為SN紅燈WE黃燈。又循環至狀態0，重復循環上述狀態。
3.3傳感器智能控制
圖3 磁檢測器方框圖
交通燈在采用智能化控制時，采用磁感應車輛檢測器.這種環形線圈檢測器是傳統的交通檢測器，是目前世界上用量最大的一種檢測設備。這些埋設在道路表面下的線圈可以檢測到車輛通過時的電磁變化進而精確地算出交通流量。交通流量是交通統計和交通規劃的基本數據，通過這些檢測結果可以用來計算占用率(表征交通密度)，在使用雙線圈模式時還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數據，這些數據對于交通管理和統計是極為重要的，可通過分析這些數據，然后通過外部中斷動態控制交通燈的狀態，實現道路交通燈的智能化控制，讓交通燈根據實際情況轉換狀態。原理框圖如上圖圖3所示。
對于交通信號燈來說，應該有東西南北共四組燈，但由于同一道上的兩組的信號燈的顯示情況是相同的，所以可以用一個I/O控制相同的兩燈，因此，采用單片機內部的I/O口上的P0口中的8個引腳即可來控制16個信號燈。通過編寫程序，實現對發光二極管的控制，來模擬交通信號燈的管理。每延時一段時間，燈的顯示情況都會按交通燈的顯示規律進行狀態轉換。通過定時器精確延時送顯，在原有的交通信號燈系統的基礎上，增添其倒計時間的顯示功能，實現其功能的擴展。通過添加感應器檢測車流量、人行道情況通過外部中斷動態調節人、山西大學工程學院 第4頁
車流量，使交通更加智能，提高道路運行速率。硬件電路設計 4.1單片機電源電路
圖4 電源電路
如上圖圖4所示是電源電路，這里開關用的雙路開關，雙路開關并聯能更好的確保給后級提供更大電流。電容C4、C5，都是隔離斷開直流的，在這里添加了一個發光二極管指示燈，在我們打開開關的時候，這個二極管會亮，下面的R12為限流電阻，給發光二極管提供合適的電流。
4.2 單片機復位電路
單片機的復位操作有上電自動復位和手動按鍵復位兩種方式。本次設計采用手動按鍵復位設計，如下圖5所示。
圖5 按鍵復位電路
當這個電路處于穩態時，電容起到隔離直流的作用，隔離了+5V，而左側的
山西大學工程學院 第5頁
復位按鍵是彈起狀態，下邊部分電路就沒有電壓差的產生，所以按鍵和電容 C1 以下部分的電位都是和GND 相等的。按鍵復位有 2 個過程，按下按鍵之前，RST 的電壓是 0V，當按下按鍵后電路導通，同時電容也會在瞬間進行放電，會處于高電平復位狀態。當松開按鍵后，先是電容充電，然后電流逐漸減小直到 RST 電壓變 0V 的過程。按下按鍵的瞬間，電容兩端的 5V 電壓會被直接接通，此刻會有一個瞬間的大電流沖擊，會在局部范圍內產生電磁干擾，為了抑制這個大電流所引起的干擾，在電容放電回路中串入一個 18 歐的電阻來限流。
4.3 交通LED燈及外圍驅動電路
圖6交通LED燈電路
將NS道上的兩個同色燈連在一起，WS道上的同色燈也彼此相連(此處用發光二極管模擬實際的交通燈，各發光二極管的陽極通過保護電阻接到+5v的電源上，發光二極管的陰極接到單片機的P0口)用AT89C51單片機的P0.0—P0.7共8根輸出線控制各色交通燈的點亮與熄滅；為了更加直觀的顯示紅綠燈的情況，用了共陽極數碼管顯示倒計時，數碼管顯示有動態掃描和靜態顯示，由于靜態顯示需要占用過多的IO口，這里用動態掃描，用P1控制數碼管的斷選信號端，P2.6、P2.7控制數碼管的位選信號端，可以顯示出每個燈的倒計時。緊急車輛通過時，采用外部觸發按鍵實時中斷方式進行處理。根據該系統的功能要求及所用元器件，設計硬件電路，電路原理圖如圖6所示。
由于單片機的輸出電流有限，需要用到芯片驅動LED，使LED可以正常使用，這里使用74LS245，74LS245是一個雙向緩沖器，引腳AB是方向引腳，這
山西大學工程學院 第6頁
個引腳為高電平的時候，右側所有的電壓都等于左側對應編號的電壓，所以這里AB引腳接的+5V電源，即高電平。圖中還有排阻RP1做為上拉電阻。引腳OE為輸出使能端，低電平有效。在74LS245輸出端有R3~R10的限流電阻，給LED燈提供恰當的電流。
在LED的陽極接有PNP三極管，可以通過單片的P2.5控制所有的LED的通斷，只有P2.5端電平為高時LED才能正常工作，通過單片機的P0口控制LED的狀態。數碼管的顯示也需要大電流，這里外接上拉電阻可以提供足夠的電流，原理圖中用了排阻RP2，可以使數碼管正常工作。交通LED燈驅動電路如圖7所示。
圖7 交通LED燈驅動電路
4.4 按鍵控制電路
圖8 按鍵控制LED電路圖
山西大學工程學院 第7頁
智能化控制中使用到傳感器，傳感器采集到的數據通過系統分析，然后反饋到單片機外部中斷，通過中斷程序選擇合適的處理程序。
整個交通燈控制系統通過按鍵模擬控制LED的狀態，SW1控制LED是定時循環還是智能控制，SW2控制LED燈是順序切換狀態還是手動選擇LED狀態。SW1按下觸發外部中斷0進去中斷程序，在中斷程序中可以通過查詢方式判斷P3.7是否按下，如果檢測到P3.7為低電平則SW2按鍵按下，系統進入只能控制LED狀態模式，單片機通過檢測P2.0~P2.3的電平狀況確定LED燈要顯示的狀態，例如：若單片機檢測到端口P2.0電平為低，則要求交通燈要WE方向左拐，系統調用左拐子程序，使單片機控制LED燈先NS黃燈閃3下，然后NS紅燈亮，WE左拐指示燈變綠。如果系統監測到P3.7為高電平則SW2彈起，系統進入只能順序切換模式，單片機檢測P2.4的電平情況，檢測到一次說明按鍵按下一次，交通的按照定時方式的順序變換狀態，使交通燈穩定順次執行。
如果遇到十字路口發生交通事故，可以觸發緊急逼停按鍵，這樣四個方向都為紅綠燈，等突發情況處理完畢后，然后根據實際情況選擇合適的處理程序。這樣可以根據實際的車、人流量動態調節交通燈，智能解決各種突發情況，按鍵控制電路如圖8所示。
按鍵消抖有兩種方式：硬件消抖和軟件消抖，硬件消抖需要引進RS觸發器或者單穩態電路，這需要額外的硬件開支，而軟件消抖只需要用延時函數就可以完成，因此這里選擇軟件消抖。
4.5 單片機主電路
采用這款芯片及克服了采用8031需要添加外部外部程序存儲器導致電路復雜的缺點，又克服了采用8751導致電路制作成本高的缺點，AT89C51單片機芯片具有以下特性：
1）指令集合芯片引腳與Intel公司的8051兼容； 2）4KB片內在系統可編程FLASH程序存儲器； 3）時鐘頻率為0~33MHZ；
4）128字節片內隨機讀寫存儲器（RAM）； 5）6個中斷源，2級優先級； 6）2個16位定時/記數器；
山西大學工程學院 第8頁
圖9 單片機引腳結構圖
4.6 整體電路圖設計
圖10 AT89C21單片機交通燈控制電路
本次設計采用AT89C51單片機，其中P0.0—P0.8共8根輸出線控制各色交通燈的點亮與熄滅，通過外部中斷0控制交通燈的切換方式，端口P3.7控制在
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智能模式下是順次轉換狀態還是動態選擇，在順序轉換模式下P2.4控制交通燈的狀態轉換。在動態模式下，根據傳感器分析數據結果，通過P2.0~P2.3控制交通的的各種狀態。P1和P2.7、P2.6控制數碼管的顯示，可以直觀的看到交通燈的狀態。在傳感器檢測某一方向車流量過多，或者人行道上滯留行人過多，或有緊急車輛通過時，采用外部觸發中斷實時中斷方式進行處理，這時可按下SW1、SW2兩按鍵，然后智能選擇交通燈的狀態，選擇合適的交通燈，讓滯留過多的方向通過時間長點，讓道路更加通暢。上圖10為整個交通燈控制系統的整體電路圖。軟件設計
5.1 系統程序流程圖設計
開始各變量、端口初始化主程序顯示子程序N中斷信號Y中斷子程序
圖11 交通控制系統程序流程圖
根據硬件電路原理圖，并按系統的功能畫出程序流程圖。由于此系統較為簡單，故采用自上而下的設計方法，進行程序設計；對傳感器分析的數據處理，采用中斷的方法，由中斷選擇合適的處理程序處理，在傳感器不工作的時候，可以返回主程序執行。程序流程如下圖11所示。
設計中斷處理程序時，最主要的地方是如何保護進入中斷前的狀態(信號燈、P
山西大學工程學院 第10頁
口、單片機寄存器的狀態)，使得中斷程序執行完畢后能問到交通燈中斷前的狀態。除了保護累加器ACC、標志寄存器PSW外，還要注意主程序中的延時程序和中斷處理程序中的延時程序不能混用。
5.2 系統程序設計
如下所示為整個系統控制程序：
#include
//延時計數
//按鍵次數計數
//數碼管顯示數值
//定時1秒計數
unsigned char table[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82，0xF8,0x80,0x90,0x7f};//共陽極數碼管顯示編碼
unsigned char disdata[4];sbit NSL=P0^0;sbit NSS=P0^1;
//NS左拐指示燈 //NS直行指示燈 //NS紅燈指示燈 //NS黃燈指示燈 //WE黃燈指示燈 //WE紅燈指示燈 //WE直行指示燈 //WE左拐指示燈 //控制所有LED的滅 //數碼管位選端 //數碼管位選端 sbit NSR=P0^2;sbit NSY=P0^3;sbit WEY=P0^4;sbit WER=P0^5;sbit WES=P0^6;sbit WEL=P0^7;sbit P2_5=P2^5;sbit P2_6=P2^6;sbit P2_7=P2^7;sbit Key_1=P2^4;sbit Key_2=P2^3;sbit Key_3=P2^2;sbit Key_4=P2^1;sbit Key_5=P2^0;sbit Key_6=P3^7;
//手動切換LED燈狀態
//選擇NS直行
//選擇WE直行
//選擇NS左拐
//選擇WE左拐
//選擇順序、隨機切換
sbit Key_7=P3^6;
//突發情況，四個方向全部紅燈 void Time0_Int()
{
//定時器0初始化
TMOD=0x01;TR0=1;EA=1;
山西大學工程學院 第11頁
} ET0=1;IT0 = 0;EX0 = 1;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;
//延時 m 毫秒 void Delay(unsigned int m){
} void NS_stra(){
} void NS_turn(){
} void NS_stop(){
} void WE_stra(){
} void WE_turn(){
} void WE_stop(){
unsigned int i,j;for(i=m;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);
//NS直行，WE紅燈
NSL=1;NSS=0;NSR=1;NSY=1;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//NS左拐，WE紅燈
NSL=0;NSS=1;NSR=1;NSY=1;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//NS黃燈，WE紅燈
NSL=1;NSS=1;NSR=1;NSY=0;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//WE直行，NS紅燈
NSL=1;NSS=1;NSR=0;NSY=1;WEL=1;WES=0;WER=1;WEY=1;
//WE左拐，NS紅燈
NSL=1;NSS=1;NSR=0;NSY=1;WEL=0;WES=1;WER=1;WEY=1;
//WE黃燈，NS紅燈
山西大學工程學院 第12頁
NSL=1;NSS=1;NSR=0;NSY=1;WEL=1;WES=1;WER=1;WEY=0;} void Opera_NS_stra()
{ if(Key_2==0){
Delay(10);
if(Key_2==0)
{
WE_stop();
Delay(3000);
NS_stra();
}
while(Key_2==0);} } void Opera_WE_stra()
{ if(Key_3==0){
Delay(10);
if(Key_3==0)
{
NS_stop();
Delay(3000);
WE_stra();
}
while(Key_3==0);} } void Opera_NS_turn()
{ if(Key_4==0){
Delay(10);
if(Key_4==0){
//手動選擇NS直行
//手動選擇WE直行
//手動選擇NS左拐
山西大學工程學院 第13頁
}
}
} WE_stop();Delay(3000);NS_turn();while(Key_4==0);void Opera_WE_turn(){
}
void Opera_Red(){
}
void Choose(){
//手動選擇WE左拐
if(Key_5==0){
}
//手動選擇WE左拐 Delay(10);if(Key_5==0){
}
while(Key_5==0);NS_stop();Delay(3000);WE_turn();if(Key_7==0){
} Delay(10);if(Key_7==0){
}
while(Key_7==0);NSY=0;WEY=0;Delay(3000);WER=0;NSR=0;
//數碼管顯示初值判斷程序
山西大學工程學院 第14頁
if(count==10||count==470||count==930||count==1390){ } if(count==410||count==870||count==1330||count==1790)count2=20;
//判斷為綠燈，數碼管倒計時初值為20秒
{
count2=3;
} if(count3==20)
{
count2--;
count3=0;} }
void Ledshow()
{
disdata[0]=(count2%10);
disdata[1]=(count2/10);
P2_6=0;P2_7=1;P1=0x00;
P1=table[disdata[0]];
Delay(10);
P2_7=0;P2_6=1;P1=0x00;
P1=table[disdata[1]];
Delay(10);} void Auto()
{ if(count>10&&count<410)
{
NS_stra();Ledshow();} if(count>410&&count<470){
NS_stop();Ledshow();} if(count>470&&count<870){
//判斷為黃燈，數碼管倒計時初值為3秒
//定時1秒，每隔一秒倒計時減一
//數碼管顯示程序
//十位顯示的數值
//個位顯示的數值
//自動轉換LED燈狀態，綠燈20秒，黃燈3秒
//NS直行指示燈顯示20秒，數碼管倒計時顯示
//NS黃色指示燈顯示 3秒，數碼管倒計時顯示 //NS左拐指示燈顯示20秒，數碼管倒計時顯示
山西大學工程學院 第15頁
} NS_turn();Ledshow();if(count>870&&count<930)
//NS黃色指示燈顯示 3秒，數碼管倒計時顯示
{
NS_stop();Ledshow();} if(count>930&&count<1330){
WE_stra();Ledshow();} if(count>1330&&count<1390){
WE_stop();Ledshow();} if(count>1390&&count<1790){
WE_turn();Ledshow();} if(count>1790&&count<1850){
WE_stop();Ledshow();} if(count>1850){
count=0;} } void main()
{ Time0_Int();P2_5=1;while(1){ Auto();Choose();
} }
//WE直行指示燈顯示20秒，數碼管倒計時顯示
//WE黃色指示燈顯示 3秒，數碼管倒計時顯示 //WE左拐指示燈顯示20秒，數碼管倒計時顯示 //WE黃色指示燈顯示 3秒，數碼管倒計時顯示
//主函數
山西大學工程學院 第16頁
void Time0()interrupt 1 {
}
//定時50ms TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TR0=1;count++;count3++;void Interrput0()interrupt 0
//外部中斷0，用按鍵手動切換LED燈狀態 {
while(Key_6==0){
} P2_7=0;P2_6=0;if(Key_1==0){
} switch(count1){
case 1 :NS_stra();break;case 2 :NS_stop();break;case 3 :NS_turn();break;case 4 :NS_stop();break;
//根據按下的次數選擇顯示狀態 Delay(10);if(Key_1==0){ } while(Key_1==0);count1++;
//檢測按鍵按下次數 Delay(10);while(Key_6==0){
} Opera_NS_stra();Opera_WE_stra();Opera_NS_turn();Opera_WE_turn();
//判斷是順序，隨機顯示
Opera_Red();
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}
} case 5 :WE_stra();break;case 6 :WE_stop();break;case 7 :count1=1;break;default: break;
5.3 仿真結果顯示
NS直行
NS左拐 NS黃燈
WE直行 WE左拐 WE黃燈
通過Protues對整個電路和程序仿真，仿真結果如上圖，啟動電源后，交通燈先按照定時方式按照變換程序依次變換，同時數碼管顯示倒計時。在傳感器檢測道路情況后并分析，把結果傳給單片機，通過外部中斷切換交通燈的變換狀態，這里用按鍵模擬傳感器檢測到的結果，可以實現根據檢測到的流量情況不同，對交通燈實時變換，按照行人優先、高流量方向長時間放行設計，基本上達到了設計要求。
總
結
通過本次課程設計，我們在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟.。在此過程中，我們通過查找資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑
山西大學工程學院 第18頁
戰，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。使用Protues和Keil作為我們的設計工具，很好地鍛煉自己的語言編程能力和軟件仿真能力，養成良好的語言編程風格和模擬操作方式。不管怎樣，這些都是一種鍛煉，一種知識的積累，能力的提高。完全可以把這個當作基礎東西，只有掌握了這些最基礎的，才可以更進一步，取得更好的成績。當然，我們還存在著很多不足，設計中有很多還完善的地方，期望以后可以做得更好
參考文獻
【1】《手把手教你學 51 單片機-C 語言版》--金沙灘工作室宋雪松編著，清華大學出版社。
【2】《單片機原理與應用及C51程序設計》—楊家國、謝維成，清華大學出版社。
【3】肖洪兵.跟我學用單片機[M].北京：北京航空航天大學出版社,2002.8． 【4】徐惠民、安德寧． 單片微型計算機原理接口與應用[M]．第1版．北京：北京郵電大學出版社，1996.【5】于鳳明．單片機原理及接口技術[M]．北京：中國輕工業出版社．1998． 【6】陳偉人.單片微型計算機原理與應用[M].北京：清華大學出版社, 2006.5.【7】趙曉安.MCS-51單片機原理及應用[M].天津：天津大學出版社，2001.3． 【8】《單片機原理與接口技術》--牛昱光、李曉林等編著，電子工業出版社
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