3382 十字路口交通信號(hào)燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3382 十字路口交通信號(hào)燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),十字路口,交通,信號(hào)燈,plc,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 1十字路口交通信號(hào)燈 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 1 章 緒 論1.1 引言可編程控制器（programmable controller）屬于微型計(jì)算機(jī)的一種，并且最早為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造。由于其在最初功能上只可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)以及邏輯控制等功能，故也被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller） ，簡(jiǎn)稱 PLC。它具有可靠性高，功能完善，抗干擾性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門用于工業(yè)環(huán)境及過(guò)程控制的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)并且主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。PLC 以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制自動(dòng)化裝置。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，該裝置在功能及構(gòu)造上己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了早期的 PLC。交通問(wèn)題是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要表現(xiàn)，同時(shí)也是社會(huì)發(fā)展的重要依托。交通運(yùn)輸是城市功能活動(dòng)的命脈，它直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生活的各個(gè)方面。無(wú)論是在古代還是現(xiàn)代，交通運(yùn)輸都具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略意義。在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，交通問(wèn)題己經(jīng)被許多國(guó)家和地區(qū)提上了日程。如何高效、快捷地出行，是關(guān)乎人們生產(chǎn)和日常生活的重要問(wèn)題。而與之相關(guān)的方方面面也就自然而然地成為了人們所研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。本課題通過(guò)深入地研究PLC的硬件結(jié)構(gòu)與工作方式，成功地將PLC與十字路口交通信號(hào)燈聯(lián)系起來(lái)，初步解決了交通擁堵問(wèn)題。系統(tǒng)地設(shè)計(jì)了基于PLC的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，對(duì)包括具體信號(hào)燈配置、硬件與軟件的設(shè)計(jì)在內(nèi)的控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了深刻研究，并且探索了手持式無(wú)線遙控裝置對(duì)于信號(hào)燈的控制。1.2 課題的背景隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步以及人民生活水平的提高，上路的車輛越來(lái)越多，但相應(yīng)的公路設(shè)施卻沒(méi)有相應(yīng)的改善。這就導(dǎo)致了城市交通擁堵問(wèn)題突出，而且擁堵的地方多是十字路口等車輛匯集處。在世界各大城市，交通堵塞尤為嚴(yán)重，盡管人們發(fā)明了紅綠燈，修建了立交橋，但是交通堵塞問(wèn)題始終沒(méi)有解決，使之成為世界性的難題。但城市中的交通堵塞狀況嚴(yán)重與否還是或多或少地反映出所在城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度和所處的發(fā)展階段。大多數(shù)人選擇汽車的初始動(dòng)機(jī)主要是為了出行快捷和節(jié)省時(shí)間，然2而由于交通堵塞所造成的出勤的低效率，往往使得人們的愿望與實(shí)際結(jié)果產(chǎn)生較大的差異。目前國(guó)內(nèi)城市人口密集區(qū)，機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車數(shù)量訊速增長(zhǎng)，嚴(yán)重匱乏且陳舊的道路交通設(shè)施、布局不盡合理的城市路網(wǎng)已經(jīng)不堪重負(fù)，這些都導(dǎo)致了城區(qū)交通擁堵頻繁、交通秩序混亂等問(wèn)題。特別是早晚行車流量高峰期，道路人流、車流量基本處于飽和或超飽和狀態(tài)，車輛行駛緩慢，加上小商販占道擺攤設(shè)點(diǎn)、車輛隨意停亂放，使得蠶食、侵占道路現(xiàn)象比較突出，而“行車難、停車難”已越來(lái)越成為中心城區(qū)內(nèi)的一種常態(tài)，是城市交通管理的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。隨著城鎮(zhèn)人口不斷增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車擁有量還會(huì)逐年遞增，城市安全設(shè)施建設(shè)的滯后性凸顯，交通違法事故、治安事件時(shí)有發(fā)生，城市安全防控已成為了整個(gè)社會(huì)所關(guān)注的焦點(diǎn)。從相關(guān)部門的事后查處的結(jié)果來(lái)看，造成這些現(xiàn)象其中的一個(gè)重要原因就是機(jī)動(dòng)車駕駛員在交警視線外違法行駛的情況非常普遍，交通參與者的交通安全意識(shí)普遍偏低。隨意違法的問(wèn)題也在很大程度上反映了我區(qū)交通秩序管理缺乏科技手段給予支撐的問(wèn)題，這些都成為我區(qū)道路交通事故處在多發(fā)態(tài)勢(shì)的主要原因。面對(duì)日益嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題，想要僅僅依靠行政措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。解決交通問(wèn)題還應(yīng)該利用科技力量對(duì)城市交通進(jìn)行有效的管理，如何對(duì)異常的交通擁堵等交通事件進(jìn)行有效的監(jiān)督管理，是城市實(shí)現(xiàn)智能交通時(shí)需要考慮的重點(diǎn)之一。利用交通燈對(duì)車流進(jìn)行管理，無(wú)疑是最為便捷且最為行之有效的方法。眼下一個(gè)極為迫切的問(wèn)題就是如何優(yōu)化目前的交通信號(hào)燈系統(tǒng)。1.3 課題研究的目的意義交通運(yùn)輸是城市功能活動(dòng)的命脈，它直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生活的各個(gè)方面。在世界范圍內(nèi)，隨著人口密度高速增長(zhǎng)，城市化的腳步不斷加快，交通問(wèn)題日漸嚴(yán)重。龍其在國(guó)際性大都市，擁擠的交通己經(jīng)造成了巨大的能源損失和環(huán)境污染，同時(shí)也給人們的生活帶來(lái)了巨大的困擾。在我國(guó)這個(gè)情況尤為突出。這就說(shuō)明了交通路口的車輛指揮工作是極為重要的一環(huán)，而疏導(dǎo)交通的主要工具.交通信號(hào)燈的性能就更為重要。以往的交通燈大都采用繼電器或單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然簡(jiǎn)單可控成本低，但同時(shí)也存在著功能少，可靠性較差，維護(hù)量很大等缺點(diǎn)。目前我國(guó)的交通信號(hào)燈主要靠單片機(jī)甚至是更初級(jí)的控制方式。該控制方式雖然簡(jiǎn)單易行，但由于單片機(jī)工作穩(wěn)定性差、易受外界干擾、可實(shí)現(xiàn)功能少且聯(lián)網(wǎng)性差，己越來(lái)越不能適應(yīng)現(xiàn)代化都市對(duì)于交通控制的需求。而國(guó)內(nèi)外到目前為止尚無(wú)完善的3解決方案，這就為PLC 的研發(fā)應(yīng)用提供了廣闊的空間。PLC控制的信號(hào)燈的出現(xiàn)使得該問(wèn)題迎刃而解。和單片機(jī)控制的十字路口信號(hào)燈相比，用PLC進(jìn)行控制主要是考慮PLC具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源非常豐富，可對(duì)交通燈進(jìn)行精確控制。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制自動(dòng)化裝置?？煽啃愿撸δ芡晟?，抗干擾性好、具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門用于工業(yè)環(huán)境及過(guò)程控制的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。PLC對(duì)交通信號(hào)燈的控制，主要是考慮其具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源豐富，可實(shí)現(xiàn)精確控制，且具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，可以將相關(guān)路口統(tǒng)一調(diào)度管理。并且由于PLC內(nèi)部均配有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，因此通過(guò)PLC控制可對(duì)交通燈實(shí)施全天候無(wú)人化管理。另外因?yàn)镻LC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，所以可以將同一條道路上的交通燈組成局域網(wǎng)進(jìn)行的統(tǒng)一調(diào)度管理，這樣就可以縮短車輛等候時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。該課題的提出和研究有利于填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外PLC應(yīng)用領(lǐng)域的空白和不足，充分發(fā)揮PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制中的優(yōu)越性。也正是因?yàn)槿绱?，如何充分地利用PLC系統(tǒng)的控制優(yōu)勢(shì)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為競(jìng)相研究的課題。1.4 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)1.4.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀在交通信號(hào)燈的控制方面，國(guó)外尤其是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，PLC 控制的交通信號(hào)燈在大中城市甚至是小城填也早己數(shù)見不鮮。在日常出行中，高質(zhì)量的交通信號(hào)無(wú)疑也對(duì)車的智能控制和減少交通擁堵上起到了至關(guān)重要的作用。而且由于 PLC 具有高可靠性和超長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)，平時(shí)并不需要人工維護(hù)，這在人力資源奇缺的西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，是節(jié)約勞動(dòng)力的最好方式。目前，世界上大約有 200 家 PLC 生產(chǎn)廠商，400 多品種的 PLC 產(chǎn)品，按地域來(lái)說(shuō)可分成美國(guó)、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派 PLC 產(chǎn)品也都各具自己的特色。如日本主要發(fā)展中小型 PLC，其小型 PLC 設(shè)計(jì)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜，在世界市場(chǎng)上占用重要地位,以 PLC 為基礎(chǔ)的紅綠燈在各大城市并不少見，各個(gè) PLC 生產(chǎn)公司也因此大獲其利。就這一角度來(lái)說(shuō)，以 PLC 控制的信號(hào)燈將極具競(jìng)爭(zhēng)力。4PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其在應(yīng)用方面受到了限制。但近十多年以來(lái)，PLC 的應(yīng)用面卻越來(lái)越廣。究其原因，主要是一方面由于微處理器芯片有關(guān)的元件價(jià)格大為下降，這使得 PLC 的成本迅速下降；另一方面 PLC 的功能大大增強(qiáng)，也能夠解決復(fù)雜的計(jì)算以及通信問(wèn)題。PLC 的應(yīng)用范圍通?？煞殖?5種類型，它們分別是：順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理和通信網(wǎng)絡(luò)。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，國(guó)外的 PLC 己經(jīng)成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，由于綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)，PLC 的發(fā)展更是日新月異，現(xiàn)在己經(jīng)很大程度地超過(guò)了其剛剛出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平。1.4.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀雖然PLC在國(guó)外的研究己得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我國(guó)工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度還普遍較低，不僅PLC 產(chǎn)品應(yīng)用范圍有限，生產(chǎn)PLC 的廠家也是鳳毛麟角，如機(jī)械行業(yè)80%以上的設(shè)備仍然采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進(jìn)行控制。PLC在我國(guó)的應(yīng)用潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有得到充分發(fā)揮，PLC 產(chǎn)品還有著很大的應(yīng)用空間。雖然 我國(guó)大中型企業(yè)普遍采用了先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，但絕大部分的小型企業(yè)還尚未應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)和產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。對(duì)于交通燈這種技術(shù)要求不太高的控制，與PLC有關(guān)的研究更是無(wú)人問(wèn)津。近幾年來(lái)，隨著上路的車輛越來(lái)越多，與此同時(shí)城市交通擁堵問(wèn)題日益突出，城市交通問(wèn)題己成為了關(guān)乎人民正常生活與否的重要一環(huán)。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(shí)，改善我國(guó)獨(dú)有的交通問(wèn)題，所以對(duì)交通信號(hào)控制方法的研究具有重大意義。當(dāng)前我國(guó)的十字路口信號(hào)燈還主要靠單片機(jī)控制，該控制方式雖然簡(jiǎn)單易行，但由于單片機(jī)工作穩(wěn)定性差、易受外界干擾、可實(shí)現(xiàn)功能少且聯(lián)網(wǎng)性差，己越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化都市對(duì)于交通的需求。本文要研究的由PLC控制十字路口交通信號(hào)燈正是為了解決上述問(wèn)題運(yùn)應(yīng)而生。PLC憑借其高精度、高可靠性及長(zhǎng)壽命為其在交通信號(hào)燈的控制上提供了巨大的發(fā)展空間。我國(guó)在“十五”規(guī)劃中就已明確提出了“用信息化帶動(dòng)工業(yè)化”的發(fā)展計(jì)劃，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化改造將為PLC控制。我國(guó)的工業(yè)發(fā)展及自動(dòng)化應(yīng)用水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比有幾十年的滯后，按目前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)分析，我國(guó)將迎來(lái)一個(gè)PLC市場(chǎng)高速增長(zhǎng)的時(shí)期。1.4.3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)5和單片機(jī)控制的十字路口信號(hào)燈相比，用PLC進(jìn)行控制主要是考慮PLC具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源非常豐富，可對(duì)交通燈進(jìn)行精確控制。由于PLC內(nèi)部均配有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，因此通過(guò)PLC 控制可對(duì)交通燈實(shí)施全天候無(wú)人化管理。另外因?yàn)镻LC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，所以可以將同一條道路上的交通燈組成局域網(wǎng)進(jìn)行的統(tǒng)一調(diào)度管理，這樣就可以縮短車輛等候時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。正是由于PLC較之單片機(jī)及其它控制的種種優(yōu)點(diǎn)，以PLC取代城市現(xiàn)有的交通燈控制方法是勢(shì)在必行的。城市的交通系統(tǒng)是一種時(shí)刻變化且非線性的系統(tǒng)。以往的交通控制方面的研究多傾向于實(shí)際操作的考慮而非基于理論控制的方法。近年來(lái)，隨著眾多研究控制理論的學(xué)者教授的參與，城市交通的自動(dòng)控制領(lǐng)域方面的研究出現(xiàn)了新的思路和方法，人工智能是新的研究方法之一。人工智能是將PLC 控制與智能化計(jì)算機(jī)結(jié)合，利用模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的技術(shù)進(jìn)行十字路口交通信號(hào)燈控制能夠取得比定時(shí)控制更為有效的結(jié)果。這是今后的交通信號(hào)燈的主要研究方向。將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制兩者結(jié)合起來(lái)用于十字路口交通信號(hào)燈的控制將很有可能成為今后交通信號(hào)燈控制研究的重點(diǎn)，所以對(duì)其進(jìn)行一次系統(tǒng)全面的研究是十分必要的。1.5 課題研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要研究了基于 PLC 的十字路口交通信號(hào)燈控制。十字路口信號(hào)燈系統(tǒng)的具體構(gòu)成元素包括：東、西、南、北方向裝有主干道直行“紅綠黃”燈和左轉(zhuǎn)“紅綠黃”燈，人行道紅、綠燈和四個(gè)數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示裝置以及手持式無(wú)線控制器。1.信號(hào)燈的設(shè)計(jì)PLC 系統(tǒng)的信號(hào)燈的設(shè)計(jì)主要是各個(gè)方向的紅、黃、綠燈信號(hào)。對(duì)于南北方向上某一行車方向的信號(hào)燈輸出，本設(shè)計(jì)共設(shè)置了三組信號(hào)燈，其中兩組車信號(hào)燈，分為直行紅、黃、綠燈和左轉(zhuǎn)紅、黃、綠燈，另外一組是人行道上的紅、綠燈。南北向和東西向燈均以 120s 為一個(gè)循環(huán)周期，以南北向紅黃綠燈來(lái)說(shuō)（1）直行紅黃綠燈，該組信號(hào)燈的3個(gè)燈以綠燈（35s） 黃燈(5s ) 紅燈（80s ）依次循環(huán)。（2）左轉(zhuǎn)紅黃綠燈，該組信號(hào)燈的3個(gè)燈以紅燈（35s） 綠燈（15s ） 黃燈(5s ) 紅燈（60s）依次循環(huán)。6（3）人行道紅綠燈，各自以紅燈（35s） 綠燈（ 85s）依次循環(huán)，并且與直行方向與左轉(zhuǎn)方向綠燈狀態(tài)相反。東西方向信號(hào)燈與南北向配置相同，但亮、滅狀態(tài)相反。即在某一方向?yàn)榫G燈時(shí)，另一方向?yàn)榧t燈或黃燈。2.倒計(jì)時(shí)數(shù)碼顯示的設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示主要是為了顯示各個(gè)信號(hào)燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，由于系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)燈倒計(jì)時(shí)的顯示并無(wú)特殊要求，故本設(shè)計(jì)采用了七段數(shù)碼管。對(duì)于普通七段數(shù)碼管，其供電電壓為 24V 時(shí)即可正常工作，故電源采用外部接入直流 24V 供電。數(shù)碼管一端接外部電源，一端接 PLC 的 COM 口。本設(shè)計(jì)中四個(gè)方向數(shù)碼管共設(shè)置了四組，分別是南北方向和東西方向，每一方向各設(shè)兩組，且每一方向的兩組數(shù)碼管顯示示內(nèi)容完全相同，所以其對(duì)應(yīng)的輸入端共用一個(gè)輸入信號(hào)。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。每組數(shù)碼管分別用來(lái)顯示直行、左轉(zhuǎn)燈當(dāng)中的綠、黃燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間以及處于綠、黃燈間隔中的紅燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。3.手動(dòng)無(wú)線強(qiáng)通的設(shè)計(jì)對(duì)于手動(dòng)無(wú)線強(qiáng)通的設(shè)計(jì)，本文主要是通過(guò)AT89SC052單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)在南北方向和東西方向車道上各配置了一個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鍵式紅外遙控器，通過(guò)單片機(jī)的發(fā)射發(fā)出紅外信號(hào)并通過(guò)接收端接收后譯碼，并將信號(hào)送至PLC輸入端，從而起到開關(guān)的作用。對(duì)于無(wú)急車時(shí)，按照正常循環(huán)時(shí)序控制。當(dāng)有急車來(lái)時(shí)，打開急車強(qiáng)通開關(guān)，不管原先信號(hào)狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車來(lái)車方向的綠燈亮，直到急車通過(guò)為止。當(dāng)斷開強(qiáng)通開關(guān)時(shí)，PLC 即復(fù)位，以正常時(shí)序時(shí)進(jìn)行控制。急車強(qiáng)通控制只能響應(yīng)一條路上來(lái)的控制信號(hào)，基兩條交叉路均有信號(hào)到來(lái)，則先響應(yīng)先來(lái)的一方，再響應(yīng)另外一方。遙控接收器是根據(jù)接收到的不同頻率的紅外光信號(hào)，由CPU轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制方法進(jìn)而對(duì)控制電路實(shí)施控制。無(wú)線遙控系統(tǒng)就其組成來(lái)說(shuō)，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(guò)接收電路的輸出端與PLC輸入端相連以完成控制功能。該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是對(duì)于緊急通過(guò)的車輛，可以進(jìn)行人性化管理，確保該車順利通過(guò)，最大限度地利用PLC的現(xiàn)代控制優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮信號(hào)燈應(yīng)有的作用。本設(shè)計(jì)的研究技術(shù)路線如圖1.1所示：7研究了解信號(hào)燈的工作原理和動(dòng)作規(guī)律查閱相關(guān)資料并選擇適合本課題的技術(shù)確定 PLC 的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求并設(shè)計(jì)出PLC 的控制程序依照自己的設(shè)計(jì)做出總體布局設(shè)計(jì)完成 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖繪制編寫畢業(yè)論文圖 1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)路線第 2 章 控制系統(tǒng)總體方案與技術(shù)要求82.1 系統(tǒng)的基本要求2.1.1 信號(hào)燈的基本構(gòu)成十字路口交通的具體的交通燈分布如圖2.1所示，在十字路口的東、西、南、北方向裝有主干道直行“紅綠黃”燈和左轉(zhuǎn)“紅綠黃”燈，人行道紅、綠燈和四個(gè)計(jì)數(shù)器以及手持式無(wú)線控制器。圖2.1 交通燈分布1. 南北主干道南北主干道的交通燈有6個(gè)，分別是左轉(zhuǎn)紅燈、左轉(zhuǎn)綠燈、左轉(zhuǎn)黃燈、直行紅燈、直行綠燈和直行黃燈。2. 東西主干道9東西主干道的交通燈也是6個(gè)，分別是左轉(zhuǎn)紅燈、左轉(zhuǎn)綠燈、左轉(zhuǎn)黃燈、直行紅燈、直行綠燈和直行黃燈。3. 人行道南北向人行道和東西向人行道各2個(gè)，分別是紅燈和綠燈。4. 計(jì)時(shí)器分為南北向和東西向計(jì)時(shí)器，分別顯示南北和東西方向的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。5. 無(wú)線控制器可以實(shí)現(xiàn)人工對(duì)某一方向信號(hào)燈的強(qiáng)通控制。2.1.2 基本控制要求交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的要求是能夠?qū)崿F(xiàn)“正常循環(huán)運(yùn)行”和“無(wú)線手動(dòng)強(qiáng)通控制”兩種控制方式。1. 正常循環(huán)運(yùn)行交通信號(hào)燈的正常循環(huán)運(yùn)行邏輯流程圖如圖2.1所示，具體控制要求如下：（1）按下啟動(dòng)按鈕后，交通信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作。先亮南北方向綠燈和東西方向的紅燈，再亮東西方向綠燈和南北方向紅燈，然后再亮南北方向綠燈和東西方向的紅燈，如此一直循環(huán)運(yùn)行。（2）南北向主干道直行綠燈先亮35s，再亮直行黃燈 5s，然后是直行紅燈亮80s；同時(shí)南北向左轉(zhuǎn)紅燈先亮40s，其次左轉(zhuǎn)綠燈亮15s，然后是左轉(zhuǎn)黃燈亮5s 。（3）東西主干道直行紅燈先亮60s，其次是直行綠燈亮 35s，最后是直行黃燈亮5s；同時(shí)東西向左轉(zhuǎn)紅燈亮100s,其次是左轉(zhuǎn)綠燈亮15s，最后是左轉(zhuǎn)黃燈亮5s 后轉(zhuǎn)至左轉(zhuǎn)紅燈，依次循環(huán)。（4）南北向和東西向人行道均設(shè)有紅燈、黃燈、綠燈。人行道上的紅、黃、綠燈與同方向主干道上的直行紅、黃、綠燈運(yùn)行方式相同。10開始南北直行綠燈亮 35S南北直行黃燈亮 5s南北直行紅燈亮 80s南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 40s南北左轉(zhuǎn)綠燈亮 15s南北左轉(zhuǎn)黃燈亮 5s東西直行紅燈亮 60s東西直行綠燈亮 35s東西直行紅燈亮 20s東西左轉(zhuǎn)紅燈亮 100s東西左轉(zhuǎn)綠燈亮 15s東西左轉(zhuǎn)黃燈亮 5s南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 60s東西直行黃燈亮 5s圖2.2 交通燈正常循環(huán)運(yùn)行流程圖2. 無(wú)線手動(dòng)強(qiáng)通控制無(wú)線手動(dòng)強(qiáng)通控制是為了適應(yīng)警車、救護(hù)車等急車所設(shè)計(jì)的，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一方向燈的開關(guān)控制，其邏輯流程圖如圖2.3所示。具體控制要求如下：（1）強(qiáng)通控制受無(wú)線遙控開關(guān)控制。無(wú)急車時(shí)，按照正常循環(huán)時(shí)序控制。當(dāng)有急車來(lái)時(shí)，打開急車強(qiáng)通開關(guān)，不管原先信號(hào)狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車來(lái)車方向的綠燈亮，直到急車通過(guò)為止。當(dāng)斷開強(qiáng)通開關(guān)時(shí)，PLC即復(fù)位，以正常時(shí)序時(shí)進(jìn)行控制。（2）急車強(qiáng)通控制只能響應(yīng)一條路上來(lái)的控制信號(hào)，基兩條交叉路均有信號(hào)到來(lái)，則先響應(yīng)先來(lái)的一方，再響應(yīng)另外一方。（3）當(dāng)無(wú)線強(qiáng)通停止按鈕按下后，該信號(hào)將原先的強(qiáng)通電路關(guān)閉，同時(shí)PLC復(fù)位，各個(gè)通路以初始狀態(tài)為起始點(diǎn)開始循環(huán)運(yùn)行，進(jìn)入原先的運(yùn)行狀態(tài)之中，道路恢復(fù)通車。由于該過(guò)程對(duì)時(shí)間的要求并無(wú)限制，所以該系統(tǒng)同時(shí)還可以作為交通故障及道路施工時(shí)關(guān)閉交通來(lái)用。11開始正常運(yùn)行按下南北強(qiáng)通銨鈕南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮按下東西強(qiáng)通停止按鈕南北方向綠燈亮，南北方向紅燈亮按下南北強(qiáng)通停止按鈕按下東西強(qiáng)通按鈕東西方向強(qiáng)通失效 南北方向強(qiáng)通失效圖2.3 無(wú)線手動(dòng)強(qiáng)通控制的邏輯流程圖3. 倒數(shù)計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)在路中央四個(gè)方向均設(shè)置一組數(shù)碼管，每組2個(gè)。信號(hào)燈程序啟動(dòng)后，隨著信號(hào)燈的亮滅，七段數(shù)碼管構(gòu)成的倒計(jì)時(shí)鐘也隨之顯示信號(hào)燈的亮滅時(shí)間。(1)南北方向該方向上共有兩組共6個(gè)信號(hào)燈，分別控制直行和左轉(zhuǎn)方向的行車。在該方向，先顯示直行綠燈的接通時(shí)間35s，然后進(jìn)入黃燈倒數(shù) 5s計(jì)時(shí)，其次是左轉(zhuǎn)綠燈顯示15s,后是左轉(zhuǎn)黃燈5s，最后是紅燈顯示60s，此次工作循環(huán)節(jié)束，進(jìn)入12下一循環(huán)。（2）東西方向在該方向，先顯示紅燈接通時(shí)間60s,然后是直行綠燈顯示 35s，其次是直行黃燈顯示5s ，后是左轉(zhuǎn)綠燈顯示15s，最后是左轉(zhuǎn)黃燈顯示5s，此次工作循環(huán)節(jié)束，進(jìn)入下一循環(huán)。2.2PLC 的結(jié)構(gòu)及原理2.2.1 PLC 的分類1. 按I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量可分為：（ 1）小型PLC；（2）中型PLC；（3）大型PLC2. 按結(jié)構(gòu)型式可分為：（1）整體式PLC；（2）模塊式PLC；（3）疊裝式PLC3. 按功能可分為：（1）低檔機(jī)；（2）中檔機(jī)；（3）高檔機(jī)2.2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)主要由微處理器、存儲(chǔ)器、電源、I/O接口電路、擴(kuò)展接口、外設(shè)接口和編程器等構(gòu)成。PLC接受了來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的控制信號(hào)后經(jīng)過(guò)中央處理元件處理后送入驅(qū)動(dòng)受控元件進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)象的操作控制。PLC分為整體式和組合式兩種結(jié)構(gòu)，整體式PLC 包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊以及電源等。所有這些元素組合成為一個(gè)不可拆解的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、電源模塊、內(nèi)存、機(jī)架等，這些硬件設(shè)施可以按不同的排列組合形成一定功能的模板。PLC工作時(shí)主要是取指令及執(zhí)行指令以完成一定的功能，其內(nèi)部工作過(guò)程大致可分為如下階段：(1)輸入采樣階段在此階段中， PLC以 掃 描 的 方 式 依 次 地 讀 入 所 有 輸 入 狀 態(tài) 和 數(shù) 據(jù) ， 并 將 它 們存 入 I/O映 象 區(qū) 中 的 相 應(yīng) 得 單 元 內(nèi) 。 輸 入 采 樣 結(jié) 束 后 ， 立 即 轉(zhuǎn) 入 用 戶 程 序 執(zhí) 行 和輸 出 刷 新 階 段 。 在 這 兩 個(gè) 階 段 中 ， 即 使 輸 入 狀 態(tài) 和 數(shù) 據(jù) 發(fā) 生 變 化 ， I/O映 象 區(qū) 中的 相 應(yīng) 單 元 的 數(shù) 據(jù) 和 狀 態(tài) 也 不 會(huì) 因 此 而 改 變 。(2)程序執(zhí)行階段在 用 戶 程 序 執(zhí) 行 階 段 ， PLC總 是 按 照 由 上 而 下 的 順 序 依 次 地 掃 描 用 戶 程 序(梯 形 圖 )。 在 掃 描 一 條 梯 形 圖 的 同 時(shí) ， 又 總 是 先 掃 描 梯 形 圖 左 邊 的 控 制 線 路 ，13并 按 照 先 左 后 右 、 先 上 后 下 的 順 序 對(duì) 由 觸 點(diǎn) 構(gòu) 成 的 控 制 線 路 進(jìn) 行 邏 輯 運(yùn) 算 ， 然 后根 據(jù) 邏 輯 運(yùn) 算 得 出 的 結(jié) 果 ， 刷 新 該 邏 輯 線 圈 在 系 統(tǒng) RAM存 儲(chǔ) 區(qū) 中 所 對(duì) 應(yīng) 位 的 狀態(tài) ； 或 者 是 刷 新 該 輸 出 線 圈 在 I/O映 象 中 所 對(duì) 應(yīng) 位 的 狀 態(tài) ； 又 或 者 是 確 定 是 否 要執(zhí) 行 該 梯 形 圖 所 規(guī) 定 的 特 殊 功 能 指 令 。（3）輸出刷新階段當(dāng) 掃 描 用 戶 程 序 結(jié) 束 后 ， PLC就 進(jìn) 入 輸 出 刷 新 階 段 。 在 此 期 間 ， CPU按 照I/O映 象 區(qū) 內(nèi) 對(duì) 應(yīng) 的 數(shù) 據(jù) 和 狀 態(tài) 來(lái) 刷 新 所 有 的 輸 出 鎖 存 電 路 ， 和 外 接 電 路 ， 再 經(jīng)輸 出 放 大 電 路 驅(qū) 動(dòng) 相 應(yīng) 的 外 設(shè) 。2.2.3 PLC設(shè)計(jì)的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：1、最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求如何充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，這是設(shè)計(jì)PLC 控制系統(tǒng)的首要目標(biāo)，這也是設(shè)計(jì)中最為重要的一條原則。要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)來(lái)進(jìn)行調(diào)查和研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的各方資料以及相關(guān)先進(jìn)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外資料。2、保證 PLC 控制系統(tǒng)的安全可靠保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期可靠、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，這是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、元器件的選擇、軟件的編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)能夠安全可靠地運(yùn)行。例如：保證 PLC 程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在各種非正常情況下如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等，也能正常工作。3、力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個(gè)新的控制工程固然能夠提高產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入和技術(shù)的培訓(xùn)以及設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的急劇增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的造價(jià)成本。這些要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單并且兼具經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，而且還要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，而不能一味盲目地追求高指標(biāo)。4、適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷提高，所以設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)的發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇 PLC 的輸入/輸出模塊、I/O14點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)?shù)亓粲杏嗔浚詽M足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。在 可 編 程 邏 輯 控 制 器 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 時(shí) ， 首 先 應(yīng) 該 確 定 控 制 方 案 ， 下 一 步 工 作 就是 可 編 程 邏 輯 控 制 器 的 設(shè) 計(jì) 和 選 型 。 工 藝 流 程 的 特 點(diǎn) 和 應(yīng) 用 要 求 就 是 設(shè) 計(jì) 選 型的 主 要 依 據(jù) 。 可 編 程 邏 輯 控 制 器 及 有 關(guān) 設(shè) 備 應(yīng) 該 是 高 度 集 成 的 、 標(biāo) 準(zhǔn) 的 ， 按 照其 易 于 與 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 形 成 一 個(gè) 整 體 ， 易 于 擴(kuò) 充 其 功 能 的 原 則 來(lái) 選 用 型 號(hào) ， 而且 所 選 用 可 編 程 邏 輯 控 制 器 應(yīng) 是 在 相 關(guān) 工 業(yè) 領(lǐng) 域 有 成 熟 可 靠 的 系 統(tǒng) 和 投 運(yùn) 業(yè) 績(jī)的 各 類 產(chǎn) 品 ， 與 其 系 統(tǒng) 硬 件 、 軟 件 配 置 及 功 能 應(yīng) 該 和 控 制 要 求 相 適 應(yīng) 。2.3 PLC的選用PLC 發(fā)展到了今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多還具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，因而可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸幾乎小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積十分小從而很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，這使得 PLC 滲透到了溫度控制、位置控制和CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的快速發(fā)展，使用 PLC 組成的各種控制系統(tǒng)變得非常容易。PLC 用于存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯從而大大減少控制設(shè)備外部的接線，這使得控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，與此同時(shí)維護(hù)也變得更加容易起來(lái)。最重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)了改變程序改變使得生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。目前生產(chǎn)可編程控制的器的廠家很多，并且每個(gè)廠家本身生產(chǎn)的產(chǎn)品也不盡相同，但就其基本構(gòu)造和指令都相近，因此只需從中選擇一款適合控制系統(tǒng)要求的PLC即可。本文采用的是三菱公司的 FX2N-128MT-001，其中輸入點(diǎn)：64，輸出點(diǎn)：64，晶體管輸出。FX2N-128MT-001 屬于第三代小型可編程控制器，集高速、高性能及高容量于一身。作為一種新型 PLC，具有自身一些獨(dú)有特點(diǎn)，下列是關(guān)于 FX2N-128MT-001 的一些基本介紹：PLC 平均無(wú)故障時(shí)間（ MTBF）高達(dá) 30 萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC 的外部電路來(lái)說(shuō)，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到了數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就因此大大降低。此外，PLC 還帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)地發(fā)出警報(bào)信息。從 PLC 功能來(lái)看，該型號(hào) PLC 的 CPU 處理速度達(dá)到了 0.065us 并且內(nèi)置了高達(dá)1564K 的大容量 RAM 存儲(chǔ)器。高內(nèi)存大幅增加了內(nèi)部軟元件的數(shù)量，強(qiáng)化了指令的功能，提供了多達(dá) 209 條應(yīng)用指令，包括像與三菱變頻器通訊的指令， CRC 計(jì)算指令，以及產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)指令等等。晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了 3 軸獨(dú)立最高100kHz 的定位功能，并且增加了新的定位指令；帶 DOG 搜索的原點(diǎn)回歸（DSZR ） ，中斷單速定位（DVIT）和表格設(shè)定定位（TBL） ，從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更加地方便；內(nèi)置了 6 點(diǎn)同時(shí) 100kHz 的高速計(jì)數(shù)功能，雙相計(jì)數(shù)時(shí)可以進(jìn)行 4 倍頻計(jì)數(shù)，大大地提升了運(yùn)行速度。此外該型號(hào) PLC 還有一些其它特殊功能：1.定位指令增加。2.可擴(kuò)展高速脈沖輸出模塊 FX3U-WHSY-ADP 用于定位。3.可擴(kuò)展定位模塊 FX3U-20SSC-H 模塊用于定位。4.可連接 FX 系列之前的定位模塊。2.4 本章小結(jié)本章提出了信號(hào)燈系統(tǒng)的總體構(gòu)思，并且提出了十字路口信號(hào)燈系統(tǒng)的具體構(gòu)成元素：東、西、南、北方向裝有主干道直行“紅綠黃”燈和左轉(zhuǎn)“紅綠黃”燈，人行道紅、綠燈和四個(gè)計(jì)數(shù)器以及手持式無(wú)線控制器。并且通過(guò)對(duì)PLC各個(gè)型號(hào)的對(duì)比以及從設(shè)計(jì)的實(shí)際要求出發(fā)選擇了PLC的具體型號(hào)。16第 3 章 信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 信號(hào)燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文以十字路口信號(hào)燈的 PLC 控制為主進(jìn)行研究。該課題中的十字路口信號(hào)燈包括南北方向左轉(zhuǎn)和直行紅黃綠燈和人行道紅綠燈各兩組，東西方向左轉(zhuǎn)紅黃綠燈以及人行道紅綠燈各兩組；東西、南北方向各有兩組七段數(shù)碼管顯示屏，由于同一方向控制時(shí)間相同，所以該方向兩組數(shù)碼管顯示時(shí)間完全相同。本節(jié)設(shè)計(jì)主要圍繞各個(gè)信號(hào)燈的工作時(shí)序圖和具體的 PLC 控制程序來(lái)做介紹，同時(shí)分配了各個(gè)信號(hào)燈以及數(shù)碼管的 PLC 端口。3.1.1 工作時(shí)序圖1．南北方向?qū)τ谠摲较?，信?hào)燈配置為左轉(zhuǎn)紅黃綠燈和直行紅黃綠燈以及人行道紅綠燈各兩組。直行紅黃綠燈控制直行車輛，同時(shí)左轉(zhuǎn)紅黃綠燈控制左轉(zhuǎn)車輛，兩組信號(hào)燈狀態(tài)相反，分別在不同時(shí)段放行直行以及左轉(zhuǎn)的車輛。本文采用的是以120s為周期，其信號(hào)燈工作時(shí)序如圖3.1所示。對(duì)于直行紅黃綠燈，該組信號(hào)燈的3個(gè)燈以綠燈（35s） 黃燈(5s ) 紅燈（80s）依次循環(huán)。對(duì)于左轉(zhuǎn)紅黃綠燈，該組信號(hào)燈的3個(gè)燈以紅燈（40s） 綠燈（15s ） 黃燈(5s ) 紅燈（60s）依次循環(huán)。對(duì)于人行道紅綠燈，本設(shè)計(jì)配置了紅燈和綠燈兩種狀態(tài)，且該紅、綠燈各自均以紅燈（60s ） 綠燈（60s）依次循環(huán)，并且與直行方向與左轉(zhuǎn)方向綠燈狀態(tài)相反。即對(duì)于某一車道，當(dāng)直行及左轉(zhuǎn)紅燈均亮?xí)r該側(cè)的人行道綠燈才亮，當(dāng)任一直行或左轉(zhuǎn)綠燈亮?xí)r該人行道都顯示為紅燈亮。該循環(huán)方式保證了車、人的有序通過(guò)，并充分保證了行人的人身安全。17圖3.1 南北方向信號(hào)燈工作時(shí)序圖2．東西方向東西方向的信號(hào)燈工作與南北方向呈對(duì)稱方式，行車與南北方向道路交替進(jìn)行，其工作時(shí)序如圖3.2所示。對(duì)于東西直行紅黃綠燈，該組信號(hào)燈的3個(gè)燈以紅燈（60s） 綠燈(35s) 黃燈（5s ） 紅燈（20s）依次循環(huán)。對(duì)于東西左轉(zhuǎn)紅黃綠燈，該組信號(hào)燈的3個(gè)燈以紅燈（100s） 綠燈(15s) 黃燈（5s ）依次循環(huán)。對(duì)于東西側(cè)人行道紅綠燈，各自以綠燈（60s） 紅燈（60s）依次循環(huán)，并且與直行方向與左轉(zhuǎn)方向綠燈狀態(tài)相反。18圖3.2 東西方向信號(hào)燈工作時(shí)序圖3.1.2 可編程控制器 I/O 端口分配由于本設(shè)計(jì)所選用的 PLC 為輸入點(diǎn)：64，輸出點(diǎn)：64，晶體管輸出。而本設(shè)計(jì)中的輸入輸出點(diǎn)數(shù)共為 52 點(diǎn)，均在 PLC 的基本輸入輸出點(diǎn)數(shù)范圍之內(nèi)，所以無(wú)需進(jìn)行 I/O 擴(kuò)展，在設(shè)計(jì)時(shí)只需賦與其不同的端口地址即可。1.外部輸入控制按鈕本設(shè)計(jì)當(dāng)中的 6 個(gè)外部控制按鈕的具體 I/O 端口分配方式如表 3.3 所示。PLC 上的外部輸入控制按鈕總共分為 6 個(gè)，分別是系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕、系統(tǒng)停止按鈕、南北無(wú)線19手動(dòng)強(qiáng)通啟動(dòng)按鈕、南北無(wú)線手動(dòng)強(qiáng)通停止按鈕、東西手動(dòng)強(qiáng)通啟動(dòng)按鈕、東西手動(dòng)強(qiáng)通停止按鈕。各個(gè)按鈕均占用 1 個(gè) PLC 輸入端口，當(dāng) PLC 正常運(yùn)行時(shí)，各個(gè)輸入按鈕均獨(dú)立工作。表 3.3 外部輸入控制按鈕 I/O 端口分配啟動(dòng) 停止 南北強(qiáng)通 啟動(dòng)南北強(qiáng)通 停止東西強(qiáng)通 啟動(dòng)?xùn)|西強(qiáng)通 停止X000 X001X002 X003 X004 X0052.信號(hào)燈輸出PLC 系統(tǒng)的信號(hào)燈輸出量主要是由各個(gè)方向的紅、黃、綠燈所構(gòu)成的。對(duì)于南北方向上某一行車方向的信號(hào)燈輸出，本設(shè)計(jì)共設(shè)置了三組信號(hào)燈，其中兩組車輛信號(hào)燈，分為直行紅、黃、綠燈和左轉(zhuǎn)紅、黃、綠燈，另外一組是人行道上的紅綠燈。另一方行車方向上信號(hào)燈的設(shè)置與該方向完全相同；對(duì)于東西方向，由于其行車與南北方向?qū)ΨQ，所以其信號(hào)燈的設(shè)置也與南北向相同。信號(hào)燈輸出的 I/O 端口分配方式如表 3.4 所示：表 3.4 信號(hào)燈輸出的 I/O 端口分配南北直行綠燈 Y000 東西直行綠燈 Y010南北直行黃燈 Y001 東西直行黃燈 Y011南北直行紅燈 Y002 東西直行紅燈 Y012南北左轉(zhuǎn)綠燈 Y003 東西左轉(zhuǎn)紅燈 Y013南北左轉(zhuǎn)黃燈 Y004 東西左轉(zhuǎn)綠燈 Y014南北左轉(zhuǎn)紅燈 Y005 東西左轉(zhuǎn)黃燈 Y015南北人行綠燈 Y006 東西人行綠燈 Y016南北人行紅燈 Y007 東西人行紅燈 Y0173.數(shù)碼管輸出本設(shè)計(jì)中四個(gè)方向數(shù)碼管共設(shè)置了四組，分別是南北方向和東西方向，每一方向各設(shè)兩組，且每一方向的兩組數(shù)碼管顯示示內(nèi)容完全相同，所以其對(duì)應(yīng)的輸入端共用一個(gè)輸入信號(hào)。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。由于本設(shè)計(jì)中的顯示裝置為七段數(shù)碼管，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20口分配如表 3.5 所示：表 3.5 數(shù)碼管輸出的 I/O 端口分配a Y020 a Y040b Y021 b Y041c Y022 c Y042d Y023 d Y043e Y024 e Y044f Y025 f Y045南北組數(shù)碼管個(gè)位g Y026東西組數(shù)碼管個(gè)位g Y046a Y030 a Y050b Y031 b Y051c Y032 c Y052d Y033 d Y053e Y034 e Y054f Y035 f Y055南北組數(shù)碼管十位g Y036東西組數(shù)碼管十位g Y0563.1.3 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。1.南北方向在南北直行方向，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 3.6 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(wú)線強(qiáng)通控制，當(dāng)強(qiáng)通開關(guān) X002 按下后，通過(guò) 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。21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 3.6 南北方向程序梯形圖（a） 續(xù)圖（b）22(b) 續(xù)圖23（c）(c)2.東西方向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 3.7 所示：圖 3.7 南北方向程序梯形圖(a) 24續(xù)圖（b）25(b)3.1.4 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 3.8 所示：26圖 3.8 信號(hào)燈的 PLC 外部連線圖3.2 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(lái)。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。3.2.1 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(guò) D0-D4 數(shù)據(jù)寄存器來(lái)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。1.南北方向該方向程序的梯形圖設(shè)計(jì)如圖 3.9 所示：圖 3.9 南北方向程序梯形圖(a) 27續(xù)圖（b）28(b) 2.東西方向該方向程序的梯形圖設(shè)計(jì)如圖 3.10 所示：圖 3.10 東西方向程序梯形圖(a) 29續(xù)圖（b）(b) 3.2.2 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 Y020-Y056 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 3.11 所示：30FX2N-18MT-01圖 3.11 數(shù)碼管的 PLC 外部連線313.3 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(wèn)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 GX.Developer 程序開發(fā)工具進(jìn)行仿真模擬，具體程序見附錄 4。32第 4 章 信號(hào)燈無(wú)線遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 信號(hào)燈無(wú)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(zhǎng)足的進(jìn)步。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)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(wú)線遙控方式可分為無(wú)線電波式、聲控式、超聲波式和紅外線式等等。由于無(wú)線電式遙控方式很容易對(duì)其它電視機(jī)和無(wú)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(lái)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?qū)崿F(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(wú)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(méi)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(wú)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(wú)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。334.1.1 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(wú)線光譜的整個(gè)頻率中只占有很小一個(gè)頻率段，波長(zhǎng)為 0.75—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(méi)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(lái)說(shuō)，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。4.1.2 系統(tǒng)的組成無(wú)線遙控系統(tǒng)就其組成來(lái)說(shuō)，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(guò)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 4.1，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34代表分別是 NEC 和 PHILIPS 的 RC.5。+5V 電源單片機(jī)行列式鍵盤低功耗電路紅外發(fā)射電路圖 4.1 紅外發(fā)射遙控電路原理框圖3.紅外線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(shuō)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(wèn)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 4.2 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 X002-X005 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。35+5V 電源單片機(jī)紅外接收電路狀態(tài)指示電路控制電路圖 4.2 紅外接收遙控電路原理框圖4.1.3 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(guò)對(duì)紅外光發(fā)射頻率的控制來(lái)區(qū)別不同的操作的。遙控接收器則是通過(guò)對(duì)紅外光接收頻率的識(shí)別，判斷出控制操作，進(jìn)而來(lái)完成整個(gè)紅外遙控的接收過(guò)程。本設(shè)計(jì)中，在與 PLC 的通信當(dāng)中，通過(guò)數(shù)字接收端的信號(hào)來(lái)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(lái)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 P1.0 至 P1.1 口。對(duì)應(yīng)的紅外發(fā)射頻率分別為300Hz、600 H。發(fā)射時(shí)間確定為一個(gè)定值，由定時(shí)器 1 來(lái)定時(shí)，時(shí)間為 100ms。當(dāng)100ms 時(shí)間到了以后，定時(shí)器 1 發(fā)生中斷，停止計(jì)時(shí)，紅外光也即時(shí)停止發(fā)射。由定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)控制發(fā)射頻率，T0 作為定時(shí)器，當(dāng) T0 的定時(shí)時(shí)間到了以后，中斷程序使 P3.4 斷口的電平反轉(zhuǎn)一次，然后 T0 重新設(shè)置為與工作定時(shí)值與前相同，等時(shí)間到中斷程序使 P3.4 端口再翻轉(zhuǎn)一次，如此往復(fù)，紅外信號(hào)就可以按照一定的時(shí)間間隔發(fā)射出去。該方法可以通過(guò)設(shè)定 T0 的定時(shí)時(shí)間來(lái)控制紅外信號(hào)的發(fā)射頻率。遙控器平時(shí)處于閑置狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，由外部中斷 1 產(chǎn)生中斷，使 CPU 回到工作狀態(tài)，待執(zhí)行完操作后才又回到低功耗狀態(tài)。4.1.4 器件選則36由于發(fā)射電路及接收電路的技術(shù)要求較低，控制方式簡(jiǎn)單。綜合各方面因素，本設(shè)計(jì)采用了以 AT89C2051 型號(hào)單片機(jī)作為遙控器的發(fā)射接收核心部件。該種型號(hào)的單片機(jī)價(jià)格低廉，可靠性高，符合設(shè)計(jì)的可靠、經(jīng)濟(jì)的要求。AT89C2051 是一個(gè)低電壓，高性能的 CMOS 8 位單片機(jī)。片內(nèi)含有 2KB 可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器（EPROM ）以及 128B 的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM） ，單片機(jī)器件采用 ATMEL 的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS.51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)大。AT89C2051 有 20 個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中 P1 是完整的 8 位雙向 I/O口，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外中斷，兩個(gè)全雙向串行通信口，和一個(gè)模擬比較放大器。此外，AT89C2051 的時(shí)鐘頻率可為零，這就具備了可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，因而極大地減少了系統(tǒng)功耗。系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和以及內(nèi)外部中斷口，系統(tǒng)喚醒后即可再次進(jìn)入工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi) RAM 將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止震蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件系統(tǒng)復(fù)位單片機(jī)方可繼續(xù)工作。采用該方式，可以大大地節(jié)約電能，并能延長(zhǎng)遙控器的壽命，符合實(shí)用節(jié)約的設(shè)計(jì)理念。4.2 發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.2.1 按鍵系統(tǒng)本文采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，該按鍵結(jié)構(gòu)是指直接用 I/O 線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，每個(gè)獨(dú)立式按鍵都獨(dú)立地占有一根 I/O 口線，從而每根 I/O 口線上的按鍵的工作狀態(tài)都不會(huì)影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，但I(xiàn)/O 口線浪費(fèi)較大。而本設(shè)計(jì)之所以采用了獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，是基于系統(tǒng)的按鍵的數(shù)目少（僅有啟動(dòng)和停止按鈕） ，以及系統(tǒng)對(duì)于按鍵并無(wú)特殊要求，PLC 輸入端只需得到南北向和東西向 2 組遙控器的共 4 個(gè)輸入信號(hào)即可工作。這種工作方式除了有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)外，還有受外界干擾小的優(yōu)點(diǎn)。獨(dú)立式按鍵配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O 口線可以保證有確定的高電平，其具體的電路結(jié)構(gòu)如圖 4.3 所示，其中 S0 為強(qiáng)通啟動(dòng)按鈕，S1 為強(qiáng)通停止按鈕。當(dāng)某一按鈕被按下之后，該電路按通，松開后斷電。當(dāng)有急車通過(guò)時(shí)，按下 S0，該方向的直行綠燈亮，同時(shí)另一方向及該方向左轉(zhuǎn)方向全部顯示為紅燈亮；當(dāng)急車通過(guò)之后，通過(guò)按下 S1 按鈕使電路復(fù)位并以正常循環(huán)方式工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)線手動(dòng)強(qiáng)通控制的要求。37圖 4.3 獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)鍵盤掃描程序指的是單片機(jī)通過(guò)運(yùn)行掃描程序，判斷鍵盤是否有鍵按下。如果有鍵按下，則先判斷出是哪一個(gè)鍵。掃描的方法是判斷 P1 口各位的電平，在確定了按下的某一個(gè)鍵后，即執(zhí)行相應(yīng)的紅外發(fā)射程序。在無(wú)按鍵按下時(shí)，各位均為高電平，在某一個(gè)按鍵按下以后，該位即變?yōu)榈碗娖?。通常，按鍵所用的開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，該開關(guān)利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合及斷兩個(gè)狀態(tài)。但由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用以及觸點(diǎn)本身帶有雜質(zhì)灰塵等，在一個(gè)按鍵開關(guān)在閉和時(shí)電信號(hào)并不會(huì)馬上穩(wěn)定接通，在斷開時(shí)也不會(huì)馬上斷開，而是在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動(dòng)。通常這種抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為 5—10ms。按鍵電路的消抖措施通常有硬件和軟件兩種方式，硬件消除鍵盤抖動(dòng)措施主要就是指外加雙穩(wěn)態(tài)電路或者濾波電路的方法。軟件方法是通過(guò)編寫某些延時(shí)程序使得單片機(jī)可以收到有效信號(hào)。本電路采用的是軟件消抖的方法，就是調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，延時(shí)時(shí)間設(shè)定為 6ms，延時(shí)子程序如下：DL1： MOV R4，#0CHDL2： MOV R5，#0FFHDL3： DJNZ R5，DL3DJNZ R4，DL2RET延時(shí)時(shí)間的計(jì)算是根據(jù)執(zhí)行指令所需時(shí)間的總和確定的。具體體現(xiàn)在執(zhí)行每一指令的步數(shù)。其中，0CH、0FFH 分別為十進(jìn)制數(shù)的 12 和 255，因此這個(gè)程序所耗用的時(shí)間為：381+（255*2+2+1）*12+1+2=6160 （個(gè)）機(jī)器周期由于晶振采用的是 12MHz，所以 1 機(jī)器周期=1us，執(zhí)行程序的總時(shí)間為6.16ms，與 6ms 存在 0.16ms 的誤差，但該誤差并不影響程