【完整版】十字路口交通灯毕业论文设计说明书
毕业设计（论文）
（说明书）
题目：
姓名：
学号：
平顶山工业职业技术学院
2014年5月8日
平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书
姓名
专业班级
任务下达日期 2014 年 2 月 18 日设计（论文）开始日期 2014 年 2 月 25 日设计（论文）完成日期 2014 年 4 月 30 日
设计（论文）题目：
指导教师
院（部）主任郭宗跃
2014 年5 月8日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
电力工程学院专业，学生于
2014年 6 月 10 日进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目：
专题（论文）题目：
指导老师：
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情
况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论
文）成绩为。
答辩委员会人，出席人
答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：，，，
，，, 。
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）评语
第页
共页
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。同样，我国交通事业的迅速发展，各种公交、运输汽车和汽车进入家庭的步伐加快使得城市的汽车数量逐年增加，城市道路交通堵塞、拥挤问题显得越来越突出，交通在许多城市已经成为“瓶颈”问题。
实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。本设计介绍了应用PLC实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对PLC控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值。
关键词：PLC 交通灯单片机自动控制
目录
摘要..................................................................................................................... I 目录.................................................................................................................... II 第一章前言 .. (1)
1.1课题研究的背景 (1)
1.2控制技术现状分析 (1)
第二章本次设计具体控制要求 (3)
2.1控制要求 ...................................................................... 错误！未定义书签。
2.2循环控制方式 ............................................................... 错误！未定义书签。
2.2.1交通灯变化顺序表（单循环周期120秒） (3)
2.2.2路况模拟控制实验 (3)
第三章系统的硬件设计 (6)
3.1PLC产生和定义 (6)
3.2PLC的基本组成 (6)
3.3PLC的基本工作原理 (7)
3.4PLC的特点 (7)
3.5PLC的选用 (8)
3.6LED的选用 (9)
第四章可编程控制器程序设计 (10)
4.1程序设计 (10)
4.2梯形图的组成 (12)
4.3十字路口交通的控制状态流程图 (16)
4.4梯形图 (16)
4.5外围接线图 (17)
4.6指令表 (17)
第五章设计总结 (29)
5.1难点分析 (29)
5.2调试错误与修改方法 (29)
5.3收获与体会 (30)
致谢 (31)
参考文献 (32)
附录一 (33)
附录二 (34)
附录三 (46)
第一章前言
1.1课题研究的背景
车如水、人如潮，这是我国城市交通的真实写照。人员和物资的流通量猛烈的增长，使得交通车辆的拥挤问题明显得暴露了出来。要解决交通拥挤的状况，道路的建设、拓宽和增加车行道固然重要，而现代化交通控制系统的建设，却可大幅度的提高现有道路的利用率，其重大的经济效益和社会效益是不可言语的。
据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。可见改善城市交通灯控制系统是很重要的一件事情。
1.2控制技术现状分析
21世纪微机技术已经并继续在改变世界。以微机技术为基础的可编程控制器也正在改变着工厂自动控制的面貌。近20年来，随着科学技术的迅猛发展，可编程控制器以其可靠性极高、能经受恶劣环境的考验、使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业自控领域，成为工业自动控制的首选产品与机器人、CADCAM并成为工业生产自动化的三大支柱。
单片机控制系统设计时硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难。程序的设计中，分析控制交通的多种原理，用传统的方法实现难度较大，所以使用可编程控制器，其主要原因是因为PLC具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点。
随着电气工业的发展，PLC 价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器，PLC产业一定会有一个美好的未来。
第二章本次设计具体控制要求
2.1交通灯变化顺序（单循环周期120秒）
1.南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行，左转，右转三项，每项均有红灯，黄灯，绿灯三种颜色提示灯。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮绿灯，黄灯闪亮，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，黄灯闪亮。
2.南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。
2.2路况模拟控制实验
在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为：
●禁止通行灯（亮时为红色）
●准备禁止通行灯（亮时为黄色）
●直通灯（亮时为绿色）
2.3控制要求
2.3.1自动控制
白天
（1）按下启动按钮，南北直行，左转、右转、人行亮红灯：同时东西左转、人行亮红灯，东西直行、右转亮绿灯，保持15秒，执行下一步；
（2）南北直行、左转、右转、行人和东西左转、行人亮红灯，东西右转黄灯闪烁（周期1秒），东西直行绿灯，保持5秒，执行下一步；
（3）南北直行、左转、右转、行人和东西左转、右转亮红灯，东西直行、行人绿灯，保持15秒，执行下一步；
（4）南北直行、左转、右转、行人和东西左转、右转亮红灯，东西直行黄灯闪烁（周期1秒），东西行人绿灯闪烁，保持5秒，执行下一步；
（5）南北直行、左转、右转、行人和东西右转、直行、行人亮红灯，左转亮绿灯，保持15秒，执行下一步；
（6）南北直行、左转、右转、行人和东西直行，右转，行人亮红灯，左转黄
灯闪烁（周期1秒），保持5秒，执行下一步；
（7）东西直行、左转、右转、行人和南北左转、行人亮红灯，南北直行、右转亮绿灯，保持15秒，执行下一步；
（8）东西直行、左转、右转、行人和南北左转、行人亮红灯，南北右转黄灯闪烁（周期1秒），南北直行绿灯，保持5秒，执行下一步；
（9）东西直行、左转、右转、行人和南北左转、右转亮红灯，直行和行人亮绿灯，保持15秒，执行下一步；
（10）东西直行、左转、右转、行人和南北左转、右转亮红灯，直行黄灯闪烁（周期1秒），行人绿灯，保持5秒，执行下一步；
（11）东西直行、左转、右转、行人和南北直行、右转、行人亮红灯，左转亮绿灯，保持5秒，执行下一步；
（12）东西直行、左转、右转、行人和南北直行、右转、行人亮红灯，左转黄灯闪烁（周期1秒），保持5秒。循环。
晚上
南北方向及东西方向的黄灯以0.5秒间隔闪烁。路口禁止车辆通行。
2.3.2手动控制
急车强通
急车强通信号受急车强通开关控制。无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，将急车强通开关接通，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯点亮，使急车放行，直至急车通过为止。急车一过，将急车强通开关断开，信号灯的状态立即转为急车放行方向上的绿灯闪3次，随后按正常时序控制。
第三章系统的硬件设计
3.1 PLC产生和定义
1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC（programmable logic controller）。
80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmable controller）即可编程控制器。国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：
“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。”3.2 PLC的基本组成
目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的PLC以及同一家生产的不同型号的PLC其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、ROM）、输入输出模块、外设IO接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍PLC各组成部分及作用。
图3-1 PLC硬件结构组成框图
3.3 PLC的基本工作原理
PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入PLC的用户存储器中存储。PLC的控制功能就是运用用户程序来实现的。
PLC运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。我们把PLC这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，PLC 对输出，输出信号的处理与微型机算机不同。微型机算机对输出、输出信号实时处理。而PLC对输出、输出信号是集中批处理。PLC扫描工作方式分为三个阶段：输出采样、程序执行、输出刷新。
3.4 PLC的特点
PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的优点。
（1) 可靠性高，抗干扰能力强
（2）通用性强，使用方便
（3) 采用模块化结构，使系统组合灵活方便
（4) 编程语言简单、易学，便于掌握
（5) 系统设计周期短
（6) 对生产工艺改变适应性强
（7) 安装简单、调试方便、维护工作量小
（8）体积小、重量轻、功耗低
3.5 PLC的选用
三菱系列FX2N PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。PLC还具有功能强，适应面广的特点。今天的PLC已经开始用于闭环控制，不仅如此，随着其扩展能力和通信能力的发展，不仅在交通灯中控制自如，它也越来越多地应用到了复杂的分布式控制系统中。由PLC控制十字路口的指示灯,维护方便,可按需要随意修改指示灯亮的时间,更是体现了城市管理工作的现代化。
PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式“信号灯进行精确控制，特别对于多岔路口的控制可方便地实现。目前大多数品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC 本身具有通讯联网功能，所以将同一条路上的信号灯组成一局域网功进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。城市交通灯控制采用PLC 比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极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灯，维护方便，可按需要随意修改指示灯亮的时间，更体现了城市
管理工作的现代话。
3.6 LED的选用
LED交通信号灯是以规定之时间上交互更换之光色讯号，通常设置于交岔路口或其他特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向之交通管制设施。设于交岔路口或其他必要地点。通信号灯是交通信号指挥中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成。分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。广泛用于公路交叉路口，弯道、桥梁等存有安全隐患的危险路段，指挥司机或行人交通，促进交通畅通，避免交通事故和意外事故发生。
第四章可编程控制器程序设计
4.1程序设计
梯形图编程是目前使用最为广泛、最受电气技术人员的欢迎的一种编程语言，具有简单、直观、易学易懂的特点。采用常开接点、常闭接点构成组合逻辑电路驱动各类软器件线圈或者功能指令块实现一定的逻辑运算、算术运算或数据的传送、变换与外部输出等功能。
表4-1 红绿灯系统符号表
序号名称软元件编号注释
1 晚上标志继电器M1 M1为“1”时为晚上
2 自动标志继电器M0 M0为“1”时为自动状态
3 初始状态继电器S0 上电或改变时状态为“1”
4 自动初始步S1 SA1处于自动位置
5 手动初始步S2 SA1处于手动位置
6 白天状态初始步S10 自动状态白天时的初始步
7 晚上状态继电器S40 黄灯闪烁
8 东西方向强制通行S50 东西绿灯，南北红灯
9 南北方向强制通行S60 南北绿灯，东西红灯
表4-2 IO地址分配表
输入功能输出功能
SA1 手动自动XO Y0 南北人行道绿灯SA2 东西南北X1 Y1 南北人行道红灯
Y2 东西人行道绿灯
Y3 东西人行道红灯
Y4 南北直行红灯
Y5 南北直行黄灯
Y6 南北直行绿灯
Y7 南北左转红灯
Y10 南北左转黄灯
Y11 南北左转绿灯
Y12 南北右转红灯
Y13 南北右转黄灯
Y14 南北右转绿灯
Y15 东西直行红灯
Y16 东西直行黄灯
Y17 东西直行绿灯
Y20 东西左转红灯
Y21 东西左转黄灯
Y22 东西左转绿灯
Y23 东西右转红灯
Y24 东西右转黄灯
Y25 东西右转绿灯
4.2梯形图的组成
1.白天和晚上的时间段的判断，利用PLC内部特殊数据寄存器D8015与K6和K23做比较，D8015以存储为当前PLC的内置时钟的时钟值（0~23），当前D8015小于K6或大于等于K23时，M1工作表示系统处于晚上。
2.自动状态标志继电器
3.初始化程序
4.状态选择程序