第一篇：基于PLC的智能交通信号灯控制系统目前
基于PLC的智能交通信号灯控制系统
摘要
可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的应用更加突出。城市交通灯控制采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便，用法简单、通用性强等特点来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。
关键词：PLC 传感器 智能 交通信号灯
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
绪论
1引言
道路通交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。在这一系统中，道路不仅仅是易变化的部分，而其它组成部分则存在着较大的可变性和随机性。只有对这一系统的组成及其运行机理进行科学客观的分析研究，对能制定出科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。2 PLC控制设计内容及任务
本设计采用PLC做控制器，完成对十字路口交通灯的自控控制与监控，主要实现城市交通路口信号灯自动控制，实现显示，通信等功能，从而保证了车辆在 城市道路各路口顺畅通行及安全。交通灯发展现状
随找社会的发展和进步，上路的车辆越来越多，道路建设却往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通的问题日益突出。经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，在这个时候，道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保证。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高澎路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题 交通灯监控系统的设计意义
目前，我国城市十字路口的交通灯控制系统基本上都采用定时控制方式，就会车流量大时却要等待红灯，车流量相对少的道路却依然按原定时间亮着绿灯。3 因此智能交通控制系统将具有广大的应用，按照城市交通控制的需要，本文讨论了用PLC实现正常时序、急车强通2种控制方式，通过传感器与PLC完成对交通异常状况（滞留或堵车）的判别及处理。
正常时序控制对路面进行控制.南北方向红灯时,东西方向绿灯.绿灯闪3秒紧接着黄灯闪2秒,变红灯.南北方向红灯直接变绿灯.东西方向红灯时同理.急车强通时,发送信号给交通灯让其对来急车方向的交通灯进行绿灯畅通.急车强通信号受急车强通开关控制；无急车时，信号灯接正常时序控制；有急车来时，一律强制让急车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。
交通滞留的异常情况，在路口与路尾设置两个传感器进行检测车流量.交通路段车流量繁忙时，传感器起到勘测车流量的存在与通过的作用。当一方车流量过大的时候,PLC要对控制这一路段的信号灯进行调控,让滞留或堵车的一方绿灯时间加长,直到交通畅通为止这种工作的好处是避免了交通堵塞造成的不必要的麻烦与事故,就、控制进行很方便,很便捷。
第一章 系统总体方案比确
1.1 继电器接触控制
采用继电接触或控制系统设计交通灯控制系统，主要由继电器、接触器、按钮、行程开关组成其控制方式是断续的，虽然这种系统也具有机构简单，价格低廉，维护容易，抗干扰能力强等优点，但这种系统的缺点是采用固定接线方式，接线多，灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。
1.2单片机系统控制
1、比较稳定，由于I/O口内部采用光电隔离驱动，因此抗干扰能力要强很多。
2、I/O口的驱动能力比较强，能够直接驱动24V的继电器吸合。
3、做人机界面等在某些场合，市场上有共用和现在的开发软件及界面，因此相对于单片机，它的开发周期要短很多。
PLC说穿了其实就是单片机功能的集成化，稳定性比起单片机更好，功能更齐全，对于工程人员的编程也相对简单。所以PLC是目前工业控制器使用最为普遍的一种。单片机的优点在于，成本低，体积小，但是稳定性差。
用单片机设计交通灯控制系统采用MSL-51系列单片机TSC51和可编程并行I/O接口芯片6255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的PL口设置红绿灯燃亮时间。使用单片机设计的优点在于它们的CPU功能在增强，内部资源在增多引角的多功能化，以及低电压低功耗，但是变成复杂，对环境的要求较高，出现故障时进行调试不方便，可靠性不高。
1.3可编程控制器控制
可编程逻辑控制器简称为PLC，它主要用来取代继电接触器逻辑控制。系统功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等，可编程控制系统是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过 5 数字式和模拟式的输入和输出。控制各种类型机械的生产过程，它具有很强的抗干扰能力。广泛的适应能和应用范围而。这也是区别于其他一般微型控制系统的一个重要特征。
采用PLC作为十字路口交通灯控制系统作为控制核心，只需将程序下载到PLC内即可，并可通过通信随时对控制系统进行调试，PLC适应环境的能力非常强，抗干扰等方面能力都非常强大，性能价格也很高。
实现开关量顺序控制和逻辑控制较为繁琐，程序的结构和编制较为复杂，调试困难，要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠的运行。可编程控制器PLC采用了“循环扫描”工作方式，是一种可编程的控制器，相当于一种控制设备，考虑到有效的缓解交通拥挤、实现交通控制系统的最优控制应用，采用PLC实现交通灯的控制，其特点是非常可靠，容易实现开关量顺序控制和逻辑控制，具有很高的工作可靠性和抗干扰能力。单片机的控制系统在多数场合下，被控对象主要是开关量顺序控制和逻辑控制，通过对不同时间的控制变量及由被控变量形成的反馈变量经一定逻辑组合而完成控制，亦即被控对象的实现是有关逻辑关系的实现，并不一定有时间的先后。所以使得系统在交通灯设计方案中可编程控制器（PLC）成为首选。
第二章可编程控制器的简述
2.1可编程控制器的概述
可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上逐渐发展起来的以微处理器为核心。集微电子技术，自动化技术，计算机技术，通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置，目前已在工业、农业、商业、交通运输等领域得到广泛应用。成为各行业的通用控制核心产品。
可编程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，进行逻辑运算和顺序控制，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，都应控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。
PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术(Computer Control Communication)相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大.可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。
2.2可编程控制器的主要的特点及分类
1可编程控制器的主要的特点
1.可靠性高 2.控制功能强 3.组成灵活 4.操作方便 5.网络功能
中央处理单元（CPU）是PLC控制部件，一般由控制电路，运算器，寄存器等组成，通过地址及数据总线与存储器，I/O接口电路连接，它主要完成从存储器中读取指令并执行，然后再取下一条指令，处理中断等任务。
存储器是具有记忆功能的半导体电路，PLC的存储器包括系统程序存储器和用户程序存储器。其中，系统程序是PLC制造厂家编写的控制和完成各种功能的程序，他们一般被固化到只读存储器（RAM）中，不允许修改，并用户启动运行。
输入/输出接口电路用来连接PLC主机与外部设备。为了提高抗干扰能力，一般的输入，输出接口均有光电隔离装置，最常用的是由发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器。我们所用的OMRON CPM1A系列PLC的输入/输出接口电路图如下图所示： 由于输入及输出的升年时秒度即可能是数字能量，又有可能是开关量或者模拟量，所以，选择接口部件时要考虑接口处的信号的性质。
电源部件用来将外部供电电源转换成供PLC的各部分电子电路工作所需的直流电源，是PLC能正常工作。由于PLC 的电源部件有很好的稳压措施，因此它对外部电源的要求并不高，直流24V供电的机型，允许电压为16-32V。交流供电的机型，允许电压为85-264V，频率为47-53HZ，一般情况下，PLC 还为用户提供24V直流电源作为输入电源或负载电源。
可编程控制器是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、记数和算术运算等功能。用来对各种机械或生产过程进行控制
2可编程控制器的分类
1.按点数和功能分类：根据I/O点数的多少可将PLC分成小型、微型、中型和大型。
2按用途分类：根据可编程控制器的用途PLC可分为通用型和专用型两大类。3按结构形式分类: PLC按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式PLC外观上是一个长方形箱体，又称为箱式PLC。组合式PLC在硬件构成上具有一定的灵活性，其规模可以像拼积木一样的进行组合，构成具有不同控制规模和功能的PLC，因此这种PLC又称为积木式PLC。整体式PLC：整体式PLC的CPU、存储器、输入输出安装在同一机体内，这种结构的特点是：结构简单，体积小，价格低；输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。组合式PLC：组合式PLC为总线结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式PLC所必需的。其他的模块根据PLC的控制规模、实现的功能选取，安装在总线版的其他任一总线槽上。组合式PLC安装完成后，需进行登记，使PLC对安装在个总线上的模块进行确认。组合式PLC的总线板又称为基版。组合式PLC的特点是系统构成灵活性高，可构成具有不同控制规模和功能的PLC；价格较高。
4按控制规模分类 输入输出的总线数，又称I/O点数，是表征PLC控制规模的重要参数。因此，按控制规模对PLC分类时，可根据I/O点数的不同大致分为小型、中型和大型PLC。小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC。中型PLC：I/O点数较多，在256点以上、2048以下的PLC。大型PLC：I/O点数较多，在2048点以下的PLC。
5按实现的功能分类 按照PLC所能实现的功能的不同，可以把PLC大致的分为低档、中档、和高档机三类。低档机：具有逻辑运算、计时、计数、移位自诊断监控等功能，还具有一定的算术、数据传送和比较、通讯、远程和模拟量处理功能。中档机：除具有低档机的功能外，还具有较强的算术运算、数据传送和比较、数据转换、远程、通讯、子程序、中断处理和回路控制功能。高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号数的算术运算、矩阵运算。函数、表格、CRT显示、打印机打印等功能。一般地，低档机多为小型PLC，采用整体式机构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC多采用组合式结构；高档机多为大型PLC，采用组合式结构。目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机。
2.3 可编程控制器的工作原理
1工作过程
按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控 制器(PLC)和执行器组成。可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务。其操作过程如下图所示。
可编程控制系统的操作过程
PLC将内部数据存储器分成若干个寄存器区域，其中过程映像区域又称为I/O映像寄存器区域。过程映像，区域的输入映像寄存器区域(PLC)用来存放输入端点的状态，输出映像寄存器区域(PIQ)用来存放用户程序(OBI)运行的结果。PLC输入模块的输出信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过，隔离和滤波后的有效信号，开关量输入电路同构传感器的0.1电平变化，识别开关的通断状态，CPU存每个扫描周期的开始扫描输入模块，信号状态并将其状态送入输入映像寄存器区域；CPU根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号。并将处理结果送到输出映像寄存器区域。
PLC输出模块具有一定的负载驱动能力，在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。
CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。如下图所示，CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等内容。
PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分内容。典型的PLC在一个周期中可完成以下5个扫描过程。1自诊断测试扫描过程。
为保证设备的可靠性，及时反应所出现的故障，PLC都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。WDT是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位。WDT的定时可由用户修改，一般在100～200ms之间。其它的执行 结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。2与网络进行通信的扫描过程。
一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通信扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。3用户程序扫描过程。
机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内部包换扫描过程。该过程在机器运行中是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短，会影响过程所用的时间.4读输入与写输出扫描过程。
机器在正常运行状态下，每一时间。个扫描周期内都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CPU在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映像寄存器：一个为输入映像寄存器，另一个为输出映像寄存器。用户程序中所用的输入值是输入映像寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器中。在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器；在输出过程中，CPU把输出映像寄存器的值锁定到实际输出点。为了现场调试方便，PLC具有I/O控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放I／O。封锁I／O就是关闭I／O扫描过程。
在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入输入映像寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映像寄存器和输出映像寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映像寄存器中。在程序执行期间，即使输入端子状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变—输入端子状态变化只能在下一个工作周期的输入阶段才被集中读入。在写输出阶段，将输出映像寄存器的状态集中锁定到输出锁存器，再经输出电路传递到输出端子。由上述分析得出循环扫描有如下特点：
(一)扫描过程周而复始地进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。
(二)输入映像寄存器的内容是设备驱动的，在程序执行过程中的一个工作 11 周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像积存的值来控制程序的执行。
(三)程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，而在程序执行阶段，输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件，同时又可以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果。此时的修改不会影响输出锁存器的现在输出值，这是与输入映像寄存器完全不同的。
(四)对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。由于输出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件，所以程序的下一个扫描周期的集中输出结果是与编程顺序有关的，即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值，这是编程人员要注意的问题。各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC的主要缺点。各PLC厂家为了缩小延迟采取了很多措施，编程人员应对所使用型号的PLC的延迟时间的长短很清楚，它是进行PLC选型时的重要指标。
2可编程控制器的技术性能指标。I/O点数 2 存储容量 3 扫描速度 4 指令系统 5 可扩展性 6 通信功能
3可编程控制器的组成
如图所示，PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行I／O变换，并将这个变换物理实现，应用于工业现场。。1输入寄存器
输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。CPU可以读其值，但不可以写或进行修改。
图2-1.PLC的组成 输出寄存器
输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。3 存储器
存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。4 CPU单元
CPU单元控制着I／O寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中程序的解释执行工作，是PLC的大脑。5 其它接口单元
其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。
4可编程控制器的主要用途
PLC编程一般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指令编制程序，非常形象直观，在了解了PLC简单工作原理和它的编程技术后，就可 以结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用语实际控制系统中，此外，PLC还具有使用和编程方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，在实际运用中设施施工周期短等特点，是一种用于工业自动化控制的理想工具。
PLC诞生后，受到工业界的普遍欢迎，并得到迅速发展，目前，它的应用几乎覆盖了所有工业企业，而且随着PLC技术的推广和应用，PLC将向着标准化，小型化，模块化及低成本，高功能的方向发展。
3-2PLC与一般的计算机的结构相似，由中央处理单元（CPU），存储器（MEMERY），输入/输出（INPUT/OUTPUT）接口，电源部件外部设备接口等，但由于PLC专为工业环境下设计，为了便于接线，扩充功能，操作及维护，它的结构与组成又与一般的计算机系统有所区别。
2.4 可编程控制器的应用与发展
可编程控制器(PLC)是以早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展。尤其在数据处理，网络通信及与NCS等集散系统融合方面有了很大的进展，可编程控制器已经成为工业自动化强有力的工具。得到了广泛的普及和推广应用，可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业，随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化，价格低、可靠性高。在现代工业中的作用更加突出，PLC可编程控制器是以微处理机为基础发展起来的新型工业控制装置。
20世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期。PLC发展至今，已有30多年的历史。伴随着半导体技术、计算机技术、通讯技术的发展，工业控制领域已有了翻天覆地的变化，PLC亦再不断发展变化中，PLC正朝着新的技术发展。近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。
PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代PLC只有开 关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。
相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些
PLC在世界各地得到了广泛应用，同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
(在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术，使它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。
近10年来，随着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言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在世界各地得到了广泛应用，同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用
第三章S7-200系列可编程控制器
S7-200系列PLC除了可以用于输入、输出点数较少的小型机械与设备的单机控制外，由于其通信与网络功能较强，因此还可以作为复杂系统的“子站”使用，构成PLC网络，3.1 S7-200可编程控制器的概述
SIMATICS7系列PLC可分为S7-200、S7-400和S7-300三个系列，分别为S7系列的大，中。小（微）型PLC系统S7-200属于S7家旋中功能最精简，I/O点数最少、扩展性最低的PLC产品，可以称为微小型PLC系列产品。
3.2 S7-200系列PLC的构成
S7-200小型PLC系统有基本单元（主机）、扩展单元、文本、图形显示器，编程器等组成，有CPU221.CPU222.CPU224和CPU226.CPU224XP五种基本规格。
3.3 S7-200系列PLC的常用指令
1基本为操作指令
位操作指令是PLC常用的基本指令，梯形图指令有触点和线圈两大类，触点又分为动合与动断两种形式，语句表指令有与或以及输出等逻辑关系。
梯形图的触点符号代表PLC对存储器的卖操作，CPU运行扫描触点符号时，到触点位地址指定的存储器位访问，该位数据（状态）为1时，触点为动态，（动合触点闭合，动断触点断开），数据（状态）为0时，触点为常态（动合触点断开，动断触点闭合）。
梯形图的线圈符号代表CPU对存储器的写操作，线圈左侧触点组成逻辑关系，逻辑运算结果为1时，能量流可以到达线圈，使线圈通电，CPU将线圈位地址指定的存储器位置1，逻辑运算结果为0时，线圈不通电，存储器位置(复位1，梯形图利用线圈通、断电描述存储器位的置位，复位操作。2 计数器指令
计数器利用输入脉冲上升沿累计脉冲个数，S7-200系列PLC有递增计数（CTU）增减计数（CTU）递减计数(CTD)三类技术指令，计数器使用方法和基本 结构与定时器基本相同，主要由预置值寄存器，当前值寄存器，状态位等组成。
梯形图指令符号中CU-增1计数脉冲输入端：CD-减1计数脉冲输入端：R-复位脉冲输入端：1D-减计数器的装载输入端，编程范围C0-C225：PV预置值最大范围32767：PV数据类型：INT（整数）
S7-200的定时器为增量型定时器，用于实现控制按钮，工作方式和时间基准（时准）分类；定时器共有六种类型，时间基准又称为定时精度和分辨率。
按照工作方式；定时器可分为通电延时型（TON），有记忆的通电延时型（保持型）（TONR）。断电延时型(TOF)三种类型。
按照实基标准，定时器可分为1ms.1ons.100ms三种类型，不同的实基标准，定时精度，定时范围和定时器的书安心方式不同。定时时间T=实基x预置值。
可编程序控制器采用SIEMENS的S7-200系列CPU-224主机，I/O点数为40点(14个输入点和10个输出点)，具有2个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。自由通讯口方式是S7-200 PLC的一个很有特色的功能，它使S7-200 PLC可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中PLC可以与变频器和触摸屏方便连接。模拟量输入采用4路12位A/D模拟量输入的EM231模块，具有较高的精度。PLC编程采用STEP7-Micro/WIN编程软件，它提供一个完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的互相转换。
第四章传感器
传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节
4.1磁电式传感器
磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出饿传感器，它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，它只适合进行动态测量，由于他具有较大的输出功率，放机用电路简单，零位及性能稳定，工作频带一般为10-1000HZ。
磁电式传感器由于具有结构简单，工作稳定；输出电压灵敏度高等优点，在转速测量，振动、速度测量中得到广泛的应用。
及上优点，本次系统设计所使用的是电磁式传感器。
4.2 电阻应变式传感器
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
4.3压阻式传感器
压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。
用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。4.4电阻式传感器
电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
4.5激光传感器
利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。
利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度（ZLS-Px）、距离（LDM4x）、振动（ZLDS10X）、速度（LDM30x）、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。
4.6 智能传感器
智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，传感器结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元，它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。
1、信息存储和传输——随着全智能集散控制系统的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能，用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。
2、自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样，放宽传感器加工精密度要求，只要能保证传感器的重复性好，利 20 用微处理器对测试的信号通过软件计算，采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿，从而能获得较精确的测量结果压力传感器。
3、自检、自校、自诊断功能——普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观，首先自诊断功能在电源接通时进行自检，诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正，微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。
4、复合敏感功能——观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能，能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运动规律的信息。
4.7位移传感器
位移传感器又称为线性传感器，传感器把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。
在这种转换过程中有许多物理量（例如压力、流量、加速度等）常常需要先变换为位移，然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型（如自发电式）和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。
4.8压力传感器
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石 化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。另有医用压力传感器。
4.9电感式传感器
电感式传感器 inductance type transducer 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。
第五章交通信号灯系统设计
5.1 系统控制要求 正常模式
南北方向红灯亮60s，与此同时东西方向绿灯亮54s，其后东西方向的绿灯以50%的占空比，闪烁3次，然后东西方向的黄绿灯亮3s，其后东西方向的红灯亮60s。与此同时，南北方向的绿灯亮54s，绿灯以50%的占空比，闪三次，然后南北方向的黄灯亮3s，红灯亮60s,以交替循环。
2东西方向车流量多
南北方向红灯亮120s，同时东西方向绿灯亮114s，之后绿灯以50%的占空比。闪3次之后东西方向红灯亮60s，此时南北方向绿灯亮54s，之后绿灯以50%的占空比闪3ic。南北方向黄灯亮3s，之后南北方向红灯亮120s，以此交替。方向红灯亮120s 3南北方向车流量多
东西方向红灯亮120s，同时南北方向绿灯发光114s,之后绿灯以50%的占空比，闪烁3次，然后黄灯亮3s，之后南北方向的红灯亮60s，同时，东西方向绿灯亮54s，之后东西绿灯以50%的占空比闪3次，之后，东西方向黄灯亮3s，东西方向红灯亮120s.以此交替。车流量少
南北方向红灯亮30s，同时东西方向绿灯亮24s，之后东西方向以50%的占空比闪3次，然后东西方向黄灯亮3s，东西方向红灯亮30s，与此同时，南北方向绿灯亮34s，绿灯以50%的占空比，闪3次，然后南北方向黄灯亮3s，之后方向的红灯亮30s，以此交替。
5.2 智能交通信号灯系统设计
1、I/0分配表
2、正常情况下的流程图
3、正常模式交通灯时序图
4、车流少时的流程图
5、车流量少时交通灯时序图
6、东西方向车流量多时的流程图
7、东西方向车流量多的交通时序图
8、南北方向车流量多时的流程图
9、南北方向车流量多的交通时序图
10、PLC外部接线图
控制程序
35
第六章总结
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。
参考文献
第二篇：十字路口交通信号灯PLC控制系统摘要
摘 要
随着社会的发展和进步以及人民生活水平的提高，上路的车辆越来越多，但相应的公路设施却没有相应的改善，这就导致了城市交通拥堵问题突出，而且拥堵的地方多是十字路口等车辆汇集处。如何改善交通灯控制系统，以适应现在的交通状况，成为竞相研究的课题，本文对该问题给予了深刻地研究。本文十字路口交通灯控制系统主要用于处理十字路口车辆及行人通过的问题，使其减少相互干扰，提高了十字路口的通行能力。
本文总结了交通灯控制技术的发展，讨论了基于PLC的十字路口交通信号灯控制系统的设计可行性。根据PLC的工作原理并结合城市交通的实际状况，本文提出了以三菱公司生产的FX2N-128MT-001型PLC作为基本控制核心，安排了四个方向的直行、左转红黄绿灯，人行道红绿灯以及倒计时数码管的具体配置；设计完成了PLC的I/O端口分配和控制程序；探索了基于红外遥控的十字路口交通信号灯的无线强通控制方案并设计了具体的硬件电路及软件控制程序。
关键词：十字路口；信号灯；PLC；三菱；无线控制器
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：交通信号灯控制系统
交通信号灯控制系统(红绿灯系统)
1、概述
近年来，随着经济发展，营运车辆拥有量的增加使道路市场必须规范有序，交通安全管理必须上一新台阶。按照“高起点规划，高标准建设，高效能管理”的思路，坚持把城市化作为城市经济的一大战略来抓，积极建设城区交通基础设施工程，建立交通安全管理网络。严格抓好交通管理，以加强交通队伍建设和行业文明建设。
对****信号控制系统进行升级改造，在*****新建设一套信号控制系统
2、设计依据
《道路交通信号控制机》（GB25280-2010） 《道路交通信号灯》（GB14887-2011）
《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB14886-2006） 《道路交通信号倒计时显示器》（GA/T508-2004）
《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》（GA/T832-2009） 《交通信号机技术要求与测试方法》（GA/T47-93） 《道路交通信号机标准》（GA47-2002） 《道路交通信号灯安装规范》（GB14866-94）
3、设计原则
本期工程按“国内领先、国际先进”的原则设计方案，提供完整、最新而成熟的产品，并保证各项技术和设备的先进性、实用性和扩展性。提高交通道路口的车辆通行速度，保证道路畅通。因此该系统是建设畅通工程中的重要措施之一。
信号控制系统的设置应充分结合本路段的工程自身特点，在达到适时、适量地提供交通信息，确保行车安全目的的同时，尽可能与道路的整体效果相结合。
1）设计思路
以有效地管理道路交通，达到安全、经济、合理、美观为目的，严格按照国家有关规定设置信号灯等交通设施。交通拥挤情况主要发生在车流人流相对集中的主要繁华城区路口和路段，根据现有主要交通干道路面宽度划分车道，基本可以满足城区车辆通行的需要。
2）预期实现目标
完善城区交通安全设施布局，规范行车和行人秩序，减少交通事故，一定程度上改善城市形象。
4、交通信号控制系统功能
（1）图形与界面
系统界面中文化、图形化、菜单化。命令操作方式灵活多样，并对错误操作发出警告或禁止执行。
能多用户、多窗口显示，显示窗口可缩放、移动。
具有图形编辑工具，可以对图形的区域背景、路口背景等进行用户化编辑。背景地图可按管理区域和路口进行缩放和漫游显示。
能够实时显示路口设备、路口设备工作状态及信号控制模式等信息。系统可动态、实时地显示路口信号灯的运行状况，并可对某一路口的信号灯变化进行实时显示；还可以根据需要直接对信号机进行手动操作功能。
能够用图表显示交通流量、占有率等统计分析数据。（2）用户管理
系统能够支持至少50个用户的使用和管理，对用户的名称、密码和访问角色等相关内容进行设置。
能够设立访问角色，能够定义相应的访问权限，每个用户可以对应多个角色。组管理：每个组可以有多个用户，所有用户不能重名，不同的组可以管理不同的路口设备。
记录用户登录和退出系统的时间及用户使用过的操作命令，显示用户是否在线。
禁止多用户对同一对象同时进行控制操作，并给出提示信息。（3）日志管理
操作员记录：操作员登录/退出时间、部分重要操作命令记录。记录保存时间：系统至少保留最近12个月的综合日志记录。记录查询：可根据日期范围、时间范围、用户等各种限定，方便快捷地查询各类日志记录。（4）系统数据库
总体要求：支持Oracle数据库，具有系统参数设置、交通数据存储、数据管理功能。
参数设置：每个数据项均附有数据定义和有效值范围的在线说明；系统自动检测所有数据项输入数据的合理性，提示并拒绝不合理及非法的数据输入；易于数据修改和更新。
交通数据存储：能够对采集的交通实时数据和历史数据进行储存和管理，保证数据的快速存取、编辑和删除。
数据库管理：
禁止未授权使用者进入数据库操作界面。
多用户同时对不同数据对象的修改、删除无冲突，禁止同时修改同一数据对象并有冲突报警显示。
详细记录数据修改人员、修改内容和时间。支持多用户数据库查询、访问。（5）数据采集存储
中心计算机从现场设备实时（秒级）采集以下交通数据： 路口到达方向分流向（左、直、右）的车流量 路口到达方向分流向（左、直、右）的车辆占有率 路口到达方向分流向（左、直、右）的放行时间 路口到达方向分流向（左、直、右）的断流次数 路口到达方向分流向（左、直、右）的最大断流间隔 以上数据保存15日。
流量、占有率的实时统计数据随时向交通信号控制系统管理平台开放性提供。（6）数据统计分析
中心计算机对采集的交通数据进行各种统计分析，形成设定时间、区域范围的交通统计分析报告，内容包括：路口的交通流量、路口交通占有率； 中心计算机对采集的交通数据进行统计处理，分别形成15分钟和1小时时间段的交通统计数据，并按15分钟数据保存半年、1小时数据保存一年进行存储，并随时向交通信号控制系统管理平台开放性提供。（7）系统状态监视
中心计算机能够实时监视：
系统中心设备、传输设备及路口设备工作状态
路口信号控制模式、控制方案、信号状态等交通控制状态
交通信号状态信息在信号灯色变化时向交通信号控制系统管理平台实时开放性传送。（8）系统故障报警
中心计算机监视以下各类故障： 系统中心软/硬件故障 传输单元故障
信号控制器、车辆检测器等路口设备故障
上述故障均有详细的分类故障代码；故障发生时通过异常信息显示进行报警并生成故障记录；故障消除后或操作员确认后取消报警。（9）时钟校准功能
中心计算机具有如下时钟校准功能：
接受交通信号控制系统管理平台的时钟校准。
对路口信号控制器进行自动时钟校准，校时命令每天执行1次,校时时间可设置。
时钟格式为：年、月、周、日、时、分、秒，校时误差小于1秒。（10）时间表功能
系统具有时间表控制功能
设置时间包括年、月、周、日、时、分、秒。日时段划分不得低于16个，方案数不得少于32个。设置内容应包括事件、控制模式、控制方案等。
系统可分别设置工作日、周末、节日或特别指定日的时间表，系统根据日期自动改变执行时间表。（11）系统优化
根据路口检测的交通流信息自动进行交通控制参数的优化并执行优化配时方案，提高路口通行能力。（12）动态方案选择控制
根据实时交通流检测信息，从预设方案库中调用适宜方案。（13）线协调控制
按照系统时间表设置进行线协调控制。（14）感应式控制
系统能够响应冲突方向的车辆感应请求，进行半感应或全感应控制。（15）行人控制
路口行人过街控制应具有请求式控制方式和预案式控制方式。
系统能够在线协调或区域协调控制的条件下及时响应或等待响应路段行人过街请求，使行人利用交通流间隙过街通行。（16）紧急车辆优先控制
系统能够按预定时间和预定路线进行绿波信号推进，以满足各种重大活动、重大事件及特殊警务的通行需求。
系统对路口信号机强行控制，指定某一阶段放行、黄闪或者全红。能响应特殊情况下的警务、消防、救护、抢险等特种车辆的紧急请求，使车辆迅速通过沿线路口。
（17）方案模拟演示
设置好的配时方案，模拟演示路口信号灯的变化情况，查看运行效果以便于分析配时方案中存在的潜在影响。（18）强制控制
允许系统中心操作员直接控制系统内设置的相位组信号。（19）上下载功能
中心计算机能选择性地上载和动态存储路口信号控制器的基本配置、时间表以及各种控制方案。
中心计算机能选择性地下载基本配置、系统时间表和各种控制方案给路口信号控制器。
5、交通信号控制机
信号机
信号机符合行标《GA47－2002道路交通信号控制机》的标准、国标《GB-25280-2010集中协调式信号机》的标准，并兼容国标GB－T20999的通讯协议。本信号机采用多智能节点分布式架构，各节点以32位微处理器作为控制核心，通过CAN总线进行内部通讯。32路环型线圈车辆检测或视频车辆检测器（可选）本信号机具有独立硬黄闪功能，可以在不关灯的情况下进行现场维护，给现场维护带来方便。支持无线遥控、点动等现场人工控制功能；持GPS模块对本地进行校时；支持多达32组的独立灯组通道输出；支持视频和线圈车流辆检测；具有单灯组输出回路检测功能，对红绿冲突等各种严重故障有着完善的降级处理。本机有着多种人机交互接口，通过本地信号机内的液晶模块、设置终端、指挥中心都可以实现完整的方案设置和信号机运行状态监测。对于各用户的不同控灯需求，方案设置方便、灵活、易于操作。软件系统设计中，有着完善的事务管理机制并能对信号机发生事件、故障等信息进行存储及显示。信号机内具有加热和排风的装置，可根据外界的温度不同自动加热或排风，以适应外界环境温度变化。
信号机具有无缆线控、单点优化、感应控制等功能；在智能交通指挥中心控制系统中可实现线控、区域协调控制、系统优化控制等功能；
1、具备32位微处理器
2、可编程的32相位控制，96路可控硅输出（可选）
3、相位冲突监视和控制，信号灯故障检测及报警
4、掉电时采集数据和配时参数不丢失
5、具有手动、自动、远程控制方式
6、具有强制、黄闪、四面红功能
7、具有本地遥控功能
8、具有固定方式、多时段控制方式、多方案选择控制方式、感应控制方式等多种控制方式
9、在线修改配时参数，在线显示各相位状态、故障状态
10、时段划分多达48个时段，可存储32种控制方案
11、提供4个RS232接口、一个RS485接口，一个以太网接口，可实现电话线、专线、光纤、无线多种通讯
12、适合于单路口控制、主干道控制、区域控制。出现故障自动降级使用
13、时钟、日历显示和修改，支持GPS授时功能
14、自动排风、加热功能
15、具有防雷、漏电保护功能
16、提供8路行人过街输入接口 主要特点
1、全中文手动操作界面
2、交通信息存储功能
3、独有的路口协调小面控功能
4、基于车头时距的感应控制功能
5、信号相位与信号灯组的自由编程
6、冲突相位硬件和软件双重监视
7、信号灯故障检测和报警
8、掉电数据不丢失，保存5年以上
9、输入和输出信号全部光电隔离
10、车辆数据检测准确率高
11、具有多相位的强制遥控
12、提供以太网接口和多个串口，便于网络化
13、提供二次开发的透明接口，便于多系统的集成
14、模块化设计，便于维护
15、指挥中心软件可实现信号机的远程控制
16、本地单点路口或区域的自适应协调控制
17、实时检测交通流量数据；并将采集到的实时交通流量数据进行分析、处理，传送至本地、区域或中央控制系统 主要技术指标
1)控制最大相位：32个；控制最多信号灯组：32组；车辆检测最大路数：32路；
2)机柜外壳采用铝合金材料或不锈钢材料；遥控相位：8个；
3)遥控器：每台信号机配2台遥控器，8个相位选择键，1个黄闪键、1个全红键、4)1个全灭键、1个取消键，遥控距离大于50米，遥控器应以灯光、声响或振动方式提示操作人员，交通信号控制机是否成功接收并执行指令。5)为保证信号机用电安全，信号机机柜和驱动线路应采用漏电保护电路装置。
6)信号机的机柜外侧面应设有手动控制门，在仅打开手动控制门的情况下可以实现
7)单点控制、黄闪控制、指定相位控制、关闭信号灯、关闭倒计时器、关闭遥控功能等操作。
智能交通信号控制机属协调式户外网络型的交通信号控制机，适合于单路口多时段定时控制、多方案选择控制、全（半）感应控制，适合于多路口无缆协调、有缆协调的绿波带控制，适合于指挥中心的远程控制、区域控制。在感应控制、多方案选择以及时制计划生成方面均有自己的控制算法。智能交通信号控制机具有技术先进、使用方便、功能齐全、模块化设计、维护简单，控制软件接口透明，便于二次开发。采用自主开发的机动车辆线圈检测器、自有专利技术的单元式检测型负载开关，整机性能价格比高。智能交通信号控制机具有多时段定时控制、多方案选择控制、感应控制、主干道无缆协调控制、集中协调控制等功能。将多个智能交通信号控制机通过调制解调器连成交通控制网，对城市多路口、多条干线进行控制，其基本架构如下：
通过以太网通讯接口，与指挥中心控制系统联成网络、接收指挥中心的远程控制、有缆线控、区域控制，并实现交通流量的自动采集。
6、机动车信号灯
发光单元透光面直径为400mm，红黄绿竖向组灯，光源采用超高亮发光二极管。红满屏+黄满屏内含双色数显+绿满屏，符合2011新国标；倒15秒显示，通讯式（通讯协议为行业标准）信号灯取电，竖装；
7、方向指示信号灯
发光单元透光面直径为400mm，红黄绿竖向组灯，光源采用超高亮发光二极管；红箭头+黄箭头内含双色数显+红箭屏，符合2011新国标；倒15秒显示，通讯式（通讯协议为行业标准）信号灯取电，竖装；
8、人行横道信号灯
发光单元透光面直径为300mm，光源采用超高亮发光二极管；红、绿二色行人图案单屏显示，红、绿二色数显同屏显示（绿色行人静态/非机动车）七字形连接片，2011新国标；倒15秒显示，通讯式（通讯协议为行业标准）信号灯取电；
第四篇：交通信号灯控制系统
交通信号控制系统
1.设计任务
设计一个十字路口交通控制系统，要求：（1）东西（用A表示）、南北（用B表示）方向均有绿灯、黄灯、红灯指示，其持续时间分别是30秒、3秒和30秒，交通灯运行的切换示意图如图1-1所示。
（2）系统设有时钟，以倒计时方式显示每一路允许通行的时间。
（3）
当东西或南北两路中任意一路出现特殊情况时，系统可由交警手动控制立即进入特殊运行状态，即红灯全亮，时钟停止记时，东西、南北两路所有车辆停止通行；当特殊运行状态结束后，系统恢复工作，继续正常运行。
2．总体框图
本系统主要由分频计、计数器和控制器等电路组成，总体框图如1-2所示。分频计将晶振送来的信号变为1Hz时钟信号；当紧急制动信号无效时，选择开关将1Hz脉冲信号送至计数器进行倒计时计数，并使控制器同步控制两路红、黄、绿指示灯时序切换；当紧急制动信号有效时，选择开关将紧急制动信号送至计数器使其停止计数，同时控制器控制两路红灯全亮，所有车辆停止运行。
2-1 交通灯总体结构框图 模块设计
（1）分频器
设晶振产生的信号为2MHz，要求输出1Hz时钟信号，则分频系数为2M，需要21位计数器。用VHDL设计的2M分频器文本文件如下:
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;
--时钟输入
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倒计时计数器 采用原理图输入法，用两片74168实现。74168为十进制可逆计数器，当U/DN=0时实现9~0减法计数，记到0时TCN=0;当U/DN=1时实现0~9加法计数，计到9时TCN=0；ENTN+ENPN=0时执行计数，否则计数器保持。该电路执行减法计数，当两片计数器计到0时同步置数，因此该计数器的计数范围是29~0，当系统检测到紧急制动信号有效时，CP=0计数器停止计数。
图3-1 模30减法计数器电路图
图3-2 模30减法计数器仿真波形
（3）显示译码器
显示译码器为动态显示，用VHDL文本输入法设计的七子段译码器如下：
图3-3 显示译码器的仿真波形
LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
--调用库文件
ENTITY xianshi IS
--实体开始
PORT(CLK:IN STD_LOGIC;
datain1:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
datain2:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
--扫描时钟信号
SEL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);--数码管选择信号
q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));--数码管八端输入 end xianshi;
--实体结束 ARCHITECTURE one OF xianshi IS
--结构体开始 begin
PROCESS(CLK)
--进程开始 VARIABLE TMP:STD_LOGIC_vector(1 downto 0);VARIABLE d:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);--中间变量
begin
IF(CLK'EVENT AND CLK='1')THEN
--时钟上升沿有效
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”;--数码管不显示
END CASE;
elsif(tmp=“01”)then
TMP:=“00”;
--如果tmp为“001”即第2个数码管显示b输入
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”;--数码管不显示
END CASE;
end if;
end if;sel<=tmp;
--把tmp的值赋予sel
end process;
--进程结束
end one;
（4）控制器
该模块输入为1Hz时钟，和紧急制动信号PE,输出为两路红、黄、绿指示灯，当紧急制动信号无效（PE=1）时，两路红、黄、绿灯时序切换。当紧急制动信号有效时，选项开关将紧急制动信号送至计数器使其停止计数，同时使控制器控制两路红灯全亮，所有车辆停止通行。用VHDL文本输入法设计的控制器如下；
图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;交通灯原理图
图4-1 交通灯原理图
第五篇：交通信号灯控制系统
山西大学工程学院 第I页
摘要
随着中国城镇化速度的较快，交通事故也日趋发生，所以合理的交通控制方法能有效的缓解交通拥挤、减少尾气排放及能源消耗、缩短出行延时，改善我国独有的交通问题。而平面交叉口是城市交通的关键，它是整个城市道路的瓶颈地带，对其进行交通信号控制方法的研究具有重大意义，所以交通信号灯是维护城市交通的主要设施。
我们本次复杂的十字路口交通灯控制系统设计主要是利用AT89C51制作并仿真.并且在单片机的选择上，考虑到电路的简单和成本的削减，我们选择性价比最好的AT89C51，而且能够使程序简单。可以添加恰当的传感器，实时监控道路情况，对各种情况的处理实行紧急情况优先级最高，其次行人优先通过，最后车流量高的方向，给予更多的通过时间，采用中断的方法，由中断根据各种不同的情况选择合适的处理程序处理。通过单片机控制交通灯不仅能提高我们理论联系实际的能力，而且能够熟练掌握C语言的编程方法，掌握定时/计数器、外部中断的使用方法和简单程序的编写，最终提高逻辑抽象能力和动手能力。
关键字：AT89C51
中断
交通信号控制
山西大学工程学院 第II页
目录1 社会需求.........................................错误！未定义书签。2 设计目的.........................................错误！未定义书签。3 设计思路及框图....................................................1 3.1 交通灯设计..................................................1 3.2 交通灯定时控制..............................................2 3.3 传感器智能控制..............................................4 4 硬件电路设计......................................................4 4.1 单片机电源电路..............................................4 4.2 单片机复位电路..............................................4 4.3 交通LED灯外围驱动电路......................................5 4.4 按键控制电路................................................6 4.5 单片机主电路................................................7 4.6 整体电路图设计..............................................8 5 软件设计..........................................................9 5.1 系统程序流程图设计..........................................9 5.2 系统程序设计...............................................10 5.3 仿真显示结果...............................................17 总 结.............................................................17 参考文献...........................................................18
山西大学工程学院 第1页
1社会需求
目前在世界范围内，一个以微电子技术、计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国尽快实现经济信息化，赶上发 达国家水平，必须加速发展我国的信息技术和信息产业。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应 用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯的管理，用以控制过往车辆的正常运作。设计目的
本设计首先从定时控制着手，解决交叉口交通控制过程中存在的问题，但是定时控制信号周期固定，不能根据实际的交通流状况随时调整信号控制参数，因此造成很多不必要的时间等待和资源浪费。对左转车辆较少的单交叉口一般采用有固定左转相位的定时控制方法，此信号控制中的左转车辆通行对直行车辆影响很大。行人过街信号与上游交叉口的不协调导致车辆通过上游交叉口后遇到行人过街而再次停车。基于上述交叉口信号控制存在的问题，本设计进行了如下研究：①介绍了常用定时信号控制算法和感应信号控制的基本工作原理，分析了传统定时控制的优越性和局限性。②设计了一种自动信号控制方法，这种方法能使交叉口根据实际交通情况选择合理的定时信号配时方案，不过这个需要配备额外的感应器。
本设计将要完成红灯停，绿灯行，黄灯停3S的操作，并且如当一道有车而另一道无车是，交通灯控制系统能立即让有车的车道放行，单人行道上人数较多时，智能转换交通灯状态，行人优先通过，当有紧急车辆（如110、112、119等急救车）要求通过时，此系统应能禁止普通车辆通行，路口的信号灯全部变红，以便让紧急车辆通过。假定紧急车辆通过时间为2s，紧急车辆通过后，交通灯恢复先前状态。
3设计思路及框图 3.1交通灯设计
首先了解实际交通灯的变化情况和规律。设有一个南北（SN）向和东西(WE)向的十字路口，两方向各有两组相同交通控制信号灯，每组各有四盏信号灯，分别为直行信号灯（S）、左拐信号灯（L）、红灯（R）和黄灯（Y），交通控制信号
山西大学工程学院 第2页
灯布置如图1所示。
根据交通流量不同，交通信号灯的控制可实现手动、自动两种控制。平时使用自动控制，高峰区可使用传感器智能化控制。智能控制时，传感器通过检测道路交通情况对交通信号灯进行实时控制；自动控制时，交通信号灯控制规律用图2状态转换图来描述。
图1
红绿灯显示系统框图
3.2交通灯定时控制
图2
红绿灯系统控制流程图
山西大学工程学院 第3页
定时控制系统控制流程图如上图2，初始状态0为SN直行WE红灯，然后转状态1为SN黄灯WE红灯。过一段时间后，转状态2为SN左拐WE红灯。再转状态3，SN黄灯WE红灯。过一段时间后转状态4，SN红灯WE直行。然后状态4，SN红灯WE直行。状态5为SN红灯WE黄灯。状态6为SN红灯WE左拐。状态7为SN红灯WE黄灯。又循环至状态0，重复循环上述状态。
3.3传感器智能控制
图3 磁检测器方框图
交通灯在采用智能化控制时，采用磁感应车辆检测器.这种环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。这些埋设在道路表面下的线圈可以检测到车辆通过时的电磁变化进而精确地算出交通流量。交通流量是交通统计和交通规划的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算占用率(表征交通密度)，在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车型分类等数据，这些数据对于交通管理和统计是极为重要的，可通过分析这些数据，然后通过外部中断动态控制交通灯的状态，实现道路交通灯的智能化控制，让交通灯根据实际情况转换状态。原理框图如上图图3所示。
对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，所以可以用一个I/O控制相同的两灯，因此，采用单片机内部的I/O口上的P0口中的8个引脚即可来控制16个信号灯。通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。通过定时器精确延时送显，在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能，实现其功能的扩展。通过添加感应器检测车流量、人行道情况通过外部中断动态调节人、山西大学工程学院 第4页
车流量，使交通更加智能，提高道路运行速率。硬件电路设计 4.1单片机电源电路
图4 电源电路
如上图图4所示是电源电路，这里开关用的双路开关，双路开关并联能更好的确保给后级提供更大电流。电容C4、C5，都是隔离断开直流的，在这里添加了一个发光二极管指示灯，在我们打开开关的时候，这个二极管会亮，下面的R12为限流电阻，给发光二极管提供合适的电流。
4.2 单片机复位电路
单片机的复位操作有上电自动复位和手动按键复位两种方式。本次设计采用手动按键复位设计，如下图5所示。
图5 按键复位电路
当这个电路处于稳态时，电容起到隔离直流的作用，隔离了+5V，而左侧的
山西大学工程学院 第5页
复位按键是弹起状态，下边部分电路就没有电压差的产生，所以按键和电容 C1 以下部分的电位都是和GND 相等的。按键复位有 2 个过程，按下按键之前，RST 的电压是 0V，当按下按键后电路导通，同时电容也会在瞬间进行放电，会处于高电平复位状态。当松开按键后，先是电容充电，然后电流逐渐减小直到 RST 电压变 0V 的过程。按下按键的瞬间，电容两端的 5V 电压会被直接接通，此刻会有一个瞬间的大电流冲击，会在局部范围内产生电磁干扰，为了抑制这个大电流所引起的干扰，在电容放电回路中串入一个 18 欧的电阻来限流。
4.3 交通LED灯及外围驱动电路
图6交通LED灯电路
将NS道上的两个同色灯连在一起，WS道上的同色灯也彼此相连(此处用发光二极管模拟实际的交通灯，各发光二极管的阳极通过保护电阻接到+5v的电源上，发光二极管的阴极接到单片机的P0口)用AT89C51单片机的P0.0—P0.7共8根输出线控制各色交通灯的点亮与熄灭；为了更加直观的显示红绿灯的情况，用了共阳极数码管显示倒计时，数码管显示有动态扫描和静态显示，由于静态显示需要占用过多的IO口，这里用动态扫描，用P1控制数码管的断选信号端，P2.6、P2.7控制数码管的位选信号端，可以显示出每个灯的倒计时。紧急车辆通过时，采用外部触发按键实时中断方式进行处理。根据该系统的功能要求及所用元器件，设计硬件电路，电路原理图如图6所示。
由于单片机的输出电流有限，需要用到芯片驱动LED，使LED可以正常使用，这里使用74LS245，74LS245是一个双向缓冲器，引脚AB是方向引脚，这
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个引脚为高电平的时候，右侧所有的电压都等于左侧对应编号的电压，所以这里AB引脚接的+5V电源，即高电平。图中还有排阻RP1做为上拉电阻。引脚OE为输出使能端，低电平有效。在74LS245输出端有R3~R10的限流电阻，给LED灯提供恰当的电流。
在LED的阳极接有PNP三极管，可以通过单片的P2.5控制所有的LED的通断，只有P2.5端电平为高时LED才能正常工作，通过单片机的P0口控制LED的状态。数码管的显示也需要大电流，这里外接上拉电阻可以提供足够的电流，原理图中用了排阻RP2，可以使数码管正常工作。交通LED灯驱动电路如图7所示。
图7 交通LED灯驱动电路
4.4 按键控制电路
图8 按键控制LED电路图
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智能化控制中使用到传感器，传感器采集到的数据通过系统分析，然后反馈到单片机外部中断，通过中断程序选择合适的处理程序。
整个交通灯控制系统通过按键模拟控制LED的状态，SW1控制LED是定时循环还是智能控制，SW2控制LED灯是顺序切换状态还是手动选择LED状态。SW1按下触发外部中断0进去中断程序，在中断程序中可以通过查询方式判断P3.7是否按下，如果检测到P3.7为低电平则SW2按键按下，系统进入只能控制LED状态模式，单片机通过检测P2.0~P2.3的电平状况确定LED灯要显示的状态，例如：若单片机检测到端口P2.0电平为低，则要求交通灯要WE方向左拐，系统调用左拐子程序，使单片机控制LED灯先NS黄灯闪3下，然后NS红灯亮，WE左拐指示灯变绿。如果系统监测到P3.7为高电平则SW2弹起，系统进入只能顺序切换模式，单片机检测P2.4的电平情况，检测到一次说明按键按下一次，交通的按照定时方式的顺序变换状态，使交通灯稳定顺次执行。
如果遇到十字路口发生交通事故，可以触发紧急逼停按键，这样四个方向都为红绿灯，等突发情况处理完毕后，然后根据实际情况选择合适的处理程序。这样可以根据实际的车、人流量动态调节交通灯，智能解决各种突发情况，按键控制电路如图8所示。
按键消抖有两种方式：硬件消抖和软件消抖，硬件消抖需要引进RS触发器或者单稳态电路，这需要额外的硬件开支，而软件消抖只需要用延时函数就可以完成，因此这里选择软件消抖。
4.5 单片机主电路
采用这款芯片及克服了采用8031需要添加外部外部程序存储器导致电路复杂的缺点，又克服了采用8751导致电路制作成本高的缺点，AT89C51单片机芯片具有以下特性：
1）指令集合芯片引脚与Intel公司的8051兼容； 2）4KB片内在系统可编程FLASH程序存储器； 3）时钟频率为0~33MHZ；
4）128字节片内随机读写存储器（RAM）； 5）6个中断源，2级优先级； 6）2个16位定时/记数器；
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图9 单片机引脚结构图
4.6 整体电路图设计
图10 AT89C21单片机交通灯控制电路
本次设计采用AT89C51单片机，其中P0.0—P0.8共8根输出线控制各色交通灯的点亮与熄灭，通过外部中断0控制交通灯的切换方式，端口P3.7控制在
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智能模式下是顺次转换状态还是动态选择，在顺序转换模式下P2.4控制交通灯的状态转换。在动态模式下，根据传感器分析数据结果，通过P2.0~P2.3控制交通的的各种状态。P1和P2.7、P2.6控制数码管的显示，可以直观的看到交通灯的状态。在传感器检测某一方向车流量过多，或者人行道上滞留行人过多，或有紧急车辆通过时，采用外部触发中断实时中断方式进行处理，这时可按下SW1、SW2两按键，然后智能选择交通灯的状态，选择合适的交通灯，让滞留过多的方向通过时间长点，让道路更加通畅。上图10为整个交通灯控制系统的整体电路图。软件设计
5.1 系统程序流程图设计
开始各变量、端口初始化主程序显示子程序N中断信号Y中断子程序
图11 交通控制系统程序流程图
根据硬件电路原理图，并按系统的功能画出程序流程图。由于此系统较为简单，故采用自上而下的设计方法，进行程序设计；对传感器分析的数据处理，采用中断的方法，由中断选择合适的处理程序处理，在传感器不工作的时候，可以返回主程序执行。程序流程如下图11所示。
设计中断处理程序时，最主要的地方是如何保护进入中断前的状态(信号灯、P
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口、单片机寄存器的状态)，使得中断程序执行完毕后能问到交通灯中断前的状态。除了保护累加器ACC、标志寄存器PSW外，还要注意主程序中的延时程序和中断处理程序中的延时程序不能混用。
5.2 系统程序设计
如下所示为整个系统控制程序：
#include
//延时计数
//按键次数计数
//数码管显示数值
//定时1秒计数
unsigned char table[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82，0xF8,0x80,0x90,0x7f};//共阳极数码管显示编码
unsigned char disdata[4];sbit NSL=P0^0;sbit NSS=P0^1;
//NS左拐指示灯 //NS直行指示灯 //NS红灯指示灯 //NS黄灯指示灯 //WE黄灯指示灯 //WE红灯指示灯 //WE直行指示灯 //WE左拐指示灯 //控制所有LED的灭 //数码管位选端 //数码管位选端 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;
//手动切换LED灯状态
//选择NS直行
//选择WE直行
//选择NS左拐
//选择WE左拐
//选择顺序、随机切换
sbit Key_7=P3^6;
//突发情况，四个方向全部红灯 void Time0_Int()
{
//定时器0初始化
TMOD=0x01;TR0=1;EA=1;
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} ET0=1;IT0 = 0;EX0 = 1;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;
//延时 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红灯
NSL=1;NSS=0;NSR=1;NSY=1;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//NS左拐，WE红灯
NSL=0;NSS=1;NSR=1;NSY=1;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//NS黄灯，WE红灯
NSL=1;NSS=1;NSR=1;NSY=0;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//WE直行，NS红灯
NSL=1;NSS=1;NSR=0;NSY=1;WEL=1;WES=0;WER=1;WEY=1;
//WE左拐，NS红灯
NSL=1;NSS=1;NSR=0;NSY=1;WEL=0;WES=1;WER=1;WEY=1;
//WE黄灯，NS红灯
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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){
//手动选择NS直行
//手动选择WE直行
//手动选择NS左拐
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}
}
} WE_stop();Delay(3000);NS_turn();while(Key_4==0);void Opera_WE_turn(){
}
void Opera_Red(){
}
void Choose(){
//手动选择WE左拐
if(Key_5==0){
}
//手动选择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;
//数码管显示初值判断程序
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if(count==10||count==470||count==930||count==1390){ } if(count==410||count==870||count==1330||count==1790)count2=20;
//判断为绿灯，数码管倒计时初值为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){
//判断为黄灯，数码管倒计时初值为3秒
//定时1秒，每隔一秒倒计时减一
//数码管显示程序
//十位显示的数值
//个位显示的数值
//自动转换LED灯状态，绿灯20秒，黄灯3秒
//NS直行指示灯显示20秒，数码管倒计时显示
//NS黄色指示灯显示 3秒，数码管倒计时显示 //NS左拐指示灯显示20秒，数码管倒计时显示
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} NS_turn();Ledshow();if(count>870&&count<930)
//NS黄色指示灯显示 3秒，数码管倒计时显示
{
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直行指示灯显示20秒，数码管倒计时显示
//WE黄色指示灯显示 3秒，数码管倒计时显示 //WE左拐指示灯显示20秒，数码管倒计时显示 //WE黄色指示灯显示 3秒，数码管倒计时显示
//主函数
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void Time0()interrupt 1 {
}
//定时50ms TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TR0=1;count++;count3++;void Interrput0()interrupt 0
//外部中断0，用按键手动切换LED灯状态 {
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;
//根据按下的次数选择显示状态 Delay(10);if(Key_1==0){ } while(Key_1==0);count1++;
//检测按键按下次数 Delay(10);while(Key_6==0){
} Opera_NS_stra();Opera_WE_stra();Opera_NS_turn();Opera_WE_turn();
//判断是顺序，随机显示
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 仿真结果显示
NS直行
NS左拐 NS黄灯
WE直行 WE左拐 WE黄灯
通过Protues对整个电路和程序仿真，仿真结果如上图，启动电源后，交通灯先按照定时方式按照变换程序依次变换，同时数码管显示倒计时。在传感器检测道路情况后并分析，把结果传给单片机，通过外部中断切换交通灯的变换状态，这里用按键模拟传感器检测到的结果，可以实现根据检测到的流量情况不同，对交通灯实时变换，按照行人优先、高流量方向长时间放行设计，基本上达到了设计要求。
总
结
通过本次课程设计，我们在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟.。在此过程中，我们通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑
山西大学工程学院 第18页
战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。使用Protues和Keil作为我们的设计工具，很好地锻炼自己的语言编程能力和软件仿真能力，养成良好的语言编程风格和模拟操作方式。不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。当然，我们还存在着很多不足，设计中有很多还完善的地方，期望以后可以做得更好
参考文献
【1】《手把手教你学 51 单片机-C 语言版》--金沙滩工作室宋雪松编著，清华大学出版社。
【2】《单片机原理与应用及C51程序设计》—杨家国、谢维成，清华大学出版社。
【3】肖洪兵.跟我学用单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社,2002.8． 【4】徐惠民、安德宁． 单片微型计算机原理接口与应用[M]．第1版．北京：北京邮电大学出版社，1996.【5】于凤明．单片机原理及接口技术[M]．北京：中国轻工业出版社．1998． 【6】陈伟人.单片微型计算机原理与应用[M].北京：清华大学出版社, 2006.5.【7】赵晓安.MCS-51单片机原理及应用[M].天津：天津大学出版社，2001.3． 【8】《单片机原理与接口技术》--牛昱光、李晓林等编著，电子工业出版社
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