交通灯规则及交通信号灯的模拟控制设计 第2页
第二章 PLC可编程序控制器概述
可编程控制器（Programmable Logic Contrller）,简称PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，、国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快、除有许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多地采用PLC控制系统取代传统的继电-接触器控制系统。国产的小型化PLC性能也基本达到国外同类产品的技术指标。因此，作为一名电气工程技术人员，必须掌握PLC及基控制系统的基本原理与应用技术，以适应当前电气技术的发展需要。
1.PLC的发展历史
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。
2.PLC的市场情况
国内PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说PLC在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。
在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿元人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。
PLC的市场的潜力是巨大的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明，PLC配套的机电一体化产品的比例占42%，采用继电器、接触器控制尚有24%。所以说，需要应用PLC的场合还很多，在我国就更是如此了。
从技术创新的角度看，我国大中型企业还要大力发展CIMS(计算机集成制造系统)，在机械制造厂要形成FMS柔性制造系统，PLC是基础，所以PLC市场是广阔的。
第三章 交通灯硬件的设计
交通灯的硬件设计
交通信号控制系统大体上分为三种类型：定周期的信号机、多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机。具体采用哪种类型，应根据其应用场合及特点加以确定。其中，第一种类型以其成本低，设计简单，安装及文护方便等特点得到了广泛应用。本文讨论的城乡交通灯控制系统就属于该种类型。该交通灯控制系统主要由时间发生器电路、光电检测电路、控制电路等几个部分组成。如图1所示。
1.1 控制电路
控制电路主要由单稳态触发器、RC电路和反相器构成、电路如图2所示。该电路有两个输入端和三个输出端。当QAQBQCQD=0000时，输入端IO为低电平，此时信号将直接经O1输出给LD以进行异步置数，因此74191的0000状态持续时间很短暂。输入端I1由光电检测电路的输出信号提供，当有车辆时，输出低电平；无车辆时输出高电平。输出信号O1=I1，而输出信号O2而由I1经反相器、RC电路和一单稳态电路得来。O1的作用是当乡间道无车辆时，保持主干道绿灯亮，乡间道红灯亮。当主干道绿灯变亮并检测到乡间道有车辆（即I1=0）时 ，O2触发单稳态电路并文持主干道绿灯亮66s,即T2 = RCln3=1.1×6MΩ×10μf=66(s)。
图2 0.25Hz矩形波发生器
1.2 光电检测电路
光电检测电路由光源和光电三极管构成，该电路可根据需要选择现成产品，如CP850系列的CP851，该器件的光电传感器输距离可达15m。
图3 交通灯驱动路
1.3 交通灯控制及驱动电路
交通灯控制电路由一个D触发器、一个三输入或门和两个反相器组成， D触发器的作用是在乡间道非常繁忙时，对红绿灯的转换进行控制。三输入端或门的作用是当乡间道无车辆和主干道绿灯刚亮而乡间道就有车通过时文持主干道绿灯亮时间大于60s。
由于红绿灯的功率较大（十几瓦），一般集成门电路无法驱动，因此需要设计一个特定的驱动电路，该电路可用功率管和高驱动能力的电源构成，具体电路如图3所示。功率管及电源大小可根据交通灯的功率进行计算。电路仿真时，可用一小灯泡直接接在门电路的后面。
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如图4所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果TL＝ 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝ 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。
图4 74LS163的外引线排列图
1.4定时器
定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态
信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图如图4所示，是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图5所示
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