目录
绪论
第一章 PLC的介绍
一PLC的基本知识
1.1 PLC产生的定义
1.2 PLC的基本组成
1.3 PLC的基本工作原理
1.4 PLC的特点
1.5 PLC的应用与背景
1.6 PLC的发展
1.7 PLC的主要功能
第二章课题的介绍
2.1 交通灯的发展概
2.2 课题的背景与意义
2.3 现在城市路口交通灯控制技术现状第三章应用PLC设计十字路口交通灯
3.1 PLC的选型和定时器
3.1.1 PLC的选型
3.1.2 定时器
3.2 计数器.译码及显示
3.2.1计数器
3.1.2 译码及显示
3.3 PLC工作原理及正常时数码管显示
3.3.1 PLC工作原理
3.3.2 正常时数码管显示
3.4 PLC控制系统I/O分配
3.5 十字路口各阶段语句表
3.5.1 正常情况下语句表
3.5.2 一道有车下的语句表
3.5.3 发生意外时的语句表
3.6 十字路口交通灯的接线图（见附录1）3.7 十字路口交通灯控制的时序图
3.8 十字路口交通灯的梯形图（见附录2）3.9 运行效果
总结
致谢
参考文献
摘要
交通信号灯的出现，使交通得以管制，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。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。本文用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况，阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。
PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC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,特别对多岔路口的控制可方便地实现。
关键词：交通灯；PLC；程序；设计
Abstract
The emergence of the traffic lights, traffic to control, for facilitating traffic flow, improve traffic capacity, reduce the number of traffic accidents have obvious effect. In order to realize the traffic management, and strive to traffic management advanced and scientific. This paper PLC controlled traffic control system, the system is simple, economy, can efficiently facilitating traffic, improve traffic capacity of traffic intersection. This paper analyses the modern urban traffic control and management problems, based on the status of the actual situation of traffic, this paper expounds the working principle of traffic control system, this paper gives a simple and practical urban traffic control system design scheme of PLC.
PLC programmable controller based on microprocessor, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology developed a new type of industrial control device. convenient already widely used in industrial processes and position in the automatic control. According to statistics, programmable controller is used in industrial automation devices most kind equipment. Experts think, programmable controller will become the main means and industrial control one of important basic equipment, PLC, robots, CAD/CAM will be three pillar industrial production. Due to use of PLC has the characteristics of environmental adaptable, and its internal timer is very rich in resources, but the current widely used "progressive" lights, especially for precise control more than the crossway control can be easily realized. Keywords: traffic lights; PLC; Program; design
绪论
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。
不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭，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[2]。
单片基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。
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。
第一章PLC的介绍
PLC的基本知识
1.1 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]。
1.2 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I/O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[4]。
编程器
输
出
电
路
图1.1 PLC 硬件结构组成框图
1.3 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，程器将程序编键入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[5]。
1.4 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
输 入 电 路
中央处理器（CPU ）
系统程序存储器
用户程序存储器
电源
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
1.5 PLC的应用与前景
为了适应市场的各方面的需求,各生产厂家对PLC不断进行改进,推出功能更加强大、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要[6]。
1.6 PLC的发展
早在19世纪，人们就开始研究交通信号，用信号指挥车通行，控制车辆进出交叉口的次序。据文献记述，早在1868年，英国伦敦的威斯特明斯特(Westminster)街就安装了红、绿色两色的交通信号灯。到1917年，美国的盐湖城开始使用由人工控制的红、黄、绿3色的信号灯。1925年，这种由人工控制的3色信号灯也首次出现在英国伦敦的皮克的时路口。次年，英国人研制出了自己的自动控制信号机。
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。
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。
作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅
速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。
PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的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。
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
(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。
1. 向高性能、高速度、大容量发展
大型PLC大多采用CPU结构，不断向高性能、高速度、大容量发展。ANA系列PLC使用了世界上第一个在一块芯片上实现PLC全部功能的32位微处理器、即顺序控制芯片，其扫描时间为每条基本指令0.15us。
2. 增强小型PLC的功能
小型PLC一般指I/O点数小于256的PLC，大多数采用整体结构，小型PLC价格便宜，性价比不断提高，很使用单机自动化，或组成分布式系统。近年来，PLC 厂商不断推出功能更强的小型PLC，更新换代的周期越来越短。除了开关量逻辑控制功能以外，现代小型PLC还具有中断功能、脉冲捕获功能、内置的实时钟、用EEPROM代替RAM和锂电池，使PLC成为完成完全免维护的设备，将过去许多需要特殊功能模块完成的功能软件化，如用PID指令实现PID控制，用定位控制实现位置控制。各PLC厂家近年来推出一些价格便宜的专用人机接口装置，用来监视PLC的内部变量和修改参数。与西门子S7-200配套的TD200文本显器可显示两行中文，每行10或20个字符，可用S7-200编程软件设置TD200的显示内容。
3. 不断提高编程软件的功能
（1）编程软件日益普及
（2）编程软件功能不断完善
（3）编程语言的标准化
（4）编程软件配备仿真功能，如西门子S7-200与STEP7编程软件配套使用的S7-PLCSIM仿真软件。
（5）通讯功能的增强和标准化
（6）PLC的软件化与PLC
1.7 PLC的主要功能
1. 逻辑控制功能逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是PLC的基本功能之一。PLC设置有“与”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等逻辑指令，根据外部现场（开关、按钮或其它传感器）的状态，根据指定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象（电磁阀、电机等）。因此，PLC可代替继电器进行开关控制，完成接点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。另外，在PLC中一个逻辑位的状态可以无限次的使用，逻辑关系的修改和变更也十分方便。
2. 定时控制功能定时控制功能是PLC的基本功能之一。PLC中有许多可供用户使用的定时器，其功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值（定时时间）可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。程序执行时，PLC将根据用户用定时器指令指定的定时器对某个操作进行限时或延时控制，以满足生产工艺的要求。
3. 计数控制功能计数控制功能是PLC的基本功能之一。PLC为用户提供了许多计数器，计数器记到某一个数时，产生一个状态信号，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中进行修改。程序执行时，PLC将根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数进行计数，以完成对某个计数过程的计数控制。
4. 步进控制功能PLC为用户提供了若干个移位寄存器，可以实现由时间、计数或其他指定逻辑信号为转步条件的步进控制。即在一道工序完成以后，在转步条件控制下，自动进行下一道工序。有些PLC还专门设置了用于步进控制的步进指令和鼓形控制器操作指令，编程和使用都极为方便。
5. 数据处理功能PLC大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换、译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联、实现程序、数据的显示的打印。
6. 回路控制功能有些PLC具有A/D、D/A转换功能，可以方便完成对模拟量的控制和调节。
7. 通讯联网功能有些PLC采用通讯技术，实现远程I/O控制、多台PLC之间的同位链接、PLC与计算机之间的通讯等。
8. 监控功能PLC设置了较强的监控功能，利用编程器或监视器，操作人员对PLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调试和维护提供了极大的方便。
9. 停电记忆功能PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（如备用电池等），以保证存储器中信息能够长期保存。利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。
10. 故障诊断功能PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动终止运行。PLC的故障自诊断功能大大提高了PLC控制系统的安全性和可维护性。
第二章课题的介绍
2.1 交通灯的发展概述
道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行
交通信号灯的种类有:机动车道信号灯,人行横道信号灯,非机动车道信号灯,方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。向指示信号灯,移动式交通信号灯,太阳能闪光警告信号灯,收费站天棚信号灯.
红绿灯的历史其实并不复杂。从最初发明时的手牵皮带转动灯箱，到20世纪开始的电气控制，从采用计算机控制到电子监控感应，其发展不超过150年1859年10月，英国一位纺纱工人想出一个用灯光颜色控制交通的办法，他制造了一盏有活动遮沿设备的油灯带到伦敦，可惜这个发明并未引起政府重视，后来由于英国议会大厦前时常出现马车撞人事故，人们才再次重拾这项发明
世界上第一盏正式投入使用的交通信号灯出现在1868年12月10日，这盏身高 7米，由德?哈特设计的红绿两色煤气灯出现在议会大厦前的十字路口。一位警察手持长杆牵动皮带转换红绿两色：红灯停，绿灯行。据说，英国人之所以选择这样的颜色，是因为在当时的英国，妇女着红装代表已婚，绿装代表未婚。可惜的是，这盏灯的历史只有23天，中断的原因是煤气灯突然爆炸使一位警察殉职。交通信号灯便在美国人的系统性实验中不断进化，1914年，克里夫兰市率先在街道中恢复交通信号灯，随后纽约、芝加哥等城市也开始出现。这时的交通信号灯已从煤气进化为电气，这与现代的交通信号灯已经没有多少差距，除了信号灯本身，美国人还完善了信号控制系统，1917年，美国盐湖市开始使用联动式信号系统，他们把六个交叉路口作为一个系统，以人工方式加以集中控制。美国还最早使用车辆感应式控制器，20世纪30年代，他们已经开始根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，到了50年代，美国人已经运用计算机系统调节红绿灯，
并逐渐完善为今天的智能交通系统。
除了1926年英国人发明自动化控制器管理红绿灯外，20世纪早期的主要技术进步都是美国人带来的，美国专利商标局专利数据库显示，从1910年11
月29日到 1913年11月20日之间，共有60项与交通信号灯有关的发明获得专利。而还有很多由警察等公共部门创造的技术，没有申请专利
1961年，心理学家卡尔?佩格劳为东德交通部设计了一种新的行人信号灯，与现在我们使用的人型信号灯不同的是，卡尔?佩格劳的设计中，原本单调的图案，不但变成了一个站立的和一个行走的行人形象，而且两人体型肥胖，带着帽子，动作略显夸张。比起呆板木讷的西德红绿灯小人，东德的小人面积更大，手臂和腿部更为突出，传递的视觉信号更为明显，形象也更可爱。这个信号灯于1969年首次出现在东柏林的弗里德里希大街和菩提树下大街的十字路口，受到政府的认可和民众的喜爱，并很快推广到全东德，不但出现在街头，还出现在学生的教材中。
2.2.课题背景及意义
交通信号灯发展至今在灯光表示上已经基本能完全能适应道路的所有的状况，绿灯信号是准许通行信号。按《交通安全法实施条例》规定：绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍被放行的直行车辆和行人通行。红灯信号是绝对禁止通行信号。红灯亮时，禁止车辆通行。右转弯车辆在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下，可以通行。红灯信号是带有强制意义的禁行信号，遇此信号时，被禁行车辆须停在停止线以外，被禁行的行人须在人行道边等候放行；机动车等候放行时，不准熄火，不准开车门，各种车辆驾驶员不准离开车辆；自行车左转弯不准推车从路口外边绕行，直行不准用右转弯方法绕行。黄灯亮时，已越过停止线的车辆，可以继续通行。黄灯信号的含义介于绿灯信号和红灯信号之间，既有不准通行的一面，又有准许通行的一面。黄灯亮时，警告驾驶人和行人通行时间已经结束，马上就要转换为红灯，应将车停在停止线后面，行人也不要进入人行横道。但车辆如因距离过近不便停车而越过停止线时，可以继续通行。已在人行横道内的行人要视来车情况，或尽快通过，或原地不动，或退回原处。为持续闪烁的黄灯，提示车辆、行人通行时注意瞭望，确认安全后通过。这种灯没有控制交通先行和让行的作用，有的悬于路口上空，有的在交通信号灯夜间停止使用后仅用其中的黄灯加上闪光，以提醒车辆、行人注意前方是交叉路口，要谨慎行驶，认真观望，安全通过。在闪光警告信号灯闪烁的路口，车辆、行人通行时，即要遵守确保安全的原则，同时还应遵守没有交通信号或交通标志控制路口的通行规定。方向信号灯是指挥机动车行驶方向的专用指示信号灯，通过不同的箭头指向，表示机动车直行、左转或者右转。它由红色、黄色、绿色箭头图案组成。车道灯由绿色箭头灯和红色×形灯组成，设在可变车道上，只对本车道起作用。绿色箭头灯亮时，准许本车道车辆按指示方向通行；红色叉形灯或者箭头灯亮时，禁止本车道车辆通行。人行横道灯由红、绿两色灯组成。在红灯镜面上有一个站立的人形象，在绿灯面上有一个行走的人形象。人行横道
灯设在人流较多的重要交叉路口的人行横道两端。灯头面向车行道，与道路中心垂直。人行横道灯信号有绿灯亮、红灯亮两种信号，其含义与路口信号灯信号的含义相似，即绿灯亮时，准许行人通过人行横道；红灯亮时，禁止行人进入人行横道，但是已经进入人行横道的，可以继续通过或者在道路中心线处停留等候。
2.3 现在城市路口交通灯控制技术现状
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。
第三章应用PLC设计十字路口交通灯
3.1 PLC的选型和定时器
3.1.1 PLC的选型
根据输入/输出点数并选择PLC型号。
输入信号有5个，考虑到15%的备用点，即5×（1+15%）=5.75，取整数6。
输出信号有6个，考虑到15%的备用点，即6×（1+15%）=6.9，取整数7。
因此，可选用FX2-16MR可编程控制器，它有8个输入点，8个输出点。满足本例要求。
3.1.2 定时器
定时器在PLC中的作用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器以及无限个触点。通常PLC中有几十至数百个定时器T。
PLC内定时器是根据时钟脉冲累积计时，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms三档，当所计时时间到达设定值时，输出触点动作。定时器可以用用户程序存储器内的常数作为设定值，也可以用数据寄存器D的内容作为设定值。这里使用的数据寄存器应有断电保持功能。定时器的元件编号、设定值和动作叙述如下：定时器T0～T245。100ms定时器T0～T199共200点，每个定时器设定值范围0.1～3276.7s；10ms定时器T200～T245共46点，每个设定值范围0.01～327.67s。
本课题选用100ms定时器。
3.2 计数器.译码及显示
3.2.1 计数器
由晶体振荡器产生12MHZ的高稳定基准信号，通过12分频产生1MHZ的系统基准时钟信号如图4.2。该信号经过6个10分频产生用于计数器计数的取样脉冲1HZ。该脉冲的周期为1秒，由M8013产生。
计数器是数字系统中具有记忆功能的一种电路，它用以累计输入脉冲的个数来实现计数操作功能。由于触发器具有“记忆”功能，所以利用触发器可以构成各种形式的计数器。
计数器在数字系统中的应用十分广泛。如在电子计算机的控制中，对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令；在数字仪器中计数器不仅对脉冲个数进行计数，最后还以人们习惯的十进制数的形式显示出结果。除此以外，还经常用做定时、分频和执行运算。总之，计数器几乎为每一种数字设备不可缺少的部分，是现代数字系统中最基本的数字逻辑部件。计数器的种类很多，特点各异，它的主要分类如下：
1. 按计数器中各个触发器状态转换情况分
异步计数器：没有公共时钟脉冲，输入计数脉冲只作用于某些触发器CP端，而其他触发信号则由电路内部提供。即各个触发器状态翻转有先有后。
同步计数器：各个触发器的状态转换是在同一时钟脉冲（输入计数脉冲）触发下同时发生的，即各个触发器状态的翻转与输入脉冲同步。由于计数脉冲同时加到各个触发器，显然，它的计数速度要比异步计数器快得多。
2. 按计数进制分
二进制计数器：按二进制运算规律进行计数的电路称为二进制计数器。
十进制计数器：按十进制运算规律进行计数的电路称为十进制计数器。
N（任意）进制计数器：将二、十进制计数器之外的其他进制计数器统称为任意进制计数器，如七进制、十二进制、六十进制计数器等。
3.按计数增减分
加法计数器：按递增计数规律计数的电路称做加法计数器。
减法计数器：按递减计数规律计数的电路称做减法计数器。
加/减计数器：在加/减控制信号作用下，既可作加法计数又可作减法计数的电路称做加/减计数器，通常又称可逆计数器。
本课题选用加减计数器。
加减计数器：在加/减控制信号的作用下，既可做加法计数，又可做减法计数的电路称作加/减计数器，通常又称可逆计数器。
74LS192是一个同步十进制可逆计数器。其逻辑符号及外引线图如图4.3，它有两个时钟输入端，当从CU输入时，进行加法计数，从CD输入时，进行减法计数。它有进位和借位输出，可进行几位串接计数。它还有独立的置“0”输入端，并且可以单独对加法或减法计数进行预置数。
74LS192的功能表（见附录1）。其功能特点如下：
（1）置“0”。74LS192有异步置0端R，不管计数器其它输入端处于什么状态，只要在R端加高电平，则所有触发器均被置0，计数器复位。
（2）预置数。74LS192的预置数是异步的。当R为低电平，置数控制端LD为低电平时，不管时钟端的状态如何，输出端Q3～Q0可预置成与数据端D3～D0相一致的状态。
（3）加法计数和减法计数。加法计数时，R为低电平，LD，CD为高电平，计数脉冲从CU端输入。当计数脉冲上升沿到来时，计数器的状态按8421BCD码的递增顺序进行加法计数。当CU为高电平，计数脉冲从CD端输入时，计数器进行减法计数。
（4）进位输出。计数器作十进制的加法计数时，在CU端第9个输入脉冲上升沿作用后，计数状态为1001，当其下降沿到来时，进位输出端CO产生一个负的进位脉冲。第10个脉冲上升沿作用后，计数器复位。将进位输出CO与后一级的CU相连，可实现多位计数器级联。当CO反馈至LD输入端，并在并行数据输入端D3～D0输入一定的预置数，可实现10以内任意进制的加法计数。
（5）借位输出。计数器作十进制减法计数时，设初始状态为1001。在CD端第9个输入脉冲上升沿作用后，计数状态为0000，当其下降沿到来后，借位输出端BO产生一个负的借位脉冲。第10个脉冲上升沿作用后，计数状态恢复为1001。同样，将借位输出BO与后一级的CD相连，可实现多位计数器级联。通过BO对LD的反馈连接可实现10以内任意进制的减法计数器。
3.1.2 译码及显示
在数字系统的某些终端，为了便于观察往往需要将十进制数直观的显示出来，显示译码器可将电路中运行的二-十进制BCD码译成相应的高、低电平，驱动显示器将0～9十个十进制代码显示出来。显示译码器往往与显示器连在一起工作，为了便于掌握显示译码器的工作原理，下面分别对显示器及显示译码器进行介绍。
1.数码显示器目前常用的数码显示器是七段字符显示器，这种数码显示器因由七段发光的线段拼合而成，故取名为七段字符显示器，它包括半导体数码管及液晶显示器两种。在数字系统的某些终端，为了便于观察往往需要将十进制数直观的显示出来，显示译码器可将电路中运行的二-十进制BCD码译成相应的高、低电平，驱动显示器将0～9十个十进制代码显示出来。显示译码器往往与显示器连在一起工作，为了便于掌握显示译码器的工作原理，下面分别对显示器及显示译码器进行介绍。
半导体数码管（简称LED）这种数码管的每一段均是一只发光二极管，由发光二极管的亮与灭来显示0～9这十个数字，故也称为半导体数码管为LED数码管或LED七段显示器。
发光二极管与普通二极管不同，它是在半导体中掺入浓度很高的杂质而成的，所用的材料有砷化镓、磷化镓、磷砷化镓等，在二极管正向导通时，电子和空穴大量复合，把多余的能量以光的行时释放出来，便发出一定波长的可见光。所含磷砷的比例不同，发出光的波长(颜色)也不同，有红、黄、绿、橙及其中间色等。 LED数码管的结构和工作原理
LED数码管分共阳极、共阴极两种结构(如图4.4)a～g代表7个笔段电极，DP 为小数点，第3脚和第8脚内部连通，（＋）表示共阳极，（—）表示共阴极。共阳极LED数码管（如图4.5）是将LED管的阳极连在一起接高电平，阴极接显
示译码器的输出端，这种显示器可用输出低电平有效的译码器来驱动（如CT5446，CT5447）。共阴极LED数码管是将其阴极连在一起接低电平，阳极接显示译码器的输出，这种显示器可用输出高电平有效的译码器来驱动（如CT5448）。
图中DP为显示小数点用的发光二极管，若需显示小数点，则只需在对应的管脚上接上固定的高（或低）电平即可，不用时此脚可悬空。
半导体数码管具有工作电压低、体积小、寿命长、响应速度快、亮度较高等优点，缺点是工作电流较大。常用的共阴LED显示器有BS201,BS202,BS207；常用的共阳极接法有BS204,BS206等。
LED数码管显示器按显示位数可分为一位LED数码显示器，双位LED数码显示器和多位LED数码显示器，双位LED数码显示器是将两只数码管封装成为一体，如LC5012-11S（双红共阴极）显示器，管脚排列。
2.七段显示译码器前面已经讲过，七段显示译码器的作用就是将代表十进制数的BCD码译成对应的输出高、低电平，以驱动相应的显示器显示对应的数字，下面以CT7448为例分析七段显示译码器的工作原理。CT7448的逻辑符号，外引线图及功能表。用CT7448七段显示译码器驱动一位数码显示器的电路图。
3.3.3 PLC工作原理及数码管显示
3.3.1PLC工作原理
本文选用三菱系列的FX2-16MR，其输入端接收来自各个路口的车辆探测器测得的输出标准电脉冲，输出接十字路口的红绿信号交通灯。信号灯的选择:选用红、黄、绿发光二极管作为信号灯(箭头方向型)。FX2系列拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案。价格便宜，功能齐全，比起其他PLC有着速度、逻辑、定位等优越之处。安装简单，维修方便。FX2-16MR的I/O总数16，输入/输出各8个，输入类型为漏型，输出类型为继电器或晶体管。FX2通过储存的程序周期运转。交通灯的时长控制可由可编程控制器(PLC)来实现。当按下启动按扭S3时，即X000闭合，整个程序得电运行。
正常情况下，当A道绿灯亮时，同时B道红灯也亮；当B道绿灯亮时，同时A道红灯也亮。当A道绿灯亮，即Y001接通，定时器T1得电，并开始计时，当计时到55s时，A道黄灯亮，即Y002接通，定时器T2得电，并开始计时，当计时到5s时，A道红灯亮，即Y003接通，定时器T3得电，并开始计时，当计时到30s 时，又A道绿灯亮，A道如上所述循环。当B道红灯亮，即Y004接通，定时器T4得电，并开始计时，当计时到60s时，B道绿灯亮，即Y005接通，定时器T5得电，并开始计时，当计时到25s时，B道黄灯亮，即Y006接通，定时器T6得电，并开始计时，当计时到5s时，又B道红灯亮，B道如上所述循环。停止时按下S4即可。
当A道有车时，按下S1即X001闭合，A道绿灯和B道红灯同时亮，即Y001和Y004接通。放行完后，按下S4即Y001和Y004失电，又回到正常情况下。当B
道有车时，按下S2即X002闭合，B道绿灯和A道红灯同时亮，即Y005和Y003接通。放行完后，按下S4即Y005和Y003失电，又回到正常情况下。
当发生意外时，中断产生。按下S0即X003闭合，A道红灯和B道红灯同时亮。当事故处理完后，按下S4即停止，之后返回到正常情况下。
3.3.2正常时数码管显示
A道绿灯亮时，显示器显示60，并以倒计时（减1）的方式运行，显示为05时，A道黄灯亮，并以倒计时（减1）的方式运行，直到01，A道红灯亮，显示29并以倒计时（减1）的方式运行到显示00最后返回到A道绿灯亮时。
B道红灯亮时，显示器显示60，并以倒计时（减1）的方式运行，显示为00时，B道绿灯亮，显示30并以倒计时（减1）的方式运行，直到05，B道黄灯亮，显示为01时，最后返回到B道红灯亮。
3.4 I/O分配
输入输出
元件名称输入
元件
作用元件
名称
输出
元件
作用
S1X001A道
有车HL1Y001A道
绿灯
S2X002B道
有车
HL2
S0X003中断HL3Y002A道
黄灯S3X000启动HL4
S4X004停止HL5Y003A道
红灯
HL6
HL7Y004B道
红灯
HL8
HL9Y005B道
绿灯
HL10
HL11Y006B道
黄灯
HL12
3.5十字路口各阶段语句表
3.5.1 正常情况下语句表
0LD X001
1OUT CALLP，P1
2LD X002
3OUT CALLP，P2
4EI
5LD X000
6OR Y001
7OR T3
8ANI Y002
9ANI X004
10OUT Y001
11OUT T1
12SP K550
13LD T1
14OR Y002