专业课综合课程设计说明书基于PLC的花样彩灯控制系统设计
目录
摘要 (1)
1 前言 (2)
2 PLC概述 (3)
2.1 PLC的定义 (3)
2.2 PLC的发展历程 (3)
2．3 PLC的特点 (3)
2.3.1 高可靠性、抗干扰能力强 (3)
2.3.2 丰富的I/O接口模块 (4)
2.3.3 配套齐全、功能完善、适用性强 (4)
2.3.4 易学易用，深受工程技术人员欢迎 (4)
2.3.5 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 (4)
2.3.6 体积小，重量轻，能耗低 (4)
2．4 PLC的应用领域 (5)
2．5 三菱PLC-FX2N系列可编程控制器简介 (6)
3 设计任务与要求 (7)
4 花样彩灯方案设计 (8)
4．1 彩灯常见的工作模式 (8)
4．2 确定输入输出设备，选择PLC类型 (8)
4．3 确定I/O分配表 (8)
5 系统硬件设计 (9)
5．1 PLC选型 (9)
5．2 组成原理 (10)
5．3 PLC外部接线原理图 (10)
6 软件设计 (11)
6．1 初始化程序 (11)
6．2 主控输出程序 (12)
6．3 系统调试方法 (12)
6．4 系统调试及结果分析 (13)
7 小结 (15)
参考文献 (16)
摘要
随着科学技术的飞速发展，在现代生活中，彩灯作为一种景观应用越来越多。针对PLC日益得到广泛应用的现状，文章介绍了PLC对大型演出现场的彩灯进行控制，并给出其PLC控制系统的接线图和梯形图程序设计。该设计具有可编程性、线路简单、可靠性高等特点，提高了系统的灵活性及可扩展性，包括对变换类负载、舞台流水灯、大型标语牌底色流水灯的控制，以营造良好的现场灯光氛围，并且便于起停、控制、检修，节约人力物力。仿真结果验证了该设计的实用性。
关键词：PLC，彩灯控制，设计，仿真
1 前言
随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多采用霓虹灯管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已成为一种时尚。这些灯的控制设备大多数用全硬件的数字电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需求来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。本文介绍PLC在彩灯控制中的应用，灯的亮灭、闪烁时间及流动方向的控制均通过PLC来达到控制要求。
在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过PLC控制。流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形。变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化，但频率不高。流水灯及变幻灯均适宜采用PLC控制。
2 PLC概述
2.1 PLC的定义
Programmable Logic Controller 简称为PLC，即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
2.2 PLC的发展历程
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为
30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.
2．3 PLC的特点
2.3.1 高可靠性、抗干扰能力强
（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2.3.2 丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
2.3.3 配套齐全、功能完善、适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
2.3.4 易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
2.3.5 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
2.3.6 体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅
数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2．4 PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，大致可归纳为如下几类。
1.开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
2.模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
5.数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
6.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
2．5 三菱PLC-FX2N系列可编程控制器简介
日本三菱可编程控制器分为F、F1、F2、FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2N、FX2NC 等几个系列，其中F系列是早期的产品，现已停产，FX2系列PLC是1991年推出的产品，是加强型的小型机，是整体式和模板式相结合的叠装式结构，有一个16位微处理器和一个专门逻辑处理器，其执行速度为0.00048ms/步，是目前运动速度最快的小型PLC 之一。FX2N是三菱公司的近期产品，按叠装式配置，是日本高性能小型机中的代表作。三菱公司生产A系列PLC，这是一种中大型模块式机种。
（1）型号命名方式
可编程控制器型号命名的基本格式如图2.1所示
图2.1 可编程控制器型号命名的基本格式
FX
特殊品种的区别
输出方式
单元类型
I/O总点数
系列序号
特殊品种类别：D──DC电源，DC输入；A1─AC电源，AC输入，2A/1点，
输出方式：R─继电器输出；S─晶闸管输出；T─晶体管输出。
单元类别：M─基本单元；E─扩展单元。
I/O总点数:14─256,序号：0 2 0N 2C 2N,即：FX0 FX2 FX0N FX2C FX2N.例如，FX2N──48MR型号的含义为：FX2N系列；I/O总点数为48点；基本单元；继电器输出型。
（2）FX2N系列PLC的基本构成
FX系列PLC又分为4个大类，即FX0 FX2 FX2C FX2N系列，PLC是由基本单元，扩展单元及特殊单元构成的。基本单元包括CPU 存储器 I/O和电源；扩展单元是扩展I/O 点数的装置，内有电源；扩展模块用于增加I/O点数和改变I/O点数的比例，内部无电源，由基本单元和扩展单元供给。扩展单元和扩展模块内无CPU，必须与基本一起使用。特殊功能单元是一些特殊用途的装置。
3 设计任务与要求
某大型晚会现场设有长明灯10组、变幻灯8组、舞台流水灯15组、标语牌底色流水灯15组。变化规律如下:
⑴变幻灯周期为60 s，8路负载接通规律（如表3.1所示）：
表3.1变幻灯通断规律表
时间区
负载8 负载7 负载6 负载5 负载4 负载3 负载2 负载1 间
0-10s 1 1 0 0 1 1 0 1
10-20s 1 0 1 1 0 0 1 1
20-30s 0 1 1 0 1 1 1 0
30-40s 1 0 0 0 1 1
40-50s 0 0 1 0 1 0 1
50-60s 1 0 0 1 1 0 1 0
⑵舞台流水灯有1 s和l ms两种流动速率，正、反两种流动方向，有双灯6间隔、3灯5间隔、4灯4间隔三种流动组合方式。
⑶标语牌底色流水灯速率为l ms,工作方式为正向，亮至全亮，熄灭2 ms后,反向单灯流动1周,熄灭2 ms后，从中间向两侧分别点亮至全亮后，熄灭2 ms,如此循环。
4 花样彩灯方案设计
4．1 彩灯常见的工作模式
在彩灯的应用中，装饰灯，广告灯，布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过 PLC控制。流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形。变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化，但频率不高。流水灯及变幻灯均适宜采用PLC控制。
4．2 确定输入输出设备，选择PLC类型
该彩灯系统长明灯不需经过PLC控制，变幻灯及流水灯采用PLC控制。需设置总启动、停止按钮各1个，流水灯流动速率开关l个，流动方向开关l个，流动组合方式开关3个，输入信号共7个；输出有变幻负载8组，舞台流水灯及标语牌底色灯各15组。
考虑输入信号较少，而输出负载多，选择PLC基本单元FX2N一16MT，可提供8输入8输出，另配置输出扩展模块FX2N一16EYT两台，由PLC基本单元供电。灯组均通过无触头开关模块控制。
4．3 确定I/O分配表
根据控制要求,输入及输出设备端口分配（如表4.1所示）：
表4.1 I/O端口分配表
输入输出
输入设备输入端口输出设备输出端口
启动按钮SB1 X0 变幻灯负载1—8 Y0-Y7
停止按钮SB2 X1 舞台流水灯Y10-Y17 流水灯速度开关S1 X2 舞台流水灯Y20-Y27 流水灯刘翔防线开关S2 X3 标语牌底色流水灯Y30-Y37 舞台流水灯方式1开关S3 X4 标语牌底色流水灯Y40-Y47 舞台流水灯方式2开关S4 X5
舞台流水灯方式3开关S5 X6
5 系统硬件设计
自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。PLC控制系统的硬件设计主要是指硬件选型，近十几年来，国内外众多厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，已有几十个系列、几百种型号。PLC品种繁多，其结构形式、性能、I/O点数、用户程序内存容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格各有不同，使用场合也各有侧重。因此，PLC的合理选择，，对提高PLC控制系统的技术、经济指针以及对于控制系统都有着重要作用。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
5．1 PLC选型
PLC的主要国外生产厂家包括美国的Rock-well公司、德国的西门子公司、日本的三菱公司和欧姆龙公司。
我国有不少厂家研制和生产过PLC，近年来国产PLC有了很大的发展，但我国使用的PLC主要还是国外的品牌的产品。考虑到国外产品的成熟性好，并且本次课程设计只需属小型系统，故采用三菱公司的FX系列小型PLC。
表5.1 FX1N ，FX1S与 FX2N的基本性能
项目FX1N FX1S FX2N
I/O设置与用户选择有
关，最多128点
与用户选择
有关，最多30点
与用户选择
有关，最多256点
100ms定时器T0~T62，63点T0~T199，200
点T0~T199，200点
通用辅助继电器M0~M383，384
点M0~M383，384
点
M0~M499，500
点
指令MOV 有有有ROR 无无有ROL 无无有
在编程当中需要用到ROR和ROL指令，由表2.1可知只有FX2N系列满足要求，故选用F X2N系列的PLC。其次在编程当中需要用到MOV HFF00 K4Y0指令，所以需要用到16个输出口，综上所述选用FX2N-32MR系列的PLC。
5．2 组成原理
PLC彩灯控制编程采用指令控制，采用PLC能充分利用它的优点。在这里我们采用三菱公司的FX2N-16MT系列的可编程控制器，它吸收了整体式和模块式PLC的优点，安装比较方便，它的基本指令执行时间为0.08μs 每条指令，内置的用户存储器为8K步，可以扩展到16K步。FX2N-16MT系列的可编程控制器，输入点数为8，输出点数为8。编制梯形图，并进行仿真和调试。综上，得到硬件配置如表5.2所示
表5.2 硬件配置表
名称数量
DC24V电源 1
PC/PPI编程电缆 1
FXGP-WIN-C编程软件 1
PC机 1
输出显示灯8
5．3 PLC外部接线原理图
根据I/0端口分配表,系统接线图如图1所示：
图1 彩灯控制系统接线图
6 软件设计
由PLC控制的彩灯有三类：变幻灯、舞台流水灯及标语牌底色流水灯。其变化周期1 ms、1 m分别由PLC内部特殊辅助继电器M8012、M8013控制。流水变化采用传送指令、移位指令实现。
6．1 初始化程序
图2 初始化程序
系统运行初始化程序如图2所示，依次为启停控制、变幻灯初始化、舞台流水灯组合方式选择、标语牌底色灯初始化程序。
6．2 主控输出程序
系统输出控制采用主控指令编码，如图3所示，依次为：变换负载输出、舞台流水灯方向及速度控制、标语牌底色控制程序。
图3 主控输出程序
6．3 系统调试方法
调试是软件开发过程中最艰巨的脑力劳动，调试开始时，软件开发者仅仅面对着错误的征兆，然而在问题的外部现象和内在原因之间往往并没有明显的联系，在组成程序的密密麻麻的元素中，每一个都可能是错误的根源。如何能在浩如烟海的程序元素中找到有错误的那个（或几个）元素，这是调试过程中最关键的技术问题。本设计
中调试的方法主要是设置断点跟踪。使用断点跟踪可以找到程序的出错位置，缩小查找错误的范围，提高调试的效率。调试的任务是及时改正测试过程中发现的软件错误。具体地说，调试过程由两个步骤组成，它从表示程序中存在错误的某迹象开始，首先确定错误的准确位置，也就是找出哪个模块或哪个语句引起的错误。然后仔细研究推断代码以确定问题的原因，并设法改正。当然更重要的还是调试的策略。调试的策略主要有以下几种方法：
1.试探法
调试人员分析错误征兆，猜想故障的大致位置，然后使用调试的技术获取程序中被怀疑的地方附近的信息。这种策略通常是缓慢而低效的。一般不被采用。
2.回溯法
回溯法是调试人员检查错误征兆，确定最先发现“症状”的地方，然后人工沿程序的控制流往回追踪源程序代码，直到找出错误根源或确定故障范围为止。回溯法对小程序而言是一种比较好的调试策略，但是对于一些大规模的程序来说，就不适合用此方法了。
3.对分查找法
如果知道每个变量在程序内若干个关键点的正确值，则可以用赋值语句或输入语句在程序中点附近“注入”这些变量的正确值，然后检查程序的输出。如果输出结果是正确的，则故障在程序的前半部分；反之，在后半部分。对于程序中有故障的那部分再重复使用这个方法，直到把故障范围缩小到容易诊断的程度为止。
4. 归纳法
所谓归纳法就是从个别推断一般的方法，这种方法从线索出发，通过分析这些线索之间的关系而找到故障。
5.演绎法
是从一般原理或前提出发，经过删除和精化的过程推导出结论。用演绎法调试开始时先列出可能成立的原因或假设，然后依次地排除列举出的原因。最后，证明剩下的原因是错误的根源。
6．4 系统调试及结果分析
硬件调试：接通电源，检查三菱FX2N-16MT（如图6.1所示）可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。
软件调试：按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，进行下一步的调试。
运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开三菱FX2N-16MT可编程控制器的“RUN”按钮。进行调试；按下启动按钮，观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行。系统停止运行后，按下启动按钮，看是否可以重新运行。
根据以上的调试情况，本彩灯循环点亮的PLC控制系统设计符合要求。
图6.1 FX2N-16MT外观图
7 小结
通过不懈的努力，我们终于利用PLC对大型演出现场的彩灯进行控制，包括对变换类负载、舞台流水灯、大型标语牌底色流水灯的控制，以营造良好的现场灯光氛围，并且便于起停、控制、检修，节约人力物力。
经调试运行，该设计应用PLC输出信号去控制彩灯工作，使得产品性能稳定，安装方便、操作简单易行。如果用户需要更改系统的亮灯模式，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序就可以实现不同控制要求。
随着科学技术发展的日新月异，PLC技术已经成为了我们生活中的一部分，几乎可以说是无处不在。对于学习PLC知识的我们，此次课程设计很好的培养了我们学生综合运用所学知识，发现和解决问题以及锻炼实践的能力。只有在实践中多去操作，不言弃、不急躁，迎难而上，多总结经验，多尝试，才能将专业知识学得更好，才能学以致用，才能达到学习的真正目的。
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专业课综合课程设计成绩评定表学生姓名院/系部信息与控制工程学院专业年级级班
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数字电子技术课程设计报告 专业名称： 班级： 姓名： 学号： 日期：
目录 一、设计要求 (1) 二、设计的作用、目的 (1) 三、设计的具体实现 (1) 1、系统概述 (1) 2、单元电路设计、分析与仿真 (2) 3、电路的安装与调试 (6) 四、心得体会及建议 (7) 五、附录 (7) 六、参考文献 (8)
设计报告 一、设计要求 说明：1.以十个指示灯作为显示器件，能自动的从左到右、从右到左的依次被点亮，如此周而复始，不断循环。 2.打开电源时可自动清零，每个指示灯被点亮的时间约为0.5S—2S 围。 3.用计算机画出电路设计图，进行仿真分析验证其正确性。 4.写设计说明书一份。 二、设计的作用、目的 1、为了培养学生运用相关课程的基础理论和技能解决实际问题，并进一步提高学生抓也基本技能、创新能力的重要实践教学环节。 2、培养学生正确的设计思想与方法、严谨的科学态度和良好的工作作风。 3、通过课程设计，学生受到设计与写作方法的初步训练，能用文字、图形和现代设计写作方法系统地、正确地表达课程设计。 4、巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。 5、熟悉各种芯片的功能和应用。 6、完成彩灯控制器的设计，绘出电路原理图。 7、调试电路，是否能正常工作。 理工大学课程设计：彩灯控制器 三、设计的具体实现 1）系统概述
此电路主要由三部分组成，其整体框图如图（一）所示。 振荡电路计数译码驱动电路显示电路 图（一） 2）方案论证与实现 （1）振荡电路 主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号，电路如图二所示。 图（二） （2）计数器/译码分配器 计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数/分频器4017，它是一种用途非常广泛的电路。其部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2….O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
- 学院：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：花式喷泉的PLC控制设计 指导教师：刘芳梅 学生学号：华进049 段石磊096 付成028
1喷泉介绍 常见的几种花样喷泉 随着时代的发展，科技水平的提高，城市的喷泉设备已经十分先进，各种音乐喷泉、程控喷泉、激光喷泉已经层出不穷，变化多端。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。喷泉，使静水变为动水，使水也有了灵魂，又辅之以各种灯光效果，使水体具有丰富多彩的形态，可以缓冲、软化城市中“凝固的建筑物”和硬质的地面，以增加城市环境的生机，有益与身心健康并能满足视觉艺术的需要。大型城市广场中的人工动态喷泉，也多来自自然的种种水态，如瀑布、水帘、溢流、溪流、壁泉等，随着科学技术的发展进步，各种喷泉真是花样翻新、层出不穷，几乎达到了人们随心所欲创造各种晶莹剔透、绚丽多姿动态水景的程度。喷泉在当今时代，已经形成了一道独特的人文景观。下面是一些我们日常生活中常见的喷泉： 音乐喷泉是音乐和喷泉的结合，音乐是喷泉的主题，喷泉是音乐内涵的表达，如图1-1 图1-1音乐喷泉 程控喷泉是按照预先编辑的程序定时变换喷水造型，如图1-2。 图1-2程控喷泉 跑动喷泉是按照时序控制喷水，构成各种跑动、跳动、波动等形态，变化多端，如图1-3 图1-3跑动喷泉
可是用单片机通过可控硅作为功率开头元件实现花样喷泉时存在下面的缺点： 1、需要较多的保护电路；2、程序的增减不灵活；3、抗干扰能力差； 4、功率因数低。 而采用PLC能有效的解决这些问题，同时PLC具有较强的自诊断功能，能迅速方便检查出故障，缩短检修时间，确保控制系统的可靠性，稳定性。 花样喷泉的动作状态 1.按下启动按钮，喷泉开始工作；按下停止按钮，喷泉停止工作； 2.喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定； 3.当单步/连续开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环； 4.花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，考虑以下4种喷水花样： 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷水，在延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。18s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷水，在延时2s后，3号喷头喷水，又延时2s后，4号喷头喷水。30s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头喷水，延时3s后，2号、4号喷头喷水，同时1号、3号喷头停止喷水。如此交替运行15s后，4组喷头全部喷水，30s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1->2->3->4的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照 1->2->3->4的顺序，依次间隔2s停止喷水。在经1s延时，按照4->3->2->1的顺序，依次间隔2s 喷水，然后一起喷水，30s后停止。如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 2 PLC的研究现状 PLC的应用领域 目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类: 1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都
摘要在许多场合都可以看到彩色霓虹灯，LED彩灯由于其彩色丰富，造价低廉，控制简单等特点受到了广泛的应用。本系统是以51系列单片机AT89C51为主控器，附有LED发光二极管，用51系列单片机AT89C51来控制LED发光二极管亮灭，系统运行稳定，花样多多。 关键词彩色霓虹灯AT89C51 LED 一方案设计与论证 1.1单片机 方案一STC89C52 STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。能为许多嵌入式控制引用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 方案二AT89C51 AT89C51是一种带4K字节Flash存储器的低电压、高性能COMS 8位微处理器。AT89C51单片机能为很多嵌入式系统提供一种灵活性高且价廉的方案。 虽然STC89C52具有51单片机不具备的功能，单本系统操作简单，且51单片机价格低廉，所以我们选择方案二。 二硬件电路设计 2．1 主控模块 2.1.1 AT89C51引脚图
图2.1.1 AT89C51引脚图 2.1.2AT89C51引脚功能介绍 Vss:接地端。 Vcc:电源端。 XTAL1：接外部晶体的一个引脚。CHMOS单片机采用外部时钟信号时，时钟信号由此脚引入。 XTAL2：接外部晶振的一个引脚。HMOS单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此脚接入。 RST:（1）复位信号输入；（2）Vcc掉电后，此引脚可接备用电源，低功耗条件下保持内部RAM中的数据。 ALE//PROG：地址锁存允许。 /PSEN：程序锁存允许。 /EA/Vpp：EA=0，单片机只访问外部程序存储器。EA=1，单片机访问内部程序存储器。 P0口----P0口可以作为输入/输出口，在实际应用中，常作为地址/数据总线口，即低8位地址与数据线分时使用P0口。低8位地址由ALE信号的下跳沿锁存到外部地址锁存器中，而高8位地址由P2口输出。 P1口----P1口每一位都能作为可编程的输入或输出口线。 P1.0：T2引脚，定时/计数器2外部计数脉冲。 P1.1：T2EX引脚，定时/计数器2触发和方向控制。 P1.5：MOSI引脚，在系统编程数据输入。 P1.6：MISO引脚，在系统编程数据输出。 P1.7：SCK引脚，在系统编程时钟输入。 P2口----P2口可以作为输入口或输出口使用，外接存储器和I/O接口时，又作为扩展系统的地址总线，输出高8位地址，与P0口一起组成16位地址总线。对于内部无程序存储器的单片机来说，P2口一般只作为地址总线使用，而不作
电子技术课程设计 ---彩灯控制器 学院：电子信息工程学院 班级： 学号： 指导教师：
彩灯控制器 一、设计任务与要求： 设计一个彩灯控制器，要求： 1.四路彩灯从左向右逐次渐亮，间隔为1秒。 2.四路彩灯从右向左逐次渐灭，间隔为1秒。 3.四路彩灯同时点亮，时间间隔为1秒，然后同时变暗，时间为1秒，反复4 次。 二、总体框图 图（1）总体框图 根据设计要求，电路设计大体思路如下： 由脉冲发生器发出频率脉冲信号，利用计数器加法计数功能输出0000~1111的脉冲信号，经过数据选择器分别在0000~0011，0100~0111，1000~1111三个时段输出不同的高低电平，控制移位寄存器实现右移→左移→置数功能，从而控制
彩灯按照设计要现亮灭。 三、选择器件 本次课程设计所用器件如表一： 表一本次课程设计所用器件 1.同步二进制计数器74LS163
表二7-3 74LS163功能表 根据逻辑图、波形图、功能表分析，74LS163具有如下功能： 管脚图逻辑符号 1)1是同步4位二进制加法计数器，M=16，CP上升沿触发 2)2既可同步清除，也可异步清除。同步清除时，清除信号的低电平将在下一 个CP上升沿配合下把四个触发器的输出置为低电平。异步清除时，直接用 清除信号的低电平把四个触发器的输出置为低电平。 3)3同步预置方式：当LD = 0时，在CP作用下，计数器可并行打入预置数据. 当LD = 1时，使能输入PT同时为高电平，在CP作用下，进行正常计数。 4)PT任一为低时，计数器处于保持状态。 5) 5 CO为进位输出，可用来级联成n位同步计数器。 2．四位双向移位寄存器74LS194
《8路彩灯控制电路》 课程设计报告 专业：计算机科学与技术 班级：一班 姓名：XX 学号： 6 同组成员： 指导教师：伟 2015年 6 月23 日
目录 一、课程设计目的 (2) 二、课程设计题目描述和要求 (2) 三、课程设计报告容 (2) 四、总结，设计体会 (9)
一、课程设计目的 1.了解数字电路设计的基本思想和方法 2.进一步掌握数字电路课程所学的理论知识 3.熟悉集中常用集成数字芯片，掌握其工作原理 二、课程设计题目描述和要求 实现彩灯控制要求设计的彩灯路数较少，且花型比较简单，因此采用74LS194移位寄存器和74LS161四进制同步加法计数器以及简单的逻辑器件来控制彩灯电路。 （一）彩灯控制器设计要求 设计制作八路彩灯控制电路，用以控制八个LED彩灯按照不同的花色闪烁，要求如下： 1.接通电源，电路开始工作，LED灯按预设花型闪烁 2.LED灯按照事先设计的方式工作 （二）课程设计总体要求 1.根据设计任务，每组成员共同完成一份设计电路图 2.根据设计的电路图，两人一组利用万能板完成电路焊接，并调试成功 三、课程设计报告容 （一）原理分析 1.电路主要分为三个部分： 第一板块：实现脉冲时钟信号的产生； 第二板块实现花型的控制及节拍控制； 第三板块实现花型的演示。 2.根据实验所提供的器材，我的设计思路如下： ○!时钟信号由一个单脉冲提供； ○2花型控制电路由两片74LS161 四位二进制同步加法计数器和两个非门共同完成； ○3花型演示电路由两片74LS194移位寄存器完成，可以左移右移完成花型变
化。 3.花型控制电路设计： 花型1:8路彩灯分为上下两部分，每部分从下向上依次亮，然后从下向上依次灭，循环两次。 花型2：从两边到中间依次对称地渐亮，全亮后仍由两边到中间逐次灭，循环两次。 花型3：从中间到两边依次对称地渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次灭，循环两次。 花型4：8路点灯分为上下两部分，每部分从上向下依次亮，然后从上向下依次灭，循环两次。 4.将两片74LS194分为低位片和高位片，再将其输出端从低位到高位记为L1~L8，所得四种花型的L1~L8状态值变化情况如下表： 四种花型每种显示两边，1~16显示第一个花型，17~32显示第二个花型，33~48显示第三个花型。 5.要用194芯片实现四个花型的连续显示必须对两片194的S1和S0，SL和SR 的每一节拍变化进行相应的改变。两片161的输出端从Q0~Q7根据变化的花型的频率选用高位片的Q4和Q5分别去控制194的S1和S0。它们的SR和SL则有低位161片的Q2经过非门来控制，这样就可以实现对花型变化周期的控制。各花型和其对应的194的S1、S0、SR、SL的输出信号及节拍控制信号列表如下：
电气控制与PLC课程设计总结报告 题目：①设计具有指定功能的全自动洗衣机 ②设计传送带故障停止控制 学生姓名： 系别：电气信息工程系 专业年级： 2008级电气工程及其自动化专业1班 指导教师： 2011年7月 2 日
①设计具有指定功能的全自动洗衣机 一、设计任务与要求 1、设计一台具有指定功能的全自动洗衣机； 2、控制要求 全自动洗衣机有三档水位选择：上、中、下。按下启动按钮，选择水位，进水阀打开，开始进水。水位高度达到该档水位后，该档位传感器被触发使进水阀关闭，停止进水。开始自动进入洗衣程序。 洗衣程序为：（洗衣）电动机正转洗涤6s，暂停，暂停2s后，反转洗涤6s，暂停，暂停2s后，完成一次循环。按此规律循环5次。接着打开排水电磁阀，开始排水。排水一定时间后，开始进入脱水程序（脱水过程中排水电磁阀始终打开）。脱水完毕后，排水电磁阀关闭，接着进水电磁阀打开，档位自动记忆为第一次洗衣时所选择的档位。重复上述洗衣，排水，脱水流程，至结束。 二、方案设计与论证 按下启动按钮后，选择水位，洗衣机开始进水。当到达限定水位（如高水位或中水位），PLC关闭进水阀停止进水，并开始正转，正转洗涤6s后暂停，暂停2s后开始洗涤反转，反洗6s后再暂停2s；如此循环五次。循环满5次后，则开始排水。当水排空时（排水时间结束），开始脱水。脱水10秒后再循环一次。 脱水10s后即完成一次从进水到脱水的大循环过程。2次大循环后程序结束，停机。在PLC工作过程中的任何阶段，按下停止按钮，洗衣机将停止当前所执行的任何程序指令，并恢复至开始状态。此外，还可以加装手动排水按钮，实现功能扩展。 三、电路设计与参数计算 1、I/O分配表
P L C彩灯控制课程设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
基于P L C 的彩灯控制
目录 课程设计任务书 (1) 引言 (2) 一 PLC的定义及发展 (3) 二系统分配 (6) 硬件分配图 (6) 软件分配图 (7) 三方案设计 (8) 顺序工程图 (8) 程序运行步骤 (9) 四总结 (10) 参考文献 (11)
基于PLC的彩灯控制 一、控制要求： 系统启动后，L1、L5同时亮，然后熄灭；之后L2、L8同时亮,然后熄灭；接着L3、L7同时亮，然后熄灭；最后L4、L6同时亮，然后熄灭，按照此方式循环5次后再逆向闪烁5次，并循环。 二、设计任务 1.设计出硬件系统的结构图、接线图； 2.系统有启动、停止功能； 3.运用功能指令进行PLC控制程序设计； 4.程序结构与控制功能自行创新设计； 5.进行系统调试，实现上述功能。
引言 随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采用霓虹灯管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。这些灯的控制设备多为数字电路。而在现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字电路则不能胜任。针对PLC日益得到广泛应用的现状，本文介绍PLC在不同变化类型的彩灯控制中的应用，灯的亮灭、闪烁时间 及流动 方向的控制均通过PLC来达到控制要求。在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过PLC控制。流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形。变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化，但频率不高。流水灯及变幻灯均适宜采用PLC控制。 关键词：PLC 循环控制
一．设计目的及要求 1.1 课程设计的目的 1、巩固和加强《数字电子技术》课程的理论知识。 2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。 3、掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用ewb 软件或multisim软件对电路仿真。 4、通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力。 5、培养创新能力和创新思维。 1.2 要求 用中规模集成电路实现6路彩灯控制电路，主要用计数器、译码器、移位寄存器等芯片集成，实现以下5种演示花型： 花型1：6路彩灯同时亮； 花型2：6路彩灯同时灭； 花型3：6路彩灯从左至右逐路点亮； 花型4：6路彩灯左侧三个全亮，同时右侧三个全灭； 花型5; 6路彩灯右侧三个全亮，同时左侧三个全灭；
要求彩灯亮、灭一次的时间可调，花型转换的顺序为：花型1、花型2、花型3、花型4，花型5、花型1······且电路有复位控制，复位按钮闭合时彩灯循环输出，按钮断开彩灯熄灭。 二、设计方案的选择和电路框图 2.1 题目分析 我们设计的流水灯实际上是主要使用一个555定时器、一个74LS160，一个74LS42和两个74HC194，这四个芯片对,6个彩灯进行控制，产生循环控制的效果。 2.2题目设计 花型1,111111；花型2,000000；花型3,100000——010000——001000——000100——000010——000001；花型4,111000；花型5,000111。用74HC194移位寄存器来实现。用74LS42译码器来实现对194的控制，实现194的清零，并行输入，以及右移。用74LS160十进制计数器控制42译码器的输出，555定时器根据滑动电阻的调节来实现输出时钟脉冲周期的不同从而控制160计数的快慢，也就实现了彩灯闪烁时间的可调。 2.3 结构框图
安徽农业大学经济技术学院 电子技术课程设计报告书 课题名称一种多种波形发生器设计 姓名汪亦嘉 学号150103233 院、系、部机械工程系 专业机械设计制造及其自动化 指导教师李琰 2017年 6月 13 日
一、设计任务及要求： 1、用中规模计数器设计双向流动彩灯控制器。 2、要求彩灯双向流动点亮，其闪烁频率在1～10Hz内可调。 3、要求用555定时器设计时钟脉冲，五路彩灯采用五个发光二极管代替。设计要求 4、双向流动彩灯控制器的直流稳压电源要求自行设计。 5、在选择器件时，应考虑成本。 6、根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 7、画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 指导教师签名： 2017年6月日二、指导教师评语： 指导教师签名： 2017年6月日
三、成绩 指导教师签名： 2017年6月日
一、设计目的 1、对模拟电子技术的的直流电源中的整流、滤波、稳压等环节加深印象。 2、了解直流电源各部分的结构。 3、加深对于555定时器的内部结构的理解。 4、将74LS161改为十六进制以内的任一进制计数器。 5、Mulsitim 电路仿真软件应用灵活。 二、方案论证 设计一个双向彩灯控制器，控制五路彩灯。 方案一：以555定时器为基础连接成多谐振荡器产生周期在1～10Hz 矩形时钟脉冲，用以启动74LS161计数器。并用74LS161构成八进制加法计数器通过74LS138译码器输出给五个彩灯，实现双向循环。方案一原理框图如图1所示。 图1 双向彩灯控制器方案一的原理框图 方案二：与方案一的第一部分原理相同同样采用555定时器构成多谐振荡器，用来产生1～10Hz 的周期矩形时钟脉冲，启动计数器。第二部分采用四进制加法计数器和四进制减法计数器结合实现循环，第三部分同样采用74LS138译码器输出给五路彩灯，实现循环。方案二原理框图如图2所示。 图2 双向彩灯控制器方案二的原理框图 最终本设计采用的是方案一，只采用一个八进制加法计数器，循环简单方便，仅需一次循环就可实现五路彩灯双向流动。在考虑成本的条件下，节省器件。所以方案一更加合适。 多谐振荡器 八进制加法计数器 译码器 彩灯 多谐振荡器 四进制加法计数器 四进制减法计数器 译码器 彩灯
彩灯控制器的设计 一.内容提要： 随着社会的发展，街道、商场或公共场所通常都装有各种五彩斑斓的灯饰，这些霓虹灯既可以美化人们的生活空间，也给这个社会增添了不少色彩。特别是每逢节日晚上都能看到街道旁都挂起五彩缤纷彩灯，给人一种节日的气氛。然而，彩灯作为我们生活中的一部分，我们既要知道其然，还要知其之所以然。因此，我们有必要去研究彩灯的工作原理。本次设计主要阐述了由电子电路设计一个彩灯控制器，控制红绿黄三个灯，按一定规律依次点亮。即由电子电路实现一个可循环效果的彩灯控制器。 本设计主要讲述了彩灯控制器的工作原理以及其各个组成部分，记述了我在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对调试结果的分析，到最后得到比较满意的实验结果的方方面面。 二设计主要要求及指标 1、控制红、绿、黄一组彩灯循环闪亮，变化的规律是：红→红绿→绿→ 黄绿→黄→全亮→全灭→红，如此循环，产生“流水”般的效果。 2、彩灯白天不亮，夜晚自动亮。 3、“流水”的速度由快到慢，再由慢到快循环变化。 三、设计提示 原理框图如图1所示 1、彩灯的亮灭共有七种情况，可设计一个七进制的计数器，用计数器的状态控 制彩灯的亮灭；计数器应能够自启动。 2、“流水”的速度的控制可用两片555定时器电路实现。两片555接成振荡频 率不同的多谐振荡器，用频率低的振荡器上积分电容的三角波信号，调制另一个频率高的振荡器的振荡频率，使其高低往复变化。 3、用光敏器件（光敏电阻、光敏二极管、光敏二极管等）检测周围环境的光强， 以区分白天、夜夜，控制彩灯的亮灭。
图1 彩灯控制器框图 四．设计思路 根据题目要求，整体结构为脉冲信号源输出一定频率的脉冲给七进制计数器，七进制计数器受脉冲控制输出Q 1、Q 2、Q 0的不同状态，从而控制逻辑电路，逻辑电路输出控制彩灯的亮灭，达到要求。 根据所学内容，可分别确定所需元件,脉冲信号源有很多种，但要频率可控，可采用CB555定时器组成的多谐振荡器和滑动变阻器完成，多谐振荡器是常用的一种矩形波发生器，滑动变阻器通过改变其内部电阻来改变其输出矩形波的频率。七进制计数器可通过74LS160型同步十进制计数器改接而得。逻辑电路可使用74LS138型3位二进制译码器控制彩灯。 光敏器件检测电路 脉冲发生 七进制计数逻 辑 电 路 红 黄 绿 Q2 Q1 Q0 D CP 加减控制 循环结束结束判别 时钟快慢 控制
单片机原理及接口技术 课程设计报告 单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器 姓 名： 学 号： 指导教师： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造其自动化 完成日期： 2014年6月27日
目录 第1章．绪论---------------------------------------------------- 1 1.1课题的国内外现状----------------------------------------- 1 1.2课题的发展趋势------------------------------------------- 1 1.3课题研究的主要内容------------------------------------- 1 第2章.节日彩灯控制器的设计-------------------------------------- 3 2.1设计目的 ------------------------------------------------- 3 2.2设计要求 ------------------------------------------------ 3 2.3总体方案设计与选择的论证 -------------------------------- 3 2.4核心芯片及主要功能介绍 ---------------------------------- 4 2.4.1 AT89S52芯片---------------------------------------- 4 2.4.2 74HC377芯片 --------------------------------------- 7 2.4.3 74HC138芯片 --------------------------------------- 7 2.5硬件设计 -------------------------------------------- 8 2.5.1 直流电源电路 ---------------------------------------- 8 2.5.2 按键电路 ------------------------------------------- 9 2.5.3 时钟复位电路 --------------------------------------- 9 2.5.4 LED显示电路---------------------------------------- 10 2.5.5 硬件调试 --------------------------------------------- 10 2.6软件设计------------------------------------------------- 10 第3章.总结----------------------------------------------------- 15 3.1 实验方案设计的可行性、有效性----------------------------- 15 3.2 设计内容的实用性----------------------------------------- 15 3.3 实习心得------------------------------------------------ 15 附录一：总体电路图---------------------------------------------- 19附录二：元器件清单----------------------------------------------20参考文献--------------------------------------------------------21致谢------------------------------------------------------------21
摘要 城市规模不断扩大，城市的交通问题也变的日益突出，如堵车问题，城市交通问题也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。为了解决交叉口混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，我们可以合理的设置交叉路口的红绿灯系统，帮助疏导交通流，从而有效的减少交通阻塞等问题，并为行人的安全提供强有力地保障。 现在，城市的红绿灯基本上都是程序控制，在实际使用中采用可编程序控制器（PLC）控制占很大比例，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，并通过仿真实验证明该系统的实用性，利用PLC对十字路口交通灯进行模拟控制，从而能够对真正的十字路口交通灯控制系统有更深入的了解。 关键词：可编程序控制器、十字路口、交通灯控制
1 概述 1.1引言 当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 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。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
课程设计说明书 课程设计名称：数字电路课程设计 课程设计题目：四花样彩灯控制器 学院名称：信息工程学院 专业：通信工程班级：110422 学号：姓名：陈粤龙 评分：教师： 20 13 年9 月23 日 数字电路课程设计任务书20 12 －20 13 学年第 1 学期第19 周－20周 题目四花样彩灯控制 内容及要求 (1) 彩灯一亮一灭,从左向右移动 (2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动 (3) 四亮四灭，从左向右移动 (4) 从1～8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭 (5) 四种花样自动变换。 进度安排 1.?布置任务、查阅资料、选择方案、领仪器设备：2天 2.?仿真、画PCB线路图：2天 3.?领元器件、制作、焊接：3天 4.?调试：2天 5.?验收：1天 6.?提交报告：2013-2014学年第一学期?2-3周 学生姓名：陈粤龙
注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。 前 言 彩灯控制器有着非常广泛的运用，如：LED 彩灯，音乐彩灯控制器，二维彩灯控制器等等，现简单介绍如下： 随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED 彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一 指导时间:2周 指导地点： E610 任务下达 2013年 9月 22日 任务完成 2013 年 9 月 25日 考核方式 1.评阅 □ 2.答辩 □ 3.实际操作□ 4.其它 □ 指导教师 系（部）主任 摘 要 彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。本次设计的四花样彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。 本次课程设计要设计一个四花样彩灯控制器。首先要分析设计要求，从要实现四花样入手推导出要使用的芯片。可通过八位右移寄存器74LS164实现八个彩灯的向右移动，从它的右移输入端输入四种码来实现它的四种花样。根据四种花样确定这四种码，可通过模十六计数器74LS161的输出端接与门74LS08和非门74LS04产生。要实现彩灯的自动转换，把四种码输入四选一数据选择器74LS153的四个输入端，它的地址输入端接双D 触发器74LS74的两个输出端，74LS74可产生四种循环的状态，从而实现彩灯的自动转换。时钟信号由两个555产生，一个产生周期为0.721秒的矩形脉冲控制模十六计数器74LS161和八位右移寄存器74LS164,另一个产生周期为14.01秒的脉冲控制双D 触发器。当彩灯完成一种花样时，双D 触发器输出状态改变，数据选择器选择另一种码输出，彩灯变为下一种花样，直到完成四种花样再循环变化。 经实验验证，所设计的四花样彩器能完成四花样变换，每一种花样循环两次，四种花样不断循环。 关键字：时钟脉冲 分频 自动转换 控制器 数据选择器
设计题目：声控音乐彩灯 专业电气工程学院 班级 1008班 学号 10291246 学生姓名乔茜 指导教师叶晶晶 提交时间2012年6月29日
目录 一、概述 (2) 1.1目的 (2) 1.2课程设计的组成部分 (2) 二、总结 (5) 3.1课程设计进行过程及步骤 (5) 3.2所遇到的问题，你是怎样解决这些问题的........ 错误！未定义书签。 3.3体会收获及建议 (7)
一、概述 1.1目的 我们都知道，人发出的声音信号中的电压信号是及其微弱的，只是在毫伏级别，而其频率信号一般在几十到几百赫兹，我们希望用声音信号来控制信号灯闪烁的频率，从而可以让大家直观得看到自己说话声音“音符”，如果加上音乐，那么彩灯便会随着音乐的跳动而闪烁出不同的频率。为了实现上述功能，我们首先要将微弱的声音信号放大，然后将声音信号进行降频，降到可以被肉眼分辨出的频率。因此，此电路可以分为三部分：一、电压信号两级放大部分二、频率信号降频部分三、彩灯显示部分 1.2课程设计的组成部分 一：电压信号两级放大部分 这部分我们先用一个电容滤去直流部分，然后通过一个三极管将电压进行第一级放大，再次电容滤去直波，再通过一个三极管放大。经过两次放大后，电压被放大了100倍，这样就将毫伏级别的电压放大到了级别为伏的电压信号，为下一步降频做准备。 以下是第一部分的仿真：
二：频率信号降频部分 电路主要是四个集成芯片CD4017构成。CD4017是十进制计数器/分频器，其内部由计数器及分频器两部分组成，由译码输出现实对脉冲的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、Q3···、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽电平等于时钟周期。 CD4017有3个输入端（MR、CP0和CP1）,MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时，其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9)均为地电平.CP0和CP1是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号有CP0端输入，若要下降沿来计数，则信号由CP1端输入。 CD4017有10个输出端（Q0～Q9)和1个进位输出端CO。每输入10个计数脉冲，C0就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号，输出端依此变为高电平。 在C1中将11与15相接，即输入端14每输入9个信号时发生一次清零，达到降频的目的。C2中将C1送来的信号分配开，并分在10个端子上得到顺序正脉冲，以达到降频、分频的目的。 第一个芯片进行的是第一次分频，接下来的三个芯片是并联接入状态，其14与第一个的3相连，并利用3,4,10,5,9五个端口进行输出。 以下是第二部分的仿真部分：
PLC课程设计报告 绪论 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/ 过压/ 过载保护等功能。变频器的主电路大体上可分为两类: 电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容; 电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。变频器主要优点在于其调速的平滑性，在现代工业中的应用日益增多，变频器可以通过将固定频率的交流电通过整流和逆变变为频率可变的交流电压，进而改变电机的运行状态。 随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，电气传动技术得到了空前的发展。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 1 一. 设计要求: 我们实际中应电机调速的方面非常之多，将实际生产中得到广泛应用的变频器与所学的电机拖动课程相结合, 得以了解交流电动机的变频调速性能, 可使学生将所学过知识通 实验过程中的调试, 与发现解决问题等这一完整的实过理论与实际联系起来，从动手接线, 验过程，培养学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，从
而培养和提高学生的独立工作能力及解决实际问题的能力。本实验加深对三相异步电动机的认识, 并熟悉变频器接线与工作原理。 要求：有一台三相异步电动机，用PLC控制变频器实现多段速度的控制，通过变 频器参数设置和外端子接线来控制变频器的运行输出时间来达到电动机多段速度运行控制的目的。 步骤： 1. 给出主电路与控制电路的连接图; 2. 设备、工具和材料的准备; 3. 安装接线及运行调试; 4. 注意事项; 5. 相关功能参数的设定及操作。 二. 设计任务和目的： 了解“三相异步电动机变频调速系统设计与调试”的工作原理; 培养解决实际工程技术问题的能力; 培养综合应用所学知识的能力、独立工作能力和团结协作能力; 掌握根据工艺要求设计较复杂的、现代化的电气控制系统的方法，并会调试与操作。熟悉变频器的基本使用控制要求; 掌握变频器的多段速度控制的连接与有关参数的设置;掌握面板操作和外部端子的多段速度控制运行技能。熟悉欧姆龙PLC 的基本使用要求和编程方法，并能结合PLC和变频器实现电机的自动多速段运行控制. 三. 控制要求： 按照下图所示要求，用PLC来控制电机的多段速运行，开始启动后，电机先加速1.2s, 然后保持5s, 再加速1.2s, 保持5s, 之后开始减速1.2s. 再保持5s, 减速到电机停止.能实现 2
数字电子技术课程设计报告 (彩灯控制器) 专 专业：电子信息工程 班级：7B1211 学号：123025 姓名：白旭飞 年月：2014-6-28
一、设计要求 1. 以8或10个指示灯作为显示器件，能自动的从左到右、从右到左自动的依次被点亮，如此周而复始，不断循环。 2．打开电源时控制器可自动清零，每个指示灯被点亮的时间相同约为0.5S～2S 范围内。 3．用计算机画出设计电路图，进行仿真分析验证其正确性。 4．写设计说明书一份（画总原理框图以及说明主要工作原理，单元电路的设计和元器件的选择，画出完整的电路图和元器件明细表，收获、体会及建议） 二、设计的作用，目的 1.作用 利用控制电路可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅可获得良好的观赏效果，且可以省电（与彩灯全亮相比）。 2.目的 用NE555芯片，74LS151芯片,74LS163芯片,74LS194，以及一些逻辑门芯片完成彩灯控制器。 三、设计的具体实现 1．系统概述 接通电源时，555占空比可调振荡器产生1s单位的脉冲，脉冲送到下一个模块74LS151计数器，目的实现模5计数器，达到每五秒生成一个脉冲输向下一个芯片74LS194移位寄存器以及计数器74LS163。进而彩灯在脉冲的作用下依次点亮，并实现循环，完成实验要求。 2.总体思路 先用555定时器用来生成1s标准单位cp脉冲，把脉冲给计数器74LS151，通过74LS151形成模5加法计数器，再将74LS151输出信号供给74LS194移位寄 存器输入端，Q 0，Q 1， Q 2 和Q 3 接彩灯然后连接几个逻辑门，把74LS194接成环形 计数器。就能实现基本电路要求。 3.方案设计 总体电路共分三大块。第一块实现时钟信号的产生；第二块实现灯亮灭情况的演示；第三块实现灯亮灭的控制及节拍控制。
西安文理学院机械电子工程系 课程设计报告 专业班级电子信息工程（1）班 课程数字电子技术 题目彩灯控制器 学号 学生姓名 指导教师 2010年 1月
西安文理学院机械电子工程系 课程设计任务书 学生姓名专业班级学号 指导教师职称教授教研室 课程数字电子技术 题目 彩灯控制器 任务与要求 1.掌握NE555定时器的原理及使用方法。 2.学习74LS138译码器的使用方法。 3.掌握CD4040计数器的使用方法。 4.按照设计图连好电路，实现所需功能。 5.攥写课程设计报告 开始日期 2009年12月28日完成日期2010年1月8日 2010年1月8日
目录 设计目的 (1) 设计任务和要求 (1) 总体设计方案 (2) 功能模块设计与分析 (5) 电路的安装与调试 (8) 实验仪器及元器件清单 (11) 心得体会 (10) 附录一系统电路图 (9)
一、设计目的 用CD4040芯片、LS138芯片、NE555芯片完成彩灯控制器。 二、设计要求和任务 通过循序渐进地独立完成数字电路的设计任务，加深对理论知识的理解，有效地提高了动手能力，独立分析问题、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。重点提高在数字电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。 基本要求： （一）．掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法 1.根据设计任务和指标，初选电路； 2.通过调查研究、设计计算，确定电路方案； 3.选测元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案； 4.分析课程设计结果，写出设计报告。 （二）．培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力 1.学会分析、找出解决问题的方法； 2.对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案； 3.掌握一些测试电路的基本方法，课程设计中出现一般故障，能通过“分析、观察、判 断、试验、再判断”的基本方法独立解决； 4.能对课程设计结果进行分析和评价。 （三）．掌握安装、布线、调试等基本技能 1.掌握常用的仿真软件，并能够利用仿真软件进行一定的电路调试、改进； 2.掌握数字电路布线、调试的基本技巧； 3.巩固常用仪器的正确使用方法。 （四）．培养实践能力 通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养团结协作的精神。