交通灯设计方法探讨

时间:2022-09-28 09:45:32

交通灯设计方法探讨

摘 要:本文以交通信号灯设计为例,分别描述了基于51单片机和三菱FR-58MR型号的PLC下的控制,并讨论他们的相同和不同之处。通过对这两种设计方法的对比,分析各自的优缺点,最终得出十字路通信号灯的最优设计方法。

关键词:信号灯;PLC;单片机

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)12-0070-02

Abstract:In this paper, introduce the design method of traffic lights, discuss the same and different points between MCU and PLC. Through their comparison, get the optimal design method.

Key words:traffic lights; PLC; MCU

随着我国经济技术的快速发展,汽车制造技术的广泛应用,公民对汽车的购买力度明显增强,汽车的保有量急剧上升,导致的结果是全国各大城市甚至是二、三线城市的交通堵塞,车祸频出。那么,增加更多的交通信号灯就成了交通局迫不及待的任务。

以往的交通信号灯多采用PLC设备进行控制,主流设备是三菱FR-3N系列或者西门子S7-300系列。但此类设备价格昂贵,大量采购对交通局也是一种经济负担。据不完全统计,仅广东一省因各地级市、县镇、新农村、美丽乡村建设新修道路等原因,每年大约有二千多个交通点需要增加信号灯。可否利用新科技来降低成本,确实是值得研究的课题。本文考虑采用成本较低的单片机结合变压器、功率放大电路模块来代替PLC控制,以降低成本,达到交通信号普及各中小乃至城镇的效果(如图1所示)。

1 基于PLC控制的交通信号灯

PLC(Programmable Logic Controller)译为可编程逻辑控制器,它的最大优势就是取代了传统的继电器电路,通过编程实现逻辑控制、顺序控制。PLC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。同时PLC还具有数据传送、数据转换、数学运算、求解线性方程、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。交通灯控制系统就是利用了PLC的数据处理功能。

传统的PLC控制交通信号灯,主要以时间为控制节点,通过在同一时间对东西、南北两个方向的红绿灯反相达到对交通灯的控制。但这种控制往往不符合实际情况,比如东西方向为主干道,车流量大,而南北向为次干道,车流量较小。那么此时对东西、南北两道设计同样的时间就不太合理。因此,可以用监控器或者光电传感器对道路车辆进行信息收集,再利用A/D转换技术将其转换成数字信号,将该信号输入给PLC,编程实现由外部信号通过PLC来控制输出的红、黄、绿交通灯。如图2所示。

2 基于单片机控制的交通信号灯

市场上的单片机生产厂家很多,而且单片机技术的发展也是如火如荼,从最开始的8位单片机逐渐发展到现在的64位单片机。单片机的结构也由最初的20引脚双列直插式(如AT89C2051单片机)到现在的64引脚回型贴片式(如ATMEGA128单片机)。单片机的容量越大、引脚越多,其对的功能也越多。其具体功能体现如表1所示。由表1可知,使用8位单片机就可以解决信号灯的控制问题。

目前市面上存在的8位单片机主要有(1)Intel公司的8051系列单片机;(2)Atmel单片机;(3)STC8951系列单片机。本次设计以STC8952单片机为控制核心,通过监控器或者光电传感器对道路车辆进行信息收集,再利用A/D转换技术将其转换成数字信号,将该信号输入给单片机,通过C语言编写控制程序,得到交通灯的输出:红、黄、绿交通灯以及倒计时计数器(2位七段数码管)控制。如图3所示。

3 单片机与PLC控制优劣比较

本次交通信号灯的设计,可采用以上两种方法进行设计。经实践两种方法都是可行的。但他们却各有优劣,下面我将以表格(见表2)的形式将单片机与PLC进行比较,以对比他们的不同点以及适用领域。

4 结语

单片机与PLC的应用领域重合度很高,在很多场合都可以互相代替。但他们的价格却是相差甚远,甚至是天壤之别。单片机的价格一般在几十到一百来块,而PLC的价格却是几千甚至上万。但PLC是一定不能被单片机代替的。PLC优势在于可以使用梯形图进行二次开发。PLC是给电气工程师使用的,而单片机是给电子工程师使用的。前者偏向于应用,后者偏向与设计。电气工程师不是电子工程师,他们的工作不是单单考虑单片机如何驱动继电器来控制机床的,甚至有的电气工程师都不会C语言、汇编语言之类的单片机开发语言。其次,PLC的稳定性也远远强于单片机,由于现实生活中的工业条件恶劣,露天野外作业频繁,PLC的抗环节干扰性也是单片机产品不能比拟的。

基于以上分析,本人认为交通灯的信号灯设计工作条件不算太恶劣,只要将单片机封装完好,做好温度隔离措施,前次多做几次集成测试,排除冗余,再做回归测试,试运行一段时间达到稳定后,再正式嵌入交通灯工作模块中。一次设计,永久使用。采用单片机控制交通信号灯不失为节约成本的一个极好的方法。

参考文献

[1]段程东.单片机原理及接口技术[M].清华大学出版社,2010.09.

[2]晏华成.电气控制与PLC应用技术项目式教程[M].机械工业出版社,2015.10.

[3]王秀.基于PLC的十字路通灯控制系统[J].电子技术,2011,(04),pp.52-53.

[4]杨洁,叶晶晶,刘海民.基于STC89C52RC十字路通灯的设计[J].电子测试,2016,(19),pp.14-16.

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