交通燈設(shè)計(jì)方法探討

聶影

摘 要：本文以交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)為例，分別描述了基于51單片機(jī)和三菱FR-58MR型號(hào)的PLC下的控制，并討論他們的相同和不同之處。通過對(duì)這兩種設(shè)計(jì)方法的對(duì)比，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最終得出十字路口交通信號(hào)燈的最優(yōu)設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：信號(hào)燈；PLC；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用，公民對(duì)汽車的購(gòu)買力度明顯增強(qiáng)，汽車的保有量急劇上升，導(dǎo)致的結(jié)果是全國(guó)各大城市甚至是二、三線城市的交通堵塞，車禍頻出。那么，增加更多的交通信號(hào)燈就成了交通局迫不及待的任務(wù)。

以往的交通信號(hào)燈多采用PLC設(shè)備進(jìn)行控制，主流設(shè)備是三菱FR-3N系列或者西門子S7-300系列。但此類設(shè)備價(jià)格昂貴，大量采購(gòu)對(duì)交通局也是一種經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅廣東一省因各地級(jí)市、縣鎮(zhèn)、新農(nóng)村、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)新修道路等原因，每年大約有二千多個(gè)交通點(diǎn)需要增加信號(hào)燈?？煞窭眯驴萍紒斫档统杀?，確實(shí)是值得研究的課題。本文考慮采用成本較低的單片機(jī)結(jié)合變壓器、功率放大電路模塊來代替PLC控制，以降低成本，達(dá)到交通信號(hào)普及各中小乃至城鎮(zhèn)的效果（如圖1所示）。

1 基于PLC控制的交通信號(hào)燈

PLC（Programmable Logic Controller）譯為可編程邏輯控制器，它的最大優(yōu)勢(shì)就是取代了傳統(tǒng)的繼電器電路，通過編程實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制。PLC既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。同時(shí)PLC還具有數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)學(xué)運(yùn)算、求解線性方程、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。交通燈控制系統(tǒng)就是利用了PLC的數(shù)據(jù)處理功能。

傳統(tǒng)的PLC控制交通信號(hào)燈，主要以時(shí)間為控制節(jié)點(diǎn)，通過在同一時(shí)間對(duì)東西、南北兩個(gè)方向的紅綠燈反相達(dá)到對(duì)交通燈的控制。但這種控制往往不符合實(shí)際情況，比如東西方向?yàn)橹鞲傻?，車流量大，而南北向?yàn)榇胃傻溃嚵髁枯^小。那么此時(shí)對(duì)東西、南北兩道設(shè)計(jì)同樣的時(shí)間就不太合理。因此，可以用監(jiān)控器或者光電傳感器對(duì)道路車輛進(jìn)行信息收集，再利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，將該信號(hào)輸入給PLC，編程實(shí)現(xiàn)由外部信號(hào)通過PLC來控制輸出的紅、黃、綠交通燈。如圖2所示。

2 基于單片機(jī)控制的交通信號(hào)燈

市場(chǎng)上的單片機(jī)生產(chǎn)廠家很多，而且單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展也是如火如荼，從最開始的8位單片機(jī)逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的64位單片機(jī)。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)也由最初的20引腳雙列直插式（如AT89C2051單片機(jī)）到現(xiàn)在的64引腳回型貼片式（如ATMEGA128單片機(jī)）。單片機(jī)的容量越大、引腳越多，其對(duì)應(yīng)的功能也越多。其具體功能體現(xiàn)如表1所示。由表1可知，使用8位單片機(jī)就可以解決信號(hào)燈的控制問題。

目前市面上存在的8位單片機(jī)主要有（1）Intel公司的8051系列單片機(jī)；（2）Atmel單片機(jī)；（3）STC8951系列單片機(jī)。本次設(shè)計(jì)以STC8952單片機(jī)為控制核心，通過監(jiān)控器或者光電傳感器對(duì)道路車輛進(jìn)行信息收集，再利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，將該信號(hào)輸入給單片機(jī)，通過C語言編寫控制程序，得到交通燈的輸出：紅、黃、綠交通燈以及倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器（2位七段數(shù)碼管）控制。如圖3所示。

3 單片機(jī)與PLC控制優(yōu)劣比較

本次交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)，可采用以上兩種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)踐兩種方法都是可行的。但他們卻各有優(yōu)劣，下面我將以表格（見表2）的形式將單片機(jī)與PLC進(jìn)行比較，以對(duì)比他們的不同點(diǎn)以及適用領(lǐng)域。

4 結(jié)語

單片機(jī)與PLC的應(yīng)用領(lǐng)域重合度很高，在很多場(chǎng)合都可以互相代替。但他們的價(jià)格卻是相差甚遠(yuǎn)，甚至是天壤之別。單片機(jī)的價(jià)格一般在幾十到一百來塊，而PLC的價(jià)格卻是幾千甚至上萬。但PLC是一定不能被單片機(jī)代替的。PLC優(yōu)勢(shì)在于可以使用梯形圖進(jìn)行二次開發(fā)。PLC是給電氣工程師使用的，而單片機(jī)是給電子工程師使用的。前者偏向于應(yīng)用，后者偏向與設(shè)計(jì)。電氣工程師不是電子工程師，他們的工作不是單單考慮單片機(jī)如何驅(qū)動(dòng)繼電器來控制機(jī)床的，甚至有的電氣工程師都不會(huì)C語言、匯編語言之類的單片機(jī)開發(fā)語言。其次，PLC的穩(wěn)定性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于單片機(jī)，由于現(xiàn)實(shí)生活中的工業(yè)條件惡劣，露天野外作業(yè)頻繁，PLC的抗環(huán)節(jié)干擾性也是單片機(jī)產(chǎn)品不能比擬的。

基于以上分析，本人認(rèn)為交通燈的信號(hào)燈設(shè)計(jì)工作條件不算太惡劣，只要將單片機(jī)封裝完好，做好溫度隔離措施，前次多做幾次集成測(cè)試，排除冗余，再做回歸測(cè)試，試運(yùn)行一段時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定后，再正式嵌入交通燈工作模塊中。一次設(shè)計(jì)，永久使用。采用單片機(jī)控制交通信號(hào)燈不失為節(jié)約成本的一個(gè)極好的方法。

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