基于低壓器件的交通燈時序控制設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上高 低 壓 電 器課 程 設 計 報 告 項目名稱 ：基于低壓器件的交通燈時序控制設計 院系名稱 ： 電子與電氣工程系 學年學期： 專業(yè)班級： 指導教師： 設計時間：2012年7月2日至2012年7月6日 姓名學號： 評定成績：目錄任務書1一、內容提要6二、設計流程6三、設計內容7（一）任務一7（二）任務二(2.1)11（三）任務二(2.2)14（四）任務三17四、設計總結21五、參考文獻21六、附錄21（一）硬件連接實物圖21（二）電路原理圖24高低壓電器課程設計任務書一、設計目的1、通過本課程設計，使學生對常用低壓電器的結構有直觀的認識并深刻理解其工作原理，通過對

2、高壓電器和低壓電器課程的學習與相關實驗的訓練，重點掌握對高低壓電器中的接觸器、時間延時繼電器、開關等常見開關器件性能了解和相關應用。特別是針對具體實際要求，能夠有效合理的選擇對應器件，并對控制電路的設計進行合理有效的分析布局。2、通過本課程設計，在指導老師的講解和引導下，能夠結合已有知識和技術解決不算復雜但相對綜合性的問題。在設計過程中，要求學生能夠全面考慮相互聯系的各個方面，并能合理有效的解決出現的問題性，培養(yǎng)學生綜合知識和分析問題的能力。3、培養(yǎng)學生撰寫實驗報告、研究論文等基本科研能力。二、設計任務及要求 設計任務描述：本次課程設計主要是通過前期學習過的高低壓電器中的相關知識，針對實際運行

3、的交通燈時序進行合理有效的設計，并且解決處理相應的突發(fā)性問題，圖1為常見交通燈分布圖，為了保證交通能夠正常運行，必須保證東西方向與南北方向控制順序實現互補。圖1 交通燈分布圖相關時序要求如下所示：任務一、完成如圖2到圖7所示的紅綠燈循環(huán)切換圖2 紅綠燈循環(huán)切換圖3 紅綠燈等比循環(huán)切換圖4 紅綠燈循環(huán)切換圖5 紅綠燈循環(huán)切換圖6 紅綠燈循環(huán)切換圖7 紅綠燈循環(huán)切換圖8 紅綠燈循環(huán)切換（注意1要能初始控制；2:要能循環(huán)起來；3要避免時間繼電器引起的競爭問題）任務二：（2.1與2.2中各選一圖做）2.1完成如圖9所示的紅綠燈循環(huán)切換圖9-1 僅紅綠燈作用時序圖圖9-2僅紅綠燈作用時序圖圖9-3 附加

4、題僅紅綠燈作用時序圖2.2完成如圖10所示的紅綠黃燈循環(huán)切換圖10-1紅綠黃燈作用時序圖圖10-2紅綠黃燈作用時序圖圖10-3附加題 紅綠黃等作用時序圖任務三：完成特殊事件（消防車通過）行程開關鎖燈設計消防車或者救護車通過一個方向時，要求通過方向保持綠燈，交叉方向保持紅燈。補充任務：完成南北或者東西同時綠燈或者紅的的故障排除南北或者東西方向同時出現紅燈或者綠燈時，進行故障報警。三、設計時間進度安排時間周次任務備注2012.7.221周周一上午講解設計目的、要求和方法，分組選題 下午熟悉基本控制流程，繪制草圖，準備器件選型2011.7.321周周二上午設計電路，分組答辯，提出設計方案，分發(fā)相應器

5、件下午完成任務書任務一2011.7.421周周三上午完成任務書要求任務二下午2011.7.521周周四上午完成任務書要求任務三下午2011.7.621周周五上午完成系統(tǒng)總調試書寫報告下午課程設計作品驗收，上交課程設計報告一、內容提要在自動控制系統(tǒng)中，常用到以時間為參數的控制電路，例如十字路口的交通燈時序控制。交通控制系統(tǒng)是近現代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展而產生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。十字路口的紅綠燈指揮著行人和車輛的安全運行，實現紅綠燈的自動指揮能夠使交通管理工作得到改善，也是城市交通管理工作自動化的重要標志之一。本課題即是利用時間繼電器、接觸器組成的控制電路來解決十字路口交通信號燈控制的

6、問題。時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理來實現延時控制的自動開關裝置，主要用在較低電壓或較小電流的電路上，在電氣控制系統(tǒng)中是一個非常重要的元器件。當它接受啟動信號后開始計時，計時結束后，其工作觸頭進行開或合的動作，從而推動后續(xù)的電路工作。一般來說，時間繼電器的延時性能在設計的范圍內是可以調節(jié)的，從而方便調整它的延時時間長短。通過配置一定數量的時間繼電器可以實現開始延時閉合，閉合一段時間后再斷開，先實現延時閉合后延時斷開。本次設計即是基于低壓器件的十字路口交通燈時序控制系統(tǒng)，以時間繼電器為核心來設計滿足不同時序情況的交通信號燈控制電路，并用實物進行模擬控制，從而驗證設計方案的正確性。二、設計

7、流程整體設計流程可分為如下六部分：（1）根據任務提出的要求進行小組討論，并初步確定大體實現方案。（2）小組成員合理分配任務，設計并繪制主電路與控制電路草圖。（3）對設計草圖進行進一步分析、修改，畫出正式設計原理圖。（4）選擇合適的電器器件，并進行硬件線路連接，驗證設計方案的正確性。（5）進行系統(tǒng)調試，并根據硬件的實際實現情況對設計方案進行進一步修改、改進。（6）確定最終設計方案，并請老師查看、驗收，同時保留相關設計圖片和視頻。具體流程圖如圖1所示：圖1.紅綠燈控制系統(tǒng)設計流程圖三、設計內容（一）任務一.圖3.紅綠燈等比循環(huán)切換：1.時序圖如圖2所示：圖2. 紅綠燈等比循環(huán)切換時序圖2.電路設計

8、所用器件列表如表1所示：表1.任務一.圖3所用器件列表3.電路原理圖：（1）系統(tǒng)主電路圖如圖3所示： 圖3.主回路電路圖（2）系統(tǒng)控制電路圖如圖4所示：圖4.控制電路電路圖（3）總體電路圖如圖5所示：圖5.總體電路圖4.設計思路：紅燈、綠燈的亮滅可分別通過控制接觸器線圈KM1、KM2是否得電來實現。紅燈在第4s滅可由時間繼電器KT1延時4s來實現；在第5s亮可由時間繼電器KT1、KT2各延時4s、1s來實現；在第6s滅可由KT1、KT3各延時4s、2s來實現。綠燈在第7s亮可由時間繼電器KT1、KT4各延時4s、3s來實現；在第11s亮可由時間繼電器KT1、KT4、KT5各延時4s、3s、4s

9、來實現；在第12s亮可由時間繼電器KT1、KT4、KT5、KT6各延時4s、3s、4s、1s來實現；在第13s亮可由時間繼電器KT1、KT4、KT5、KT7各延時4s、3s、4s、2s來實現；電路進入下一循環(huán)的功能可由時間繼電器KT1、KT4、KT5、KT8各延時4s、3s、4s、3s，然后KT8的常閉延時觸點切斷KT1線圈支路，使KT1線圈斷電來實現。5.電路分析：當電路接通電源，合上刀開關QS時，線圈KM1得電，紅燈亮。同時線圈KT1也得電，延時4s之后，其常開延時觸點KT1閉合，線圈KT2、KT3、KT4同時得電，KT2瞬動常閉觸點斷開，線圈KM1斷電，紅燈滅。又延時1s后，KT2的常開

10、延時觸點閉合，線圈KM1得電，紅燈亮。當KT3的2s延時時間到時，其常閉延時觸點斷開，線圈KM1斷電，紅燈滅。然后KT4的3s延時時間到，其常開延時觸點KT4閉合，線圈KT5、KM2得電，綠燈亮。延時4s后，KT5常開延時觸點閉合，常閉延時觸點斷開，線圈KM2斷電，綠燈滅，線圈KT6、KT7、KT8同時得電。當KT6的1s延時時間到，其常開延時觸點閉合，綠燈亮。當KT7的2s延時時間到，其常閉延時觸點斷開，線圈KM2斷電，綠燈滅。當KT8的3s延時時間到，其常閉延時觸點斷開，使得線圈KM1斷電，整個電路回到了初始狀態(tài)，開始進入下一個工作循環(huán)。6.硬件連線圖：系統(tǒng)的具體硬件連線圖如圖6所示：圖6

11、.任務一.圖3.硬件連線圖（二）任務二.2.1圖9-1.僅紅綠燈作用時序圖（東西方向）：1.時序圖如圖7所示：圖7. 僅紅綠燈作用時序圖2.電路設計所用器件列表如表2所示：表2. 任務二.2.1圖9-1所用器件列表3.原理圖：（1）系統(tǒng)主電路圖如圖8所示： 圖8.主回路電路圖（2）系統(tǒng)控制電路圖如圖9所示： 圖9.控制電路電路圖（3）總體電路圖如圖10所示：圖10.總體電路圖4.設計思路：紅燈、綠燈的亮滅可分別通過控制接觸器線圈KM1、KM2是否得電來實現。紅燈在第10s時滅、綠燈在第10s時亮可由時間繼電器KT1延時10s，并與KT2的瞬動常開觸點相配合來實現；綠燈在第16s時滅可由時間繼電

12、器KT1、KT2分別延時10s、6s來實現；綠燈亮2s、滅2s可由KT1、KT3、KT4分別延時10s、8s、10s來實現。電路進入下一個循環(huán)狀態(tài)可由KT1、KT4均延時10s，然后KT1的常閉延時觸點切斷KT1線圈支路，使KT1線圈斷電來實現。5.電路分析：當電路接通電源，合上刀開關QS時，線圈KM1得電，紅燈亮。線圈KT1也得電，延時10s后，其常開延時觸點KT1閉合，線圈KT2、KT3、KT4同時得電，KT2瞬動常開觸點閉合，線圈KM2得電，綠燈亮。當KT2的6s延時時間到時，其常閉延時觸點斷開，線圈KM2斷電，綠燈滅。然后KT3的8s延時時間到，其常開延時觸點閉合，線圈KM2得電，綠燈

13、亮。當KT4的10s延時時間到，其常閉延時觸點斷開，綠燈滅，同時線圈KT1斷電，整個電路回到初始狀態(tài)，開始進入下一個工作循環(huán)。6.硬件連線圖：系統(tǒng)的具體硬件連線圖如圖11所示：圖11.任務二. 2.1圖9-1硬件連線圖（三）任務二.2.2圖10-1.紅綠黃燈作用時序圖（東西方向）：1.時序圖如圖12所示：圖12.紅綠黃燈作用時序圖2.電路設計所用器件列表如表3所示：表3. 任務二.2.2圖10-1所用器件列表3.原理圖：（1）系統(tǒng)主電路圖如圖13所示： 圖13.主回路電路圖（2）系統(tǒng)控制電路圖如圖14所示：圖14.控制電路電路圖（3）總體電路圖如圖15所示：圖15.總體電路圖4.設計思路：紅燈

14、、綠燈的亮滅可分別通過控制接觸器線圈KM1、KM2是否得電來實現。紅燈在第10s時滅可由KT1延時10s來實現。黃燈亮1s，滅1s可由KT1、KT2、 KT3各延時10s、1s、2s來實現。綠燈在第12s亮，可由KT1、KT3分別延時10s、2s來實現。綠燈在第16s滅可由KT1、KT4分別延時10s、4s來實現；綠燈亮1s滅1s共兩次可由KT1、KT5、KT6、KT7、KT8分別延時1s、7s、1s、2s、1s來實現。電路進入下一循環(huán)可由KT8的1s延時時間到，其常閉延時觸點動作，切斷KT1線圈支路，使KT1線圈斷電來實現。5.電路分析：當電路接通電源，合上刀開關QS時，線圈KM1得電，紅燈

15、亮。線圈KT1也得電。當KT1的10s延時時間到，線圈KT2、KT3、KT4、KT5同時得電。當KT2的1s延時時間到，其常開延時觸點閉合，黃燈亮。當KT3的2s延時時間到，其常閉延時觸點斷開，常開延時觸點閉合，黃燈滅，綠燈亮。當KT4的6s延時時間到，其常閉延時觸點斷開，綠燈滅。當KT5的7s延時時間到，其常開延時觸點閉合，線圈KT6、KT7同時得電，KT6瞬動常開觸點閉合，綠燈亮。當KT6的1s延時時間到，其常閉延時觸點斷開，綠燈滅。當KT7的2s延時時間到，其常開延時觸點閉合，線圈KT8得電，其瞬動常開觸點閉合，綠燈亮。當KT8的1s延時時間到，其常閉延時觸點將線圈KT1支路切斷，整個電

16、路回到初始狀態(tài)，開始進入下一工作循環(huán)。6.硬件連線圖：系統(tǒng)的具體硬件連線圖如圖16所示：圖16.任務二.2.2圖10-1硬件連線圖（四）任務三.完成特殊事件（消防車通過）行程開關鎖燈設計（基于2.1圖9-1.僅紅綠燈作用時序圖（東西方向）上）：1.時序圖如圖17所示：圖17. 僅紅綠燈作用時序圖2.電路設計所用器件列表如表4所示：表4. 任務三所用器件列表3.原理圖：（1）系統(tǒng)主電路圖如圖18所示： 圖18.主電路圖（2）系統(tǒng)控制電路電路圖如圖19所示：圖19.控制回路電路圖（3）總體電路圖如圖20所示：圖20.總體電路圖4.設計思路：紅燈、綠燈的亮滅可分別通過控制接觸器線圈KM1、KM2是否

17、得電來實現。紅燈在第10s時滅、綠燈在第10s時亮可由時間繼電器KT1延時10s，并與KT2的瞬動常開觸點相配合來實現。綠燈在第16s時滅可由時間繼電器KT1、KT2各延時10s、6s來實現；綠燈亮2s、滅2s可由時間繼電器KT1、KT3、KT4分別延時10s、8s、10s來實現。電路進入下一個循環(huán)狀態(tài)可由時間繼電器KT1、KT4均延時10s，然后KT1的常閉延時觸點切斷KT1線圈支路，使得KT1線圈斷電來實現。鎖綠燈的功能可以由一個行程開關來實現。5.電路分析：當電路接通電源，合上刀開關QS，行程開關SQ處于斷開狀態(tài)之時，線圈KM1得電，紅燈亮。同時線圈KT1也得電，延時10s之后，其常開延

18、時觸點KT1閉合，線圈KT2、KT3、KT4均同時得電，KT2的瞬動常開觸點閉合，線圈KM2得電，綠燈亮。當KT2的6s延時時間到時，其常閉延時觸點斷開，線圈KM2斷電，綠燈滅。然后KT3的8s延時時間到，其常開延時觸點閉合，線圈KM2得電，綠燈亮。當KT4的10s延時時間到，其常閉延時觸點斷開，綠燈滅，同時線圈KT1斷電，整個電路回到了初始狀態(tài)，開始進入下一個工作循環(huán)。當行程開關SQ閉合時，線圈KM3始終得電，其瞬動常閉觸點斷開，瞬動常開觸點閉合，綠燈長亮，紅燈長滅，從而實現鎖住綠燈的功能。6.硬件連線圖：四、設計總結每個時間繼電器KT，其延時常開觸點和延時常閉觸點有一個公共端，接線之時應當

19、根據實際布線，讓公共端接在一起。一個繼電器只帶有一對常開或常閉觸點，因此，其常閉或常開觸點不能重復使用。為了避免競爭冒險的問題，應該使控制循環(huán)的觸點接在控制回路里，而不是接在QS端。在設計過程中，由于實際器件其觸點個數有限，并且時間繼電器KT的最長延時時間只有10秒，一般不夠電路設計時的延時時間，因此應當考慮用兩個時間繼電器來共同延時，及利用前一時間繼電器的常開延時觸點與后一個時間繼電器線圈串聯，這樣，實際延長的時間為兩個繼電器延時時間之和。通過此次高低壓電器課程設計，我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題的全面系統(tǒng)的鍛煉，對時間繼電器和接觸器使用的基本原理以及在時序控制方面有了更多了解。本次課程設計的過程雖然有些辛苦，但收獲卻是很大的。在設計過程中，小組成員能夠全面考慮相互聯系的各個