CN209433597U - 带倒计时显示的交通灯实训教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带倒计时显示的交通灯实训教具，包括被控对象单元和控制单元；被控对象单元包括安装盒，安装盒四个侧面依次安装有东向红黄绿指示灯、南向红黄绿指示灯、西向红黄绿指示灯和北向红黄绿指示灯；安装盒底部通过竖直的支撑杆固定在底板上，支撑杆上固定有PCB板，PCB板上安装有数码显示管；底板上设置有启动按钮和停止按钮。本实用新型直观显示了交通灯的动态运行过程，解决了PLC教学过程中可视性差、缺乏趣味性、设备单一的问题；采用74LS47芯片搭建转换电路，通过整数与BCD码转换指令编程节约PLC端子，实现只需PLC的8个输出端子就能实现两位数的倒计时显示。

Description

带倒计时显示的交通灯实训教具

技术领域

本实用新型属于教学教具技术领域，具体涉及一种带倒计时显示的交通灯实训教具。

背景技术

随着工控技术的飞速发展，PLC技术、组态控制技术在自动化领域发挥着来越重要的作用，这就要求所设计的教学项目将电气控制、PLC技术及组态技术融入一体，使学生从更广泛的、实际应用的角度学习和认识工业自动化，PLC教学作为高等学校一门工控基础课程也日益显示出其重要性。

因此在PLC教学中,迫切需要设计一个被控对象的实际模型，将工业现场真实再现，使控制效果直观化。但目前市面上的交通灯实训教具大都是用发光二极管模拟被控对象，只能进行验证性试验，端口封装不能真实再现外围实际被控对象与控制器的实物连接关系；不能进行倒计时显示；无法直观显示交通灯的动态工作过程过程。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带倒计时显示的交通灯实训教具，解决了现有教具只是用发光二极管模拟被控对象不能真实再现外围实际被控对象与控制器的实物连接关系、没有倒计时显示、无法直观显示交通灯动态运行过程的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，带倒计时显示的交通灯实训教具，包括被控对象单元和控制单元；

被控对象单元包括安装盒，安装盒四个侧面依次安装有东向红黄绿指示灯、南向红黄绿指示灯、西向红黄绿指示灯和北向红黄绿指示灯；安装盒底部通过竖直的支撑杆固定在底板上，支撑杆上固定有PCB板，PCB板上安装有数码显示管；底板上设置有启动按钮和停止按钮；

控制单元包括控制器和触摸屏，控制器分别与触摸屏、启动按钮、停止按钮、数码显示管、东向红黄绿指示灯、南向红黄绿指示灯、西向红黄绿指示灯和北向红黄绿指示灯连接。

本实用新型的特点还在于，

控制器为西门子S7-200 CPU226cn DC/DC/DC PLC。

触摸屏为嵌入式TPC1061Ti。

PCB板上安装有带74LS47芯片的转换电路。

启动按钮和停止按钮选用LA16-Y-11BN。

本实用新型的有益效果是：

解决现有教具只能用发光二极管模拟被控对象、无法实现可视化控制、端口封装不能真实再现外围实际被控对象与控制器的实物连接关系等问题，使教学环境与工业现场相对接，为《电工电子技术》、《可编程控制器技术》、《组态控制技术》等一体化课程提供真实的教具；

应用到《电工电子技术》一体化课程中，可以训练学生74LS47芯片学习与使用；应用到《可编程控制器技术》一体化课程中，可以训练整数与BCD码转换指令、数据传送指令、七段码显示指令、定时器指令的掌握及时序控制编程方法的训练；应用到《组态控制技术》一体化课程中，可以训练上位机与下位机设备组态、联机调试等方面的能力；

使得教学过程比较直观逼真、更具有实际工程性，采用MCGS工业组态软件制作了人机界面，直观显示了交通灯的动态运行过程，解决了PLC教学过程中可视性差、缺乏趣味性、设备单一的问题；

采用74LS47芯片搭建转换电路，通过整数与BCD码转换指令编程节约PLC端子，实现只需PLC的8个输出端子就能实现两位数的倒计时显示，使得学生在学习过程中考虑更多的现场施工及应用问题。

附图说明

图1是本实用新型带倒计时显示的交通灯实训教具的被控对象单元结构示意图；

图2是本实用新型带倒计时显示的交通灯实训教具的原理框图；

图3是本实用新型带倒计时显示的交通灯实训教具的控制单元电路图；

图4是本实用新型带倒计时显示的交通灯实训教具的系统供电电路；

图5是本实用新型带倒计时显示的交通灯实训教具的倒计时显示PCB板电路图；

图6是本实用新型带倒计时显示的交通灯实训教具的工作时序图。

图中，101.安装盒，102.东向红黄绿指示灯，103.西向红黄绿指示灯，104.PCB板，105.数码显示管，106.支撑杆，107.启动按钮，108.停止按钮，110.底板，112.南向红黄绿指示灯，113.北向红黄绿指示灯。

201.触摸屏，202.控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型带倒计时显示的交通灯实训教具，结构如图1-图2所示，包括被控对象单元和控制单元；

被控对象单元包括安装盒101，安装盒101四个侧面依次安装有东向红黄绿指示灯102、南向红黄绿指示灯112、西向红黄绿指示灯103和北向红黄绿指示灯113；安装盒101底部通过竖直的支撑杆106固定在底板110上，支撑杆106上固定有PCB板104，PCB板104上安装有数码显示管105；底板110上设置有启动按钮107和停止按钮108；

控制单元包括控制器202和触摸屏201，控制单元与被控单元是相互独立的，控制单元单独固定在一块网孔板上，控制器202与触摸屏201通过一根485通信电缆连接。控制器202分别与触摸屏201、启动按钮107、停止按钮108、数码显示管105、东向红黄绿指示灯102、南向红黄绿指示灯112、西向红黄绿指示灯103和北向红黄绿指示灯113连接，安装时可通过端子排将启动按钮107、停止按钮108、数码显示管105、东向红黄绿指示灯102、南向红黄绿指示灯112、西向红黄绿指示灯103和北向红黄绿指示灯113的信号线引出至与控制器202连接。

控制器202为西门子S7-200 CPU226cn DC/DC/DC PLC。

触摸屏201为嵌入式TPC1061Ti。

PCB板104上安装有带74LS47芯片的转换电路。

启动按钮107和停止按钮108选用LA16-Y-11BN。

图5所示PCB板104的电路图，PCB板104主要作用是利用共阳极的七段数码管5161BS与74LS47芯片构成完整的数码管显示电路，实现在数码管上一次显示0～9十个数字即构成译码电路。74LS47是七段数码管5161BS译码器，74LS47的功能是将BCD码转化成数码块中的数字，通过他来进行解码，可以直接把数字转化为数码管的数字，从而简化程序，节约PLC的输出开销即节约输出端子，即在PLC程序中输出的是BCD码通过104的电路使数码管105显示十进制数。在图5中，两个数码显示管105、两个74LS47芯片能显示两位数。图中7段数码管是共阳显示电路。共阳接法指的是：把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极，共阳就是把abcdefg7个发光二极管的正极连接在一起并接在5V电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的输出端上即图5中的13脚OA、12脚OB、11脚OC、10脚OD、9脚OE、15脚OF、14脚OG。74LS47的7脚、1脚、2脚、6脚在与PLC输出端Q1.0～Q1.3连接之前必须经过限流10K欧电阻，否则通电后就把7段数码管烧坏。10K欧限流电阻的选取依据是：5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。

综上所述，图5实现的功能就是通过74LS47译码电路把PLC输出的BCD码表示的十进制数通过数码管显示输出。译码电路的输入是经过限流电阻限流后的PLC输出的4位BCD码，译码电路的输出连接数码管的7个负极，数码管的abcdefg7个发光二极管的正极连接在一起并接在5V电源上。两位十进制数需要两个译码电路，仅仅占用PLC8个输出端子就可以显示两位十进制数。

本实用新型带倒计时显示的交通灯实训教具，能实现十字路口交通信号灯的指示功能，并且可以对东西方向红灯和南北方向红灯的运行时间进行倒计时显示，具体工作时序图见图6。

当系统上电后，两个七段数码显示管105显示为“00”，东向红黄绿指示灯102、南向红黄绿指示灯112、西向红黄绿指示灯103和北向红黄绿指示灯113的红黄绿灯均熄灭系统处于初始状态。

按下启动按钮107，东向红黄绿指示灯102、西向红黄绿指示灯103的红色指示灯点亮15s，两个七段数码显示管105进行倒计时显示(即从15开始以秒为单位计时倒数)，在该时间段内，南向红黄绿指示灯112、北向红黄绿指示灯113的工作如下：首先，南向红黄绿指示灯112、北向红黄绿指示灯113的绿灯点亮10s，10s后熄灭，然后，南向红黄绿指示灯112、北向红黄绿指示灯113的绿灯再闪烁3s，3s后熄灭，最后，南向红黄绿指示灯112、北向红黄绿指示灯113的黄灯点亮2s，2s后熄灭；接下来，南向红黄绿指示灯112、北向红黄绿指示灯113的红色指示灯点亮13s，两个七段数码显示管105进行倒计时显示(即从13开始以秒为单位计时倒数)，在该时间段内，东向红黄绿指示灯102、西向红黄绿指示灯103的工作如下：首先，东向红黄绿指示灯102、西向红黄绿指示灯103的绿灯点亮8s，8s后熄灭，然后，东向红黄绿指示灯102、西向红黄绿指示灯103的绿灯再闪烁3s，3s后熄灭，最后，东向红黄绿指示灯102、西向红黄绿指示灯103的黄灯点亮2s，2s后熄灭；完成一个工作周期，只要不按停止按钮交通灯就按照以上的时序关系周而复始的工作。

运行过程中，当按下停止按钮108时，控制器202输出使两个七段数码显示管105显示为“00”，东向红黄绿指示灯102、西向红黄绿指示灯103、南向红黄绿指示灯112、北向红黄绿指示灯113均熄灭系统回到初始状态。

在整个运行过程中，触摸屏201实时对运行过程进行监控并以动画的形式同步整个运行过程，同时也可以通过触摸屏201中相应的按钮动作控制交通灯的运行，实现管控一体化。

本实用新型的电路图如图3所示，PLC采用CPU226，系统中开关量输入信号2个，开关量输出信号14个。

图4是本实用新型的系统供电电路。整个系统采用24V直流供电。

启动按钮107、停止按钮108选用的是LA16-Y-11BN，24V，M16的带灯按钮。东向红黄绿指示灯102、南向红黄绿指示灯112、西向红黄绿指示灯103和北向红黄绿指示灯113选用的是AD16-16SMAC/DC 24V，按钮和指示灯均选用24V且直径都为16m，一方面处于安全考虑，一方面是为大小一致便于开孔和安装。数码管105选用的是5161BS红色1位0.5寸共阳极数码管，一方面处于安全考虑，一方面是考虑到转换电路实现方法简单易实现。

本实用新型教具能为《电工电子技术》、《可编程控制器技术》、《组态控制技术》等一体化课程提供真实的教具，系统操作简单，基于MCGS开发的人机界面能直观动态显示整个运行过程能实现管控一体化，同时设计思路也具有一定的实际应用价值。

Claims (4)

1.带倒计时显示的交通灯实训教具，其特征在于，包括被控对象单元和控制单元；

所述被控对象单元包括安装盒(101)，所述安装盒(101)四个侧面依次安装有东向红黄绿指示灯(102)、南向红黄绿指示灯(112)、西向红黄绿指示灯(103)和北向红黄绿指示灯(113)；所述安装盒(101)底部通过竖直的支撑杆(106)固定在底板(110)上，所述支撑杆(106)上固定有PCB板(104)，所述PCB板(104)上安装有数码显示管(105)；所述底板(110)上设置有启动按钮(107)和停止按钮(108)；

所述控制单元包括控制器(202)和触摸屏(201)，所述控制器(202)分别与触摸屏(201)、启动按钮(107)、停止按钮(108)、数码显示管(105)、东向红黄绿指示灯(102)、南向红黄绿指示灯(112)、西向红黄绿指示灯(103)、北向红黄绿指示灯(113)连接；

所述PCB板(104)上安装有带74LS47芯片的转换电路。

2.根据权利要求1所述的带倒计时显示的交通灯实训教具，其特征在于，所述控制器(202)为西门子S7-200 CPU226cn DC/DC/DC PLC。

3.根据权利要求1所述的带倒计时显示的交通灯实训教具，其特征在于，所述触摸屏(201)为嵌入式TPC1061Ti。

4.根据权利要求1所述的带倒计时显示的交通灯实训教具，其特征在于，所述启动按钮(107)和停止按钮(108)选用的是LA16-Y-11BN。