簡(jiǎn)易交通燈控制器的設(shè)計(jì)報(bào)告

1、一、概述交通燈在人類道路交通發(fā)展過(guò)程中扮演著非常重要的角色，而我國(guó)是一個(gè)人口超級(jí)大國(guó)，汽車工業(yè)的發(fā)展正在快速增長(zhǎng)的階段，因此限制車輛的增加不是解決問(wèn)題的好方法。而采取增加供給，即大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施的方法，在資源、環(huán)境矛盾越來(lái)越突出的今天，面對(duì)越來(lái)越擁擠的交通，有限的源和財(cái)力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他方法來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。智能交通燈系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一。對(duì)城市交通流進(jìn)行智能控制，可以使道路暢通，提高交通效率。合理進(jìn)行交通燈控制可以對(duì)交通流進(jìn)行有效的引導(dǎo)和調(diào)度，使交通保持在一個(gè)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，從而避免或緩和交通擁擠狀況，大大提高

2、交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行效率，還可以減少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，節(jié)省能源消耗，本文就是通過(guò)對(duì)交叉路口交通燈的智能控制，達(dá)到優(yōu)化路口交通流的目的。二、方案論證設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的交通燈控制器。實(shí)際上就是四個(gè)平時(shí)狀態(tài)加上一個(gè)緊急狀態(tài)。我們不妨設(shè)：S1：南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮，時(shí)間15s；S2：南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮，時(shí)間3s；S3：南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間l5s；S4：南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間3s；S5（緊急狀態(tài)）：如果發(fā)生緊急事件，可以手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮。主電路狀態(tài)南北紅燈南北黃燈南北綠燈東西紅燈東西黃燈東西綠燈S1100001S2100010S300

3、1100S4010100S5100100圖1 主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換S5的緊急狀態(tài)，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)來(lái)控制這個(gè)狀態(tài)的開啟與關(guān)閉。剩余的四個(gè)狀態(tài)我們可以放在一起來(lái)綜合考慮。因?yàn)樗膫€(gè)狀態(tài)是輪換的。首先，用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)平時(shí)狀態(tài)下的四種情況進(jìn)行計(jì)數(shù)，再用3線8線譯碼器對(duì)這四種狀態(tài)進(jìn)行編碼，之后控制四個(gè)方向的二極管（代替紅綠燈）的亮暗。其次，1Hz脈沖信號(hào)我們可以用555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)。555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動(dòng)電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。再者，用兩片

4、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器來(lái)顯示黃綠燈亮的秒數(shù)。最后，就可以基本實(shí)現(xiàn)紅綠燈的簡(jiǎn)單控制。 圖2 紅綠燈控制器的基本流程圖三、電路設(shè)計(jì)1. 脈沖產(chǎn)生電路脈沖是由555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生的。選取兩個(gè)固定電阻，計(jì)算出電容，使其頻率為1Hz，其電路圖如下: 圖3 脈沖產(chǎn)生電路其高電平時(shí)間為：其低電平時(shí)間為：占空比：頻率f=1.015Hz（約為1Hz）2.倒計(jì)時(shí)電路 因?yàn)槭堑褂?jì)時(shí)的15s和倒計(jì)時(shí)的3s，涉及到兩位數(shù)，所以采用兩片十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器芯片。圖3 倒計(jì)時(shí)電路 我們要完成的是15s和3s的倒計(jì)時(shí)循環(huán)，因?yàn)槭堑褂?jì)時(shí)，所以將脈沖接到down的一端。左邊的芯片表示的是十位的數(shù)字，右邊的芯片表示的是各位的數(shù)

5、字。十位之涉及到0和1，所以只要控制A端的輸入為0或1，所以用一個(gè)異或門連接譯碼器的Y0和Y2上，因?yàn)檫@兩個(gè)輸出端控制的是黃燈的狀態(tài)（具體在譯碼器部分有解釋），剩下的端口全部接地。各位的數(shù)字之涉及到3和5，所以輸入端為0101和0011，這兩個(gè)數(shù)的差別就在于中間的兩位并且互反，所以將c端口接到譯碼器的b端口即可。并將兩個(gè)借位輸出連接到一個(gè)與門上來(lái)控制置數(shù)端。3.計(jì)數(shù)電路 用計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)四個(gè)狀態(tài)，就是從15s->3s->15s->3s進(jìn)行循環(huán)，輸出為00 01 10 11。選擇74LS160芯片，用的是置數(shù)法，實(shí)現(xiàn)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如圖：圖4 計(jì)數(shù)電路 這計(jì)數(shù)電路就是用來(lái)循環(huán)記錄0

6、0 01 10 11 四個(gè)基本狀態(tài)的。4. 狀態(tài)譯碼電路從十進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出了4個(gè)狀態(tài)，對(duì)這四個(gè)狀態(tài)進(jìn)行譯碼。真值表如下：（因?yàn)橹挥兴膫€(gè)狀態(tài)，超出的部分就不寫了）輸入輸出A1A0Y3Y2Y1Y0000001010010100100111000表1 3位二進(jìn)制譯碼器真值表（部分）譯碼階段已經(jīng)完成，接下來(lái)就是用這些譯碼出來(lái)的信號(hào)。來(lái)控制四個(gè)方向紅綠燈的狀態(tài)。輸出為0001,0010,0100,1000的時(shí)候分別對(duì)應(yīng)著S3,S1,S2,S4四個(gè)狀態(tài)，并且同方向的一個(gè)燈亮起的時(shí)候剩余的燈必須是保持暗的狀態(tài)。所以用與非門和非門來(lái)控制二極管。首先是黃燈的控制，黃燈出現(xiàn)在S2和S4的狀態(tài)下，所以將非門連接在Y

7、1，Y3處。將綠燈接在Y0，Y2處。紅燈的切換是在黃燈亮之后，所以用與非門來(lái)控制。南北的與非門兩端分別接Y2,Y3；東西的與非門兩端分別接Y1,Y3。接下來(lái)說(shuō)明一下為什么要這么接。就S1狀態(tài)而言，南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮，時(shí)間15s，譯碼器的輸出為0010。此時(shí)東西方向有且僅有綠燈在亮，南北方向有且僅有紅燈在亮。所以東西方向的綠燈要是想亮就得連接Y1端。同理，分析四種狀態(tài)分別得出南北的黃燈連接Y0，南北的綠燈連接Y3，東西的黃燈連接Y2。之后分析如何讓紅燈亮。紅燈的亮暗是在黃燈的亮暗之后切換的，所以用一個(gè)與非門。先用南北方向上的紅燈來(lái)分析，南北的紅燈時(shí)在S1和S2兩個(gè)狀態(tài)都亮的，其輸出為

8、0010和0100，所以與非門的兩端接的是Y1與Y2。同理東西方向的紅燈連接的是Y0與Y3。圖5 狀態(tài)譯碼電路5. 緊急控制開關(guān)電路開關(guān)沒(méi)開啟之前要保持之前的狀態(tài)，開關(guān)開啟之后，四個(gè)紅燈全部亮起，并且計(jì)數(shù)器歸零。首先，讓四個(gè)紅燈全部亮起。在對(duì)紅燈輸入信號(hào)之前接出一個(gè)或門，其中的一端接原來(lái)的信號(hào)，另一端接0，這樣保證了原有信號(hào)的輸出。開關(guān)閉合后，讓原本接0信號(hào)的那一段改變?yōu)?信號(hào)，就強(qiáng)制使紅燈的輸出變成了1，實(shí)現(xiàn)了功能。其次，讓計(jì)數(shù)器歸0。開關(guān)沒(méi)有動(dòng)作之前，讓十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器的清零端接0信號(hào)，開關(guān)動(dòng)作后，讓清零端接1信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了清零的功能。如圖：圖6 緊急開關(guān)控制四、性能測(cè)試1. 脈沖產(chǎn)生電路的

9、測(cè)試為了在仿真中快速的看到結(jié)果，故將電容縮小了100倍，仿真如下圖，脈沖周期約為10ms，擴(kuò)大100倍即為1s，頻率為1Hz。圖7 脈沖產(chǎn)生電路仿真測(cè)試圖2. 倒計(jì)時(shí)電路的測(cè)試 檢驗(yàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器是否可以從15s和3s開始倒計(jì)時(shí)。圖8 十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器15s檢測(cè)圖圖9 十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器3s檢測(cè)圖3.電路整體性能測(cè)試總電路見(jiàn)附錄I。（由于十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)4種狀態(tài)，38線譯碼器，緊急控制開關(guān)無(wú)法單獨(dú)顯示測(cè)試結(jié)果所以放在電路的整體性能的測(cè)試上）S1狀態(tài)：南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮，時(shí)間15s；圖10 S1狀態(tài)檢測(cè)圖S2：南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮，時(shí)間3s；圖 11 S2狀態(tài)檢測(cè)圖S3：南北方

10、向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間l5s；圖12 S3狀態(tài)檢測(cè)圖S4：南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間3s圖13 S4狀態(tài)檢測(cè)圖S5（緊急狀態(tài)）：如果發(fā)生緊急事件，可手動(dòng)控制四個(gè)方向紅燈全亮圖 14 緊急狀態(tài)檢測(cè)圖五、結(jié)論經(jīng)過(guò)兩周的努力終于完成了關(guān)于交通燈控制電路的電子課程設(shè)計(jì)，通過(guò)不斷的查資料讓我積累了許多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，已初步掌握了數(shù)電的應(yīng)用技術(shù)。我深刻體會(huì)到數(shù)字電子技術(shù)對(duì)當(dāng)今現(xiàn)代社會(huì)的重要作用。經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了怎樣把計(jì)劃付諸于實(shí)際行動(dòng)中。同時(shí)與社會(huì)的不斷高速發(fā)展的步伐相比，我認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)的知識(shí)和技能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，缺乏應(yīng)有的動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有待在今后的學(xué)習(xí)實(shí)踐中進(jìn)一步提高。經(jīng)過(guò)

11、這次課程設(shè)計(jì)，我更加認(rèn)識(shí)到要學(xué)好自己的專業(yè)知識(shí)以適應(yīng)不斷發(fā)展的社會(huì)。 參考文獻(xiàn)1 閻石主編.，數(shù)字電子技術(shù). M北京：高等教育出版社，2006年2 陳振官等編著.，新穎高效聲光報(bào)警器. M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005年3 彭介華，電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京：高等教育出版社 4 孫梅生，李美鶯，徐振英. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)M. 北京：高等教育出版社 5 梁宗善.，電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)M. 武漢：華中理工大學(xué)出版社 6 張玉璞，李慶常. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)M. 北京：北京理工大學(xué)出版社 7 謝自美，電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試（第二版）M.武漢：華中科技大學(xué)出版社附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1U1 U2 十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器 74LS162N22U3 U4 U19 U21數(shù)碼管43U5十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS