交通燈定時控制系統(tǒng)

1、 交 通 燈定 時 控制 系 統(tǒng) 交通燈定時控制系統(tǒng)摘 要交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的科技手段加以實現(xiàn)。本文在對目前交通控制進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用檢測傳感、實時調(diào)整智能化控制的實現(xiàn)技術(shù)，將傳感器監(jiān)測、實時調(diào)整車輛通行時間的算法與單片機(jī)控制作用相結(jié)合，提出了基于單片機(jī)的交通控制系統(tǒng)設(shè)計方案。8051 單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)由 8051 單片機(jī)、交通燈顯示、 LED 倒計時、車流量檢測及調(diào)整、違規(guī)檢測、緊急處理、時間模式手動設(shè)置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時間

2、手動設(shè)置、可倒計時顯示、急車強(qiáng)行通過、車流量檢測及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能。理論證明該系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟(jì)、有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能，二是進(jìn)行傳感器的硬件電路、顯示電路等的設(shè)計和基本功能要求。三是進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語言編寫，總體上完成了軟件的編寫。一 設(shè)計任務(wù)和基本要求設(shè)計一個十字路口交通燈信號控制器，要求如下：1.主、支干道交替通行，主干道每次放行 30 秒，支干道每次放行 20 秒。2.綠燈亮表示可以通行，紅

3、燈亮表示禁止通行。3.每次綠燈變紅燈時，黃燈先亮 5 秒（此時另一干道上的紅燈不變）。4.十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體要求主、 支干道通行時間及黃燈亮的時間均以秒為單位作減計數(shù)。5.在黃燈亮?xí)r，原紅燈按 1HZ 的頻率閃爍。6. 要求主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在 099s 內(nèi)任意設(shè)定。二 設(shè)計方案該交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖如 2-1 所示。狀態(tài)控制器主要用于記錄十字路口交通燈的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分別點亮相應(yīng)狀態(tài)的信號燈。秒信號發(fā)生器主要產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，通過減法計數(shù)器對秒脈沖減計數(shù)，達(dá)到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時間。減法計數(shù)器的回

4、零脈沖使?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個工作狀態(tài)決定計數(shù)器下一次減計數(shù)的初始值。減法計數(shù)器的狀態(tài)由 BCD 譯碼器譯碼、數(shù)碼管顯示。在黃燈亮期間，狀態(tài)譯碼器將秒脈沖引入紅燈控制電路，使紅燈閃爍。21 交通燈控制系統(tǒng) 本設(shè)計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生，還能進(jìn)行倒計時顯示，車流量檢測及調(diào)整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。顯示倒計時倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認(rèn)為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信

5、號燈色改變的關(guān)鍵時刻做出復(fù)雜判斷的 1 種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇三 電路設(shè)計1 狀態(tài)控制器設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，各信號燈的工作順序流程如 311 所示。信號燈四種不同的狀態(tài)分別用 S0（主綠燈亮，支紅燈亮）、S1（主黃燈亮，支紅燈閃爍）、S2（主紅燈亮，支綠燈亮）、S3（主紅燈閃爍，支黃燈亮）表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如 312 所示。311 交通信號燈工作流程圖313 交通燈狀態(tài)控制器CD4029 管腳分布及功能表如圖 314 所示314 CD4029 管腳分布及功能表2 狀態(tài)譯碼器主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決

6、于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。他們之間的關(guān)系見真值表.對于信號燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。狀態(tài)控制器輸出主干道信號燈支干道信號燈Q2Q10R（紅） Y（黃） G（綠）r（紅） y（黃） g（綠）0001101001000110000010010011011根據(jù)真值表，可求出各信號燈的邏輯函數(shù)表達(dá)式：R=Q2*Q1+Q2*Q1=Q2 R=Q2Y=(Q2*Q1)Y=Q2*Q1G=Q2*Q1r=Q2*Q1+Q2*Q1=Q2y=Q2*Q1G=（Q2*Q1)r=Q2y=(Q2*Q1)g=(Q2*Q1)g=Q2*Q1 現(xiàn)選擇半導(dǎo)體發(fā)光二極管模擬交通燈，要求門電路輸出低電平時，點亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。

7、故狀態(tài)譯碼器的電路組成見圖 321 所示。321 交通燈狀態(tài)顯示電路根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，當(dāng)黃燈亮?xí)r，紅燈應(yīng)按 1HZ 的頻率閃爍。從狀態(tài)譯碼器真值表中看出，黃燈亮?xí)r，Q1 必為高電平；而紅燈點亮信號與 Q1 無關(guān)?，F(xiàn)利用 Q1 信號去控制一三態(tài)門電路 74LS245（或模擬開關(guān)），當(dāng) Q1 為高電平時，將秒信號脈沖引到驅(qū)動紅燈的與非門的輸入端，使紅燈在黃燈亮期間閃爍；反之將其隔離，紅燈信號不受黃燈信號的影響。74LS245 的管腳排列及功能表如 322 所示。322 74LS245 管腳分布及功能表功能介紹：74LS245 為雙向三態(tài)門緩沖器，又稱三態(tài)數(shù)據(jù)衷線收發(fā)器，其邏輯功能為：當(dāng)使能控制信號

8、 EN=0 時。若 DIR=1。著則數(shù)據(jù)傳輸通路為 AB；若 DIR=0，則數(shù)據(jù)傳輸通路為 BA，當(dāng) EN=1 時，無論 DIR 為何值，A，B 均是高阻斷狀態(tài)。3 定時系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計要求，交通燈控制系統(tǒng)要有一個能自動裝入不同定時時間的定時器，以完成30 秒、20 秒、5 秒的定時任務(wù)。該定時器由兩片 CD4029 構(gòu)成的兩位十進(jìn)制可預(yù)置減法計數(shù)器完成；時間狀態(tài)由兩片 74LS47 和兩只 LED 數(shù)碼管對減法計數(shù)器進(jìn)行譯碼顯示；預(yù)置到減法計數(shù)器的時間常數(shù)通過三片 8 路雙向三態(tài)門 74LS245 來完成。三片 74LS245 的輸入數(shù)據(jù)分別接入 30、20、5 三個不同的數(shù)字，任意輸入數(shù)據(jù)到減

9、法計數(shù)器的置入由狀態(tài)譯碼器的輸出信號控制不同 74LS245 的選通信號來實現(xiàn)。例如當(dāng)狀態(tài)控制器在 S1（Q2Q1=01）或在 S3（Q2Q1=11）時，要求減法計數(shù)器按初值 5 開始計數(shù)，故采用 S1、S2 為邏輯變量而形成的控制信號 Q1 去控制輸入數(shù)據(jù)接數(shù)字 5 的 74LS245 的選通信號。由于 74LS245 選通要求低電平有效，故 Q1 經(jīng)一級反向器后輸出接相應(yīng) 74LS245 的選通信號。同理，輸入數(shù)據(jù)接30 的三態(tài)門 74LS245 的選通信號接主干道綠燈信號；輸入數(shù)據(jù)接 20 的三電位器相串聯(lián)代替電阻 R2。在調(diào)試電路時，調(diào)節(jié)電位器，使輸出脈沖周期為 1S。態(tài)門 74LS2

10、45 的選通信號接支干道綠燈信號。4 整體電路圖如圖 4141 整體電路圖四 調(diào)試要點直接將秒信號引入狀態(tài)控制器脈沖輸入端，在該脈沖作用下，模擬主支干道的三色信號燈應(yīng)按要求依次轉(zhuǎn)換，否則應(yīng)查找原因。將秒信號引入定時系統(tǒng)電路脈沖信號輸入端，在秒脈沖作用下，將三個 74LS245 的置數(shù)選通端依次接地，計數(shù)器應(yīng)以三個不同的置數(shù)輸入為進(jìn)制體制，完成減法計算，兩位數(shù)的碼管應(yīng)有相應(yīng)的顯示，否則應(yīng)查找原因，把各個單元電路互相連接起來，進(jìn)行系統(tǒng)通調(diào)。五 調(diào)試過程出現(xiàn)的問題及解決方法1、第.一次調(diào)試出現(xiàn)紅，綠燈同時亮的現(xiàn)象，經(jīng)過檢查電路，找出了問題。2、有些元件實驗室沒有，我們用其他元件代替使用，完成應(yīng)有的功

11、能3、面對連線復(fù)雜的電路有點不知所措，但后來和其他成員沉住了氣完成連線。六 電路設(shè)計的優(yōu)缺點 我們幾個成員通過集體協(xié)作，設(shè)計出的電路圖比較清晰、簡易，用了最少的芯片來達(dá)到題目要求。所用器件也較常用、易找。操作起來方便，性能較好。但是實驗室里所提供的設(shè)備與我們設(shè)計的電路中一些部分不符，導(dǎo)致在實驗時不能很好的實現(xiàn)其功能，也是由于我們考慮的不周全所致。七 設(shè)計心得體會通過這次數(shù)電課程設(shè)計，使我對數(shù)字電子技術(shù)有了進(jìn)一步的了解，并熟悉和掌握了一些芯片的功能和應(yīng)用。實際操作與課本上的知識有很大聯(lián)系，但是在課堂上學(xué)習(xí)時，我們很難把課本上的知識和實際聯(lián)系起來。通過連接電路圖，不但讓我們鞏固了知識，也使我們體會到了理論和實踐聯(lián)系起來的真正意義。增強(qiáng)了我們對數(shù)電的學(xué)習(xí)興趣，而且培養(yǎng)了我們查閱資料，設(shè)計電路，還有和別人協(xié)作的綜合能力。以前對電子器