交通灯控制设计

交通灯控制设计 摘 要:分析了现代城市交通控制与管理问题的现状～结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理～给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 关键词:交通控制 交通灯 定时器 控制器 译码器 显示器 1 引言 随着社会经济的发展～城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调～已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统～它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 早期的交通～因交通工具的行驶速度慢～交通流量密度低～多采用手势或比较简单的信号灯来控制交通工具的运行～或表示交通工具自身的运动状态。随着交通运输工具向高速度方向发展和大流量高密度的交通网络的出现～现代交通信号日趋完善～交通灯的技术和品种也得到十分迅速的发展。航空和航海的交通信号已有国际性 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ～各国一致,但陆上交通信号还未在世界范围内统一。 随着城市机动车量的不断增加～许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况～因此～自80年代后期～这些城市纷纷修建城市高速道路～在高速道路建设完成的初期～它们也曾有效地改善了交通状况。然而～随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制～高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点～也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以～如何采用合适的控制方法～最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路～缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况～越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此～笔者进行了深入的研究～以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。 2 总体设计方案 交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器定时器、译码器、显示器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 时钟脉冲源～译码器输出两组信号灯的控制信号～经驱动电路后驱动信号灯工作～控制器是系统的主要部分～由它控制定时器和译码器的工作。同时～控制器对倒计时时间数字显示部分进行控制～使得数码管显示器能以一位三进制一位十进制数字显示红、绿、黄色信号灯亮的倒计时时间。 2.1总体设计框图 TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒～即车辆正常通行的时间间隔。 1 定时时间到～TL=1～否则～TL=0。 TY:表示亮的时间间隔为5秒。定时时间到～TY=1～否则～TY=0。 定时器 甲车道信号灯显示 ST (TL～TY) 秒脉冲发生器 译码器 控制器状态转 乙车道信号灯显示 换 图 1总体设计框图 ST:表示定时器到了规定的时间后～由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。 2.2总体设计思路 由图可以看出系统的工作过程为: (1)系统控制器开始工作～使甲车道绿灯亮～乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行～乙车道禁止通行。绿灯亮足规定时间间隔TL时～控制器转到下一工作状态。 (2)甲车道黄灯亮～乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行～已过停车线的车辆继续通行～乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时～控制器转换到下一工作状态。 (3)甲车道红灯亮～乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行～乙车道上的车辆允许通行～乙车道禁止通行。绿灯亮足规定时间间隔TL时～控制器转到下一工作状态。 (4)甲车道红灯亮～乙车道黄灯亮。表示乙车道上未过停车线的车辆停止通行～已过停车线的车辆继续通行～甲车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时～控制器发出状态转换信号ST～系统又转换到第,1,种工作状态。 交通灯的4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10～并分别用S0、S1、S2、S3表示～则控制器的工作状态及功能如表1所示～控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号,且黄灯在亮时要一闪一闪～需接脉冲信号。为简便起见～把灯的代号和灯的驱动信号合二为一～并作如下规定: 2 表 1控制器工作状态及功能表 控制状态 信号灯状态 车到运行状态 S0,00, 甲绿～乙红 甲车道通行乙车道禁止通行 S1,01, 甲黄～乙红 甲车道缓行乙车道禁止通行 S2,10, 甲红～乙绿 乙车道通行甲车道禁止通行 S3,11, 甲红～乙黄 乙车道缓行甲车道禁止通行 AG=1: 甲车道绿灯亮, BG=1: 乙车道绿灯亮, AY=1: 甲车道黄灯亮, BY=1: 乙车道黄灯亮, AR=1: 甲车道红灯亮, BR=1: 乙车道绿灯亮, 由此得到交通灯系统的流程图～如图 2所示。设控制器的初始状态为S0,用状态框表示SO,～启动定时25秒电路～同时点亮甲车道的绿灯～乙车道的红灯～当25秒定时时间到～信号TY到来后控制器转到S1状态～然后启动定时5秒电路～同时点亮甲车道的黄灯～乙车道的红灯～当5秒定时时间到～信号TL到来后控制器转到S2～以后工作过程如流程图2所示。 3 设计组成及原理分析 3.1 秒脉冲发生电路 3.1.1 秒脉冲所用元器件 555定时器1个 电阻2个 电容2个 3.1.2 秒脉冲工作原理 接通电源后～电容C被充电～当Vc上升2Vc/3时～使Vo为低电平～同时放电三 R极管T导通～此时电容C通过和T放电～Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时～Vo 2 翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为 RRTph=Cln2=0.7C 11 放电结束时～T截止～Vcc将通过R1、R2向容器C充电～Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3 所需时间为 RRRRTph=(+)Cln2=0.7(+)C 2211 3 甲道绿灯亮AG 控制器状态S0 乙道红灯亮BR 定时25秒 甲道黄灯亮AY 控制器状态S1 乙道红灯亮BR 定时5秒 甲道红灯亮AR 控制器状态S2 乙道绿灯亮BG 甲道红灯亮AR 定时25秒 乙道黄灯亮BY 控制器状态S3 定时5秒 图 2交通灯控制流程图 当Vc上升到2Vcc/3时～电路又翻转为低电平。如此周而复始～于是～在电路的输 出端就得到一个周期性的矩形波。其周期为 RRT=1/tpl+tph=1.43/(+)C 21 555脉冲发生器的原理图如图3: 4 VCC60K R1 47RDIS 23KVCCR23VOQ86 THRGND 1 Vc25TRIGCVolt C 10ufC0.01uf GND 图3 555秒脉冲发生电路 3.2 定时器工作原理及分析 3.2.1 定时器所用元器件 74LS163芯片2个 74LS00一个 3.2.2 定时器工作原理 定时器由与系统秒脉冲同步的计时器构成～要求计时器在状态信号ST作用下～首先清零～然后在时钟脉冲上升沿作用下～计时器从零开始进行增1计数～向控制器提供模5,04H,的定时信号TY和模25,23H,的定时信号TL。 计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是四位二进制同步计时器～功能表见附图1。由于此系统中模5和模25的计数器不是同时 工作～而由状态控制器控制分时有效～故由两片74LS163级联组成的定时器电路分别产生模5定时信号TY、模25定时信号TL～ST信号是由控制电路产生～如图4: A 3141P0Q0 4133TLP1Q15122P2Q2611P3Q3 1574LS163TC7314CEPP0Q010413CETP1Q1 2512TYCLKP2Q29611PEP3Q3115 SRTC7VCCCEP10CET2 CLK9PE1SR ST 秒脉冲 图4定时器电路 5 3.3控制器工作原理及分析 3.3.1控制器所用元器件 74LS163芯片1个 74LS00芯2个 74LS04芯2个 74LS08芯片 3.3.2控制器工作原理 控制器是交通管理的核心～它应该能够按照交通管理规定控制信号灯工作状态的转换。从流程图可以列出控制器的状态转换表～如表2所示: 表2控制器状态转换器 输入 输出 现态 状态转换条件 次态 状态转换信号 n，1n，1nnQQQQ 1212TL TY ST 0 0 0 X 0 0 0 1 0 1 X 0 1 1 0 1 X 0 0 1 0 0 1 X 1 1 1 1 1 1 0 X 1 1 0 0 1 1 X 1 0 1 0 0 X 0 1 0 0 1 0 X 1 0 0 1 根据前面分析～控制器分为00H、01H、10H和11H四种状态～我们知道～当74LS163作为二进制计数时～其低2位就在00H—11H之间循环变化～故由一片74LS163计时器 Q取其低两位Q1 Q0作为状态信号。分析列出的状态转换表～当TL和或TL和取值Q00相同时～控制器都要发生状态翻转,即要控制器计数,～而当状态翻转时定时器也应重新开始计数～故给出控制器如图,: 74LS04A74LS16374LS00A314121/QP0Q04133 74LS08AP1Q15122TLP2Q26111P3Q3153STB TC72CEP104QCET26秒脉冲 CLKVCC95TYPE1SRB图 43 图,交通灯控制器电路 图中的ST信号是用来控制定时器在5秒和25秒之间切换的～它的反信号又用来启动控制器计数。 6 3.4 译码器工作原理及分析 3.4.1 译码器所用元器件 74LS139芯片1个 74LS04芯片4个 73LS322个 灯泡6个 3.4.2 译码器工作原理 QQ译码器的主要任务是将控制器的输出、的4种状态～翻译成甲、乙车道上的601 个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表-3所示: 表3控制器状态编码与信号灯关系 QQ AG AY AR BG BY BR 01 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 QQ把、作为输入信号～AG、AY、AR、BG、BY、BR分别是输出信号～“1”表示原01 信号～“0”表示去反～对表-4画卡诺图并化简～得到它们的逻辑关系式～然后用门电路实现。对AY(甲车道黄灯)、BY,乙车道黄灯,信号～要做到一秒闪一次～即吧秒脉冲信号CLK与其“相与”即可实现。现给出上述信号的逻辑表达式AG=*～QQ10 AQQQQAY=*9CLK,,AR=,BG=*,BY=**CLK,BR=。译码电路如图6: QQQQ01111010AG12AA1 74ALS04BRQ0243AY0Q1352ABY16Y2 74ALS321712EY3AY74LS13974ALS04 A BG12 A74ALS0413AR2A 74ALS3212BY秒脉冲 74ALS04 图6交通灯译码器电路 3.5 显示器工作原理及分析 3.5.1 显示器所用元器件 74LS73芯片6个～74LS002个～74LS04一个～数码管2个。 3.5.2 显示器工作原理 由于电路显示30秒～故所以做两个显示器～一个为3进制～一个为10进制。其中 7 脉冲接10进制电路～当减到0时使3进制降1～依次循环且每当显示器工作时都从30开始减计数～如图7: VCCA AAAABA 12141279141214QJQJQJQJ1511秒脉冲CLKCLKCLKCLK133131083133QKQKQKQ CDCDCDCDK2262 逻辑电平 VCCVCC AB 127914QJQJ 51CLKCLK13108 3QKQCDCDK26 VCC 图7交通灯显示电路 3.6 交通灯工作原理 综上所述原理综合就构成交通灯控制系统如图8: A 3141P0Q04133TLP1Q15122P2Q2611AP3Q315TCAG127314CEPP0Q0A10413CETP1Q1A12512TY74ALS04CLKP2Q2BR2439611AY0PEP3Q3352115ABY1SRTC6VCC7Y2CEP74ALS32171210EY3CETAY2CLK74LS139974ALS04PE1ASRBG12ST秒脉冲A74ALS0413AR2A74ALS3212BY74LS04A74LS16374LS00A/Q31412174ALS04P0Q04133VCC74LS08AP1Q160KTL5122P2Q2R16111P3Q3153BTC47ST72RDISCEP23KQ104VCCCETR2秒脉冲3vo26Q8CLK6TY95THRGNDPE11VCCSRB52CVoltTRIG43C10ufC0.01ufVCCA AAAABA12141279141214QJQJQJQJ151秒脉冲1CLKCLKCLKCLK313313108313QKQKQKQKCDCDCDCD2622 逻辑电平 AB127914QJQJ51CLKCLK313108QKQKCDCD26 图8交通灯工作原理 8 4 总结与体会 选题过程:指导老师经过充份的思考和考虑我们的学习情况以及个人兴趣等等～建议我们选定了“交通灯控制电路”这个题目。这题目可以让我们认识和学习protel 99 se和EWB软件这方面知识。 查找教材～资料～相应软件～为了这次课程设计～我们在图书馆查找了大量的相关资料～终于被我找全了和本次课程设计相关的不懂问题。 根据所分析的系统的ASM图～结合系统的设计要求～在protel 99 se环境下进行元器件之间的连线和编译与仿真～及时检查元器件的放置、连线是否有错误。检查所编程序是否运行正确。 根据交通灯系统的控制要求～经过实验～排除所有实验中的错误并实现了预定的功能。 在老师的指导下～通过学习交通灯系统控制器的设计的实验～学习一种设计电子的软件～增加了我们对电子设计的了解。随着电子自动化技术的不断发展～通过电路设计来制定其芯片的内部功能～所用到的就是可编程器件。可编程器件其功能之卓越和成熟已经令当今的电子工程师们赞叹不已～它不但容量大～更突出的是其芯片的在系统可编程技术。也就是ISP技术～ISP技术打破了产品开发时必须先编程后装配的惯例～～而可以先装配后编程。ISP技术使得系统内硬件的功能象软件一样被编程配置～可以说可编程器件真正的做到了硬件的“软件化”自动设计～这就是当今的EDA电子设计自动化技术。可以毫不夸张的说由于可编程器件的出现～传统的数字电路设计方法和过程得到了一次革命和飞跃。 通过这次课程设计我们对于protel 99 se和EWB～EDA技术多多少少有了一些了解～EDA技术发展迅速～有着广阔的应用前景～设计面广～内容丰富～它用软件的方法设计硬件,用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的,在设计过程中可用有关软件进行各种仿真,系统可现场编程～在线升级,整个系统可集成在一个芯片上～体积小～功率低～可靠性高。其中大规模可编程器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体～硬件描述语言是利用protel 99 se和EWB技术进行电子系统设计的主要表达手段～软件开发工具是利用protel 99 se和EWB技术进行电子系统设计的智能化的自动化设计工具～实验开发系统则是利用protel 99 se和EWB技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。 此次实验不但提高了我们实践的能力和理论水平～而且对于我们认识掌握各种操作技巧具有重大意义～使我们的综合素质得到了很大的提高: 参考文献 [1]夏宇闻.复杂数字电路与系统的Verilog-HDL设计技术[M].北京:北京航空航天大学 9 出版社. 1998 [2]李玲远～范绿蓉～陈小宇编著～电子技术基础试验[M].北京:科学出版社.2005 [3] 李旭东～宗光华～毕树生～等.生物工程微操作机器人视觉系统的研究,M,.北京航空航天大学学报～2002～28(3):249，252 10 附录 74LS163功能 4LS163的清除是异步的。当清除端CR为低电平时～不管时钟端(CP)状态如何～即可完成清除功能。 74LS163的预置是同步的。当置入控制端LD为低电平时～在CP上升沿作用下～输出端(Q~Q〕与数据输入端,D~D,一致。 0303 74LS163的计数是同步的～靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CTP和CTT均为高电平时～在CP上升沿作用下时输出端(Q~Q)同时变化～从而消除了异步计数器中03 出现的计数尖峰。 74LS163有超前进位功能。当计数溢出时～进位输出端(CO)输出一个高电平脉冲～其宽度为Q074LS163是四位二进制同步计时器～其其拐角图～逻辑图～如图: 四位二进制同步加法计数器74LS163功能表 清零 预置 使能端 时钟 预置数据输入 输出 RQQQQ LD EP ET CP A B C D DABCD 0 X X X X X X X X ,, , , 1 0 X X A B C D ,, , , 1 1 0 1 X X X X X 保持 1 1 X 0 X X X X X 保持,RCO=0, 1 1 1 1 X X X X 计数 11