东北电力大学自动化交通灯课程设计设计精华.docx

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东北电力大学自动化交通灯课程设计设计精华

序言

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。

为此，笔者从数字电子的方向对交通灯进行了深入的研究，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。

内容摘要

课程设计目的:

数字电子技术课程设计是数字电子技术课程的实践环节,是对学生学习数字电子技术的综合训练.学生根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求,独立进行电路设计,工程估算,实验测试与调整,制作（在实验板上）电子产品和写出实验总结报告.通过这一电路综合性实践训练,要达到深化所学的理论知识,培养综合运用所学知识的能力,掌握一般电路的分析方法,增强独立分析问题与解决问题的能力.通过这一综合训练培养学生严肃认真的工作态度和科学作风,为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础.

1．满足所示的顺序工作流程图。

图中设大道方向的红、黄、绿灯分别为DR、DY、DG，小道方向的红、黄、绿灯分别为XR、XY、XG。

设计一个十字路口交通信号灯定时控制器，其要求如下：

它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即大道方向绿灯亮，小道方向红灯亮；大道方向黄灯亮，小道方向红灯亮；大道方向红灯亮，小道方向绿灯亮；大道方向红灯亮，小道方向黄灯亮

2．应满足两个方向的工作时序。

即大道方向亮红灯时间应等于小道方向亮黄、绿灯时间之和，小道方向亮红灯时间应等于大道方向亮黄、绿灯时间之和。

时序工作流程图见图3所示。

图3所示，大道、小道方向绿、黄、红灯亮时间分别6秒、4秒、29秒，一次循环为39秒。

其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯间歇是静止，当检测到小道有车到来的时候，所有电路才开始工作，在小路没有车到之前一直要保持大路亮绿灯，小道一直保持红灯，在小道亮绿灯的时候，检测大道的来车数量，假如超过三辆车，则要立马执行下一个状态，保证车辆通行正常。

3．十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观的把握时间。

具体为：

当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减“1”计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。

目录

设计指标要求1

一·交通灯基本工作原理3

1.1系统框图3

1.2工作流程图3

1.3工作时序4

1.4说明5

二·交通灯基本组成6

2.1NE555定时可调秒脉冲发生器6

2.2控制器部分7

2.3显示控制部分7

2.4大道车辆检测及控制部分7

三·服务器的实现11

3.1NE555定时器电路11

3.2计数器控制电路11

3.3模式控制电路11

3.4彩灯显示电路12

3.5置数切换电路13

3.6大车检测电路22

四·电路总体说明15

4.1总体仿真电路15

4.2总电路图16

5.6电源电路22

五·设计所用器材25

6.1客户端软件功能模块25

六·心得体会25

七·参考文献47

设计指标要求

课程设计内容:

1、设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合十字路口，在每个入口设置红、绿、蓝三色信号灯，红灯禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮时则给行驶中的车辆有时间停止在禁行线外。

2、用红、绿、黄发光二极管做信号灯，用传感器或逻辑开关做检测车辆是否到来的信号。

通常情况下，大道绿灯亮，小道红灯亮。

3．若小道来车，大道经6秒由绿灯变为黄灯；在经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，小道由红灯变为绿灯。

4.小道变绿灯后，若大道来车不到3辆，则经过25秒，后自动由红灯变为黄灯，在经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。

5.如果小道在绿灯亮时候，小道绿灯亮的时间还不到25秒，只要大道检测到超过三辆车在等候，那么小道应该立即由绿灯变为黄灯，在经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。

一交通灯基本工作原理

交通灯系统原理图：

其中红灯R亮，表示该条道路禁止通行；黄灯Y亮表示停车；绿灯G亮表示允许通行。

1.系统框图

图1交通灯控制器系统框图

设计中十字路口交通信号灯控制，要求如下：

确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通灯信号灯来进行指挥。

其中红灯（R）亮的，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。

2.工作流程图：

图2交通灯顺序工作流程图

图中设大道方向的红，黄，绿灯分别为DR,DY,DG小道方向的红，黄，绿灯分别为XR,XY,XG。

工作方式：

大道方向绿灯亮时，小道方向红灯亮；大道方向黄灯亮时，小道方向红灯亮；大道方向红灯亮时，小道方向绿灯亮；大道方向红灯亮时，小道方向黄灯亮。

3．工作时序：

小道方向亮红灯时间应等于大道方向亮黄、绿灯时间之和大道方向亮红灯时间应等于小道方向亮黄、绿灯时间之和。

时序工作图如下：

大道、小道方向绿、黄、红灯亮时间分别为6秒、4秒、25，一次循环为39秒。

其中（小道）红灯亮的时间为绿、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇。

当小道来车时大道开始工作，在小道亮绿灯时候，如果大道检测到来车超过三辆，则小道的状态立马结束，转向下一个状态。

4．特别说明：

为了方便人们玩直观地把握时间，十字路口要有数字显示，作为提示，具体为：

当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的人作循环。

二交通灯基本组成

它主要由控制器、显示控制部分和秒脉冲信号发生器等部分组成。

1．NE555定时可调秒脉冲发生器

本次选用NE555定时器做时钟脉冲发生装置，产生每秒一次的方波脉冲，并且设置滑动变阻器，可以调节脉冲波德占空比和周期，波形比较稳定，是良好的信号发生器。

2．控制器部分

控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。

它由74LS192组成十进制计数器，然后经译码后，输出十字路口大道、小道二个方向的控制信号。

3．显示控制部分

显示控制部分，实际是一个定时控制电路。

当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。

译码显示可用HEF4511BCD码七段译码器，显示器用SM12050K型共阴极LED显示器，计数器采用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS192等。

4．大道车辆检测及控制部分

此部分为电路扩展部分，可用加法计数器74161来计算大道车的数量，用输入的脉冲数量模拟车的数量，当来一辆车时即输入一个时钟脉冲，计数器加一，控制输出端的自动清零来引出信号，给控制部分电路做出相应的动作，使模式立马切换到大道经过黄灯的时间亮绿灯，小道亮黄灯之后亮绿灯。

三设计步骤及方法

1.NE555定时可调秒脉冲发生器

利用NE555可以组成相当多的应用电路，甚至多达数百种应用电路，在各类书刊中均有介绍，例如家用电器控制装置、门铃、报警器、信号发生器、电路检测仪器、元器件测量仪、定时器、压频转换电路、电源应用电路、自动控制装置及其它应用电路都有着广泛的应用，这是因为NE555巧妙地将模拟电路和数字电路结合在一起的缘故。

参数功能特性：

供应电压4.5-18V

供应电流3-6mA

输出电流225mA（max）

图3·定时器仿真图

图4·定时器电路

2.控制器部分

控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。

它由74LS192组成十进制减法计数器，经译码后，输出到十字路口大道，小道两个方向的控制信号，可以知道两个方向共有四种工作状态。

74LS192功能表及计数器电路图，状态表分别如下：

管脚图中，QA、QB、QC、QD为计数输出端；

DOWN为减脉冲输入端。

UP为加脉冲输入端。

CLR为清零端，当该管脚为高电平时，输出端清零，为0000；

LD为预置端，当该管脚为低电平时，输出端分别为输入端A、B、C、D的电平。

A、B、C、D用于为计数器预置初始计数值；

BO用于输出一个宽度等于减计数输入的脉冲，用于级联下级减计数。

（低电平有效）

CO用于输出一个宽度等于加计数输入的脉冲，用于级联下级加计数。

图5·计数器电路

当大道方向绿灯亮，而小道方向红亮时，使大道方向的74LS168以减法计数方式工作，从数字“24”开始往下减，当减到“0”时，大道方向绿灯灭，红灯亮，而小道方向红灯灭，绿灯亮。

由于小道方向红灯灭信号（EWB=0）,使与门关断，减法计数器工作结束，而大道方向红灯亮，使另一方向――小道方向减法计数器开始工作。

电路图如下：

图6·计数器仿真图

　图7·数字显示部分

3.模式控制电路

此电路是由十六进制加法计数器构成，可以实现对交通灯红，黄，绿三种颜色的切换，因为灯的变化总共有四种状态，可以由计数器改为四进制计数器来实现，此时S1，S0总共有四种状态00，01，10，11，有CLK端的脉冲信号来实现模式切换，可以达到智能交通灯的目的。

电路见下图：

图8·模式切换图

说明：

当小道没有来车的时候，此时计数器的输出一直被锁存在00状态，即大道亮绿灯，小道亮红灯，当小道检测到有车来的时候，，达到就进入00状态，保持计数器显示减到零的时候，74161接受到信号，立马转换成01状态，显示计数器继续工作，如此四个状态一直不断的切换和循环，构成完整的交通灯系统。

4.彩灯显示电路

图9·彩灯仿真图

图10彩灯电路图

说明：

电路由计数器控制两个输入端来切换四种状态00，01，10，11，使得彩灯在四种不同的颜色不断的交替变化。

5.置数切换电路

电路有三片八位锁存器74244控制，当彩灯和数码管显示的状态切换时，同时用置数端给计数器置数06，04，25，达到智能置数的目的。

74244：

使能端AG，BG低电平有效，

图11，置数电路图

6.大车检测电路

当检测到大道车数量超过三辆的时候，给模式短信号切换到下一个工作模式。

图12·大道检测电路图

四电路总体说明

综合以上分析，可得出交通灯的总电路图：

补充说明：

本设计除了具有以上所列功能以外，电路可以完全自动的工作无人状态下。

五设计所用器材

1.自制5V直流稳压电源

2.集成电路：

74LS192，74LS161，74LS00,74LS08，74LS244，HC4511，NE555

3.数码显示：

HDSP-303G四个

4.发光二极管6个。

5.100K电阻3个，15K，68K电阻及电容

6.开关3个

整体仿真图

六　心得体会

随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。

人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。

为了确保十字路口的车辆顺利通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。

经过这个周课程设计，同学相互帮助学习并查资料下，完成了本次课程设计的基本要求，这次课程设计既锻炼了我的动手能力，又培养了我的兴趣进一步丰富了自己的数字电子知识。

在设计中碰到一个接一个的难题，在经过老师指导和同学们的交流，使难题一一得到化解，更重要的是使我深深的体会到理论结合实际的重要性，体会到知识的海洋是无穷无尽的，激发我去追求。

七参考文献

《电子技术基础――数字部分》高等教育出版社主编：

康华光

《电子课程设计指导书》焦作工学院电气工程系主编：

艾永乐付子义

《电子电路实验及仿真》清华大学出版社北方交通大学出版主编：

路勇高文焕